Чиллер для резиносмесителя: расчёт охлаждения камеры и вальцов

Чиллер для резиносмесителя считают по мощности привода и средней загрузке: почти вся энергия, которую роторы вкладывают в смесь, становится её теплом, и около 60 % его снимает вода в рубашках камеры и роторов, остальное уносит горячая смесь на вальцы. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по мощности смесителя, загрузке и мощности вальцов и покажет расход воды.

Откуда берётся тепло

• Роторы смесителя. Сдвиг и трение резиновой смеси о роторы и стенки камеры переводят мощность привода в тепло. Смесь за цикл нагревается до 120–160 °C, а часть этого тепла — ориентировочно 60 % — уходит в воду каналов камеры, роторов и затвора.
• Горячая смесь. Остальные 40 % уносит выгруженная смесь: она остывает уже на вальцах и в охладительной установке листа.
• Вальцы. На листовальных и питающих вальцах смесь продолжает греться от сдвига, и около половины мощности их привода снимают водой через полые валки.
• Гидравлика затвора и верхнего пресса. Масло гидростанции тоже охлаждают водой; эту нагрузку считают отдельно в задаче о чиллере для гидростанции и складывают с результатом.

Средняя загрузка меньше номинала: пики мощности приходятся на первые секунды после загрузки каучука, а при добавлении масла и на выгрузке ток падает. Для расчёта берут среднюю за цикл мощность по счётчику или по доле от номинала.

Формула

Q_с = N_с × z × 0,6

Q_в = N_в × z × 0,5

Q = (Q_с + Q_в) × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

N_с — мощность привода смесителя, кВт; N_в — суммарная мощность приводов вальцов, кВт; z — средняя загрузка приводов за цикл в долях единицы, по таблице; 0,6 и 0,5 — доли тепла, которые снимает вода в смесителе и на вальцах; Q_с и Q_в — нагрузка от смесителя и вальцов, кВт; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Воду в рубашки подают через термостаты смесителя, которые смешивают её с обраткой и держат стенку камеры при 30–60 °C по рецептуре; чиллер при этом даёт воду 10–20 °C, и её температуру задают по самой холодной рубашке. Как термостат получает нужную температуру подмесом, показано в расчёте температуры смешения.

Пример расчёта

Резиносмеситель с приводом 250 кВт на обычных смесях, средняя загрузка 70 %, два вальца общей мощностью 100 кВт, вода 15 °C, запас 15 %.

1. Нагрузка от смесителя: 250 × 0,7 × 0,6 = 105,0 кВт.
2. Нагрузка от вальцов: 100 × 0,7 × 0,5 = 35,0 кВт.
3. Сумма: 105,0 + 35,0 = 140,0 кВт.
4. Холодопроизводительность: 140,0 × 1,15 = 161,0 кВт.
5. Расход воды: 161,0 / (1,163 × 5) = 27,7 м³/ч.

Как выглядит установка на 161 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 160 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать по номиналу привода. Привод 250 кВт в среднем за цикл отдаёт 150–180 кВт, а в воду идёт ещё меньше. Чиллер по номиналу выходит вдвое больше нужного и работает короткими пусками; как это сказывается на компрессоре, рассказано в справочнике о сроке службы чиллера.
• Забыть охладительную установку листа. Если лист после вальцов остужают в ванне с водой от того же чиллера, добавляется тепло горячей смеси — те самые 40 % мощности смесителя, которые ушли с выгрузкой. Для ванны 15 °C это ещё 70 кВт в примере.
• Слишком холодная вода в рубашке. При воде 7 °C смесь у стенки остывает, течёт хуже, и цикл удлиняется; термостаты всё равно подмешивают обратку, а чиллер работает зря. Воду берут 10–20 °C, не холоднее требуемой самой холодной рубашкой.
• Нет бака на пиковую нагрузку. В первую минуту цикла мощность вдвое выше средней, и вода из рубашек приходит горячей. Бак-аккумулятор сглаживает пик, а чиллер считают по среднему циклу, а не по пику.