Оценка эффективности работы тепловых аппаратов

Работа тепловых аппаратов характеризуется рядом технико-экономических и эксплуатационных показателей, по которым можно проводить сравнение совершенства их конструкций. В большинстве своем эти показатели являются относительными.

К основным показателям относятся: коэффициент использования; производительность; коэффициент полезного действия (кпд); удельный расход теплоты; удельная металлоемкость; тепловое напряжение поверхности нагрева.

Коэффициент использования теплового аппарата определяется из выражения:

- непрерывного действия:

, (7.3)

- для аппаратов периодического действия:

, (7.4)

где φ – коэффициент использования; τ_раб – продолжительность работы аппарата в смену, ч; τ_i – продолжительность работы аппарата для одной загрузки, ч; n_i – количество загрузок аппарата в смену, раз;

τ – продолжительность одной смены, ч.

При этом продолжительность работы аппарата для одной загрузки включает время, необходимое на загрузку, тепловую обработку, выгрузку и мойку аппарата.

Чем выше коэффициент использования аппарата, тем эффективнее он используется на предприятии.

Важнейшим показателем работы тепловых аппаратов является их производительность. Под производительностью понимается количество продукции, вырабатываемой аппаратом в единицу времени.

Для аппаратов периодического действия производительность рассчитывается по формуле:

, (7.5)

где Q_Т – производительность аппарата, кг/ч; G – масса единовременно загруженных продуктов, кг; τ₃ – продолжительность загрузки, с; τ_обр – продолжительность тепловой обработки, с; τ_в – продолжительность выгрузки аппарата, с.

Тепловые аппараты периодического действия часто характеризуют не по производительности, а по их основному параметру – объему рабочей камеры, площади жарочной поверхности и др.

Для тепловых аппаратов непрерывного действия, в которых вырабатывается штучная или порционная продукция, расчет производительности проводят по формуле:

, (7.6)

где Q_Т – количество продукции, выпускаемой за цикл, шт.; τ_дв – продолжительность движения транспорта между циклами; τ_ост – продолжительность остановки, с.

Для аппаратов, вырабатывающих продукцию непрерывно, объемная производительность рассчитывается по формуле:

, (7.7)

где F – поперечное сечение продуктов потока, м²; v – скорость движения потока, м/ч; L – длина рабочей камеры, м; V_p – вместимость рабочей камеры, м³; τ – продолжительность технологического цикла аппаратов, ч.

Коэффициент полезного действия теплового аппарата – это отношение полезно используемой теплоты Q₁ ко всей затраченной Q_затр:

(7.8)

Полезно используемая теплота – это теплота, которая расходуется непосредственно на приготовление пищи. Чем выше кпд аппарата, тем более совершенен. Основной путь увеличения кпд – уменьшить потери теплоты за счет лучшего сжигания топлива, сокращения потерь теплоты в окружающую среду и на разогрев конструкции самого аппарата.

Удельным расходом теплоты называется количество теплоты, расходуемой на единицу готовой продукции:

, (7.9)

где q – удельный расход теплоты, Дж/кг; G_г.пр – масса (количество) готовой продукции, кг (шт).

Чем меньше удельные расходы теплоты, тем совершеннее конструкция аппарата.

Удельная металлоемкость аппарата характеризуется расходом металла на единицу характерного параметра аппарата (объема или площади):

m = M / V₀; m = M / F₀ (7.10)

где m – удельная металлоемкость; M – масса металлоконструкции аппарата, кг; V₀ – объем рабочей камеры, м³; F₀ – площадь рабочей (жарочной) поверхности, м².

Для аппаратов непрерывного действия металлоемкость может характеризоваться удельной производительностью, т.е. производительность, отнесенной к массе металлоконструкций:

q = Q_Т / М (7.11)

Энергетическим показателем, характеризующим тепловой аппарат, является тепловое напряжение поверхности нагрева:

T = Q_затр / F_н · τ, (7.12)

где Т – тепловое напряжение поверхности нагрева, Вт/м²; F_н – площадь поверхности нагрева, м²; τ – продолжительность работы аппарата, с.

Цель расчета - определение поверхности теплообмена и конструктивных размеров аппарата. В этом случае предварительно выбирают конструкцию аппарата, а затем с помощью теплового расчета определяют площадь по­верхности теплообмена, конструктивные размеры этой поверхности и основ­ных элементов аппарата. Расчет включает также гидравличе­ский и механический (прочностной) расчеты аппарата.

Для теплового расчета аппаратов основными рас­четными уравнениями являются уравнения теплопередачи и теплового баланса. Основное уравнение теплопередачи:

Q = KFDt_cp; (7.13)

где Q - тепловая нагрузка аппарата, Вт; К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К); F - поверхность теплоотдачи, м2; Δtcp - средняя разность температур (движущая сила теплообмена).

Общий вид уравнения теплового баланса:

Q = åQ_пол + åQ_пот; (7.14)

где Q - количество подведенной теплоты в аппарате, Вт, åQ_пол - сумма составляющих полезно используемой теплоты, Вт; åQ_пот - суммарные потери теплоты в аппарате, Вт

Уравнение теплопередачи (7.13) отражает тепловой процесс односторонне, показывая лишь теплоту, прошедшую через поверхность нагрева аппарата. Уравнение теплового баланса (7.14) показывает равенство прихода и расхода те­плоты в аппарате, выражая известный закон сохранения энергии.

Работа любого теплового аппарата как периодического, так и непрерывного действия состоит из периода разогрева и стационарного периода. Период разогрева характеризуется ростом температур отдельных элементов аппарата до какого-то определенного постоянного значения, стационарный период отра­жает работу аппарата при постоянной температуре всех элементов. В связи с этим тепловой баланс аппарата составляют на нестационарный режим работы и на стационарный режим.

Дата добавления: 2015-04-24