Задача 3

Провести следующие расчеты, связанные с безопасностью при эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Задача состоит из трех заданий.

Задание 1. Компрессор подает воздух давлением кПа, при начальном давлении сжимаемого воздуха кПа и температуре = 288 К. В компрессоре применяется компрессорное масло марки 12 (М) с температурой вспышки не ниже 216 ºС.

Согласно правилам устройства и безопасной эксплуатации воздушных компрессоров и воздуховодов разница между температурой вспышки масла и температурой сжатого воздуха должна быть не менее 75 К. Определить температуру сжатого воздуха и сделать заключение о возможности эксплуатации компрессора без охлаждения.

Задание 2. Воздухозаборник компрессора имеет объём V, м³ и рассчитан на давление , кПа. Определить мощность взрыва этого воздухосборника, принимая действие взрыва t = 0,1 с.

Задание 3. Произошел взрыв баллона с ацетиленом. Определить, при каком давлении произошел взрыв баллона, если: толщина баллона S = 4 мм, внутренний диаметр баллона = 200 мм; материал - сталь 20.

По действующим нормам предельное рабочее давление в баллоне должно быть 2942 кПа.

Таблица 4

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р2, кПа	800	600	400	1200	1000	800	600	1200	1000	800
V, м3	1,4	1,6	1,8	1,0	1,5	2,0	3,0	2,0	2,5	3,5

Указания к решению задач

Задание 1. Конечная температура сжатого воздуха определяется по формуле:

Т₂=Т₁(Р₂/Р₁) ^(m-1)/m,

где Т₁ – абсолютная температура воздуха до сжатия; Т₂ – абсолютная температура воздуха после сжатия, К; m – показатель политропы (для воздуха m = 1,41).

Полученный результат сопоставить с температурой вспышки компрессорного масла и сделать заключение о необходимости охлаждения компрессора.

Задание 2. Мощность взрыва воздухозаборника определяется по формуле:

N = A/(102t), кВт,

где А = [V·P₂/(m-1)][1-(P₁/P₂)^(m-1)/m], Дж.

Задание 3. Давление, при котором произошел взрыв баллона определяется по формуле:

S = P·D_в/(2·σ_р·φ) + С , см,

где Р – давление, кПа; σ_р- допустимое сопротивление стали на растяжение Па; φ = 1 - коэффициент прочности для бесшовных труб; С – прибавка на минусовые допуски стали, см (определяется по соответствующему стандарту на сортамент, принимается С = 0,1).

Полученный результат сопоставить с величиной пробного давления и сделать заключение о возможных причинах взрыва баллона.

Задача 4

Рассчитать воздухообмен, необходимый для поддержания нормального теплового микроклимата в механосборочном цехе авторемонтного завода. В цехе размещено 80 станков, N – из которых имеют установочную мощность 12 кВт, М остальных – 15 кВт. Цех освещается газоразрядными лампами, общая мощность которых равняется 32,4 кВт.

Таблица 5

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
N, шт	20	30	40	50	60	10	15	25	35	45
М, шт	60	30	40	30	20	70	65	55	45	35

Указания к решению задач

1. Расчет тепловыделений от электродвигателей производственного оборудования по формуле:

Q_дв = N_y·n₁·n₂·n₃·n₄,

где Q_дв – мощность тепловыделение одного двигателя, кВт; N_y – установочная мощность оборудования, кВт; n₁- коэффициент использования установочной мощности электроэнергии (n₁ = 0.7...0.9); n₂ - коэффициент загрузки отношения величины среднего потребления мощности к максимально необходимой (n₂ = 0,5...0,8); n₃ – коэффициент одновременности работы электродвигателей (n₃ = 0,5...1); n₄ - коэффициент, показывающий, какая часть электрической энергии превращается в тепловую и остается в помещении (n₄ = 0,1...1).

Для приближения вычислений тепловыделений в механических и механосборочных цехах можно принимать произведение n₁·n₂·n₃·n₄ = 0,25.

2. Расчет тепловыделений от источников искусственного освещения

Q_ист = N_ист·η,

где N_ист - расходуемая мощность светильников, кВт; η – коэффициент перехода электрической энергии в тепловую (в среднем η = 0,95).

3. Расчет воздухообмена по избыточному теплу:

,

где Q_Σ – суммарные тепловыделения от электродвигателей производственного оборудования и источников искусственного освещения, кВт; С- удельная теплоемкость воздуха (для практических расчетов принимается равной С = 1,005 кДж/(кг·к); ρ - плотность воздуха, определяемая по формуле ρ = 353/(273 + t_в), кг/м³; t_в - нормируемая температура воздуха помещения (выбирается ГОСТ 12.1.005 - 88), ºС, t_H – температура наружного воздуха, поступающего в помещение ( принять условно равной t_H = 20 ºС), ºС.

4. Составить эскиз вентиляции цеха с поперечным разрезом. Механосборочный цех авторемонтного завода характеризуется незначительными избытками явного тепла. Период года – теплый, категория работы – средней тяжести, требуемые условия микроклимата – оптимальные.

ЗАДАЧА 5

На кислородном баллоне редуктор прямого действия отрегулирован на давление 0,5 МПа. За время работы давление в баллоне снижается с 15 до 2,5 МПа.

Определить необходимость дополнительной регулировки редуктора, если давление кислорода, подаваемого в горелку, будет менее 0,4 МПа. Необходимо учесть, что давление менее 0,4 МПа недопустимо из-за возможности обратного удара.

Исходные данные:

а) f₁ = 0,4 см² - площадь сечения клапана редуктора;

б) f₂ = 30 см² - рабочая площадь мембраны;

в) Q₁ = 1000 H - усилие, создаваемое нажимной пружиной;

г) Q₂ = 100 H - усилие, создаваемое возвратной (запорной) пружиной;

д) усилие пружины считать постоянным.

Указания к решению задачи.

1. Рабочее давление газа в магистрали Р₂ определяется из уравнения равновесия давлений для редукторов прямого действия:

P₁∙ f₁ + Q₁ = P₂∙ f₂ + Q₂.

Принять P₁ = 2,5 МПа, т. е. наименьшее давление в баллоне.

2. Если в результате подсчета будет Р₂ < 0,4 МПа, то возможен обратный удар. Для предупреждения обратного удара необходима дополнительная регулировка редуктора.

3. Определить остаточное давление, на которое следует провести дополнительную регулировку редуктора. Это давление P₁ определяется из того же уравнения равновесия при Р₂ = 0,4 МПа.

Сделать заключение по результатам расчета.