- •Системы снабжения предприятий сжатым воздухом
- •"Технологические энергоносители
- •Часть 1
- •Введение
- •1. Общие сведения о системах производства и распределения энергоносителей
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Функции системы прэ и методы их обеспечения
- •1.3. Функции вспомогательных элементов
- •1.4. Показатели эффективности системы
- •2. Общие сведения о Системах воздухоснабжения
- •2.1. Назначение, достоинства и недостатки систем воздухоснабжения
- •2.2. Структура и схемы систем воздухоснабжения
- •3. Характеристика потребителей сжатого воздуха
- •3.1. Области применения сжатого воздуха и энергоемкость его производства
- •3.2. Классификация потребителей
- •3.3. Параметры потребляемого сжатого воздуха
- •4. Режимы воздухопотребления
- •4.1. Определение нагрузок на компрессорную станцию
- •4.1.1. Виды нагрузок
- •4.1.2. Укрупненный метод определения нагрузок на кс
- •4.1.3. Расчетный метод определения нагрузки на кс
- •4.2. Выбор типа, типоразмера и количества компрессоров, устанавливаемых на компрессорной станции (кс)
- •5. Оборудование и схемы компрессорных станций систем воздухоснабжения
- •5.1. Общие сведения о компрессорном оборудовании
- •5.1.1. Классификация нагнетательных установок и области их применения
- •5.1.2. Поршневые компрессоры
- •5.1.3. Турбокомпрессоры
- •5.2. Технологические схемы компрессорных станций
- •5.2.1. Общие сведения о схемах
- •5.2.2. Технология получения сжатого воздуха на поршневой компрессорной установке
- •5.2.3. Технология получения сжатого воздуха в турбокомпрессорной установке
- •6. Основы теории компрессорных машин
- •6.1. Основные показатели работы (параметры) компрессорных машин
- •6.1.1. Производительность (подача)
- •6.1.2. Удельная работа сжатия
- •6.1.3. Развиваемое давление
- •6.1.4. Термодинамические кпд компрессора
- •6.1.5. Эксергетический кпд
- •6.1.6. Мощность компрессора
- •6.2. Ступенчатое сжатие и его расчет
- •6.2.1. Ступенчатое сжатие в поршневых компрессорах (пк)
- •6.2.2. Ступенчатое сжатие в турбокомпрессорах (тк)
- •6.3. Работа лопаточных машин
- •6.3.1. Основное уравнение турбомашин (уравнение Эйлера) и его анализ
- •6.3.2. Основные свойства турбокомпрессоров
- •7. Основные характеристики компрессоров
- •7.1. Характеристики объемных машин
- •7.2. Характеристики турбокомпрессоров
- •7.2.1. Теоретические характеристики
- •7.2.2. Действительные характеристики тк и их свойства
- •7.3. Определение рабочих параметров компрессорных машин по характеристикам
- •7.3.2. Рабочие параметры объемных машин (на примере пк)
- •7.3.3. Рабочие параметры турбокомпрессоров. Помпаж
- •7.4. Пересчет характеристик турбокомпрессора на другие условия работы
- •7.4.1. Задачи пересчета характеристик
- •7.4.2. Пересчет характеристик тк при изменении начальной температуры
- •7.4.3. Пересчет характеристик тк при изменении частоты вращения ротора
- •8. Регулирование работы компрессорных установок
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Регулирование поршневых компрессоров
- •8.2.1. Регулирование изменением частоты вращения коленчатого вала компрессора
- •8.2.2. Полный или частичный отжим всасывающих клапанов
- •8.2.3. Регулирование присоединением к цилиндру дополнительного объема
- •8.2.4. Регулирование дросселированием на всасывании
- •8.3. Регулирование турбокомпрессоров
- •8.3.1. Регулирование изменением частоты вращения ротора
- •8.3.2. Регулирование тк дросселированием на всасывании
- •8.3.3. Регулирование дросселированием на нагнетании
- •8.3.4. Регулирование поворотом входных направляющих лопаток
- •8.3.5. Регулирование поворотом лопаток диффузора
- •9. Приводы компрессоров
- •9.1. Привод поршневых компрессоров
- •9.2. Привод турбокомпрессоров
- •10. Вспомогательное оборудование компрессорных станций
- •10.1. Загрязнения атмосферного воздуха
- •10.2. Способы очистки воздуха и классификация воздухоочистительных устройств
- •10.3. Основные показатели воздушных фильтров
- •10.4. Влаго- и маслоотделители
- •10.5. Воздухосборники (ресиверы)
- •10.6. Теплообменники (то) компрессорных установок
- •11. Компоновка компрессорных станций
- •11.1. Типы компоновок
- •11.2. Машинный зал, размещение оборудования
- •12. Осушка сжатого воздуха
- •12.1. Способы осушки воздуха
- •12.2. Термодинамические основы осушки охлаждением
- •12.3. Установки для осушки воздуха охлаждением
- •12.4. Адсорбционный способ осушки
- •13. Транспортирование сжатого воздуха
- •13.1. Трубопроводы компрессорной станции
- •13.2. Потери энергии при транспортировке сжатого воздуха
- •13.3. Аэродинамический расчет воздухопровода
- •13.4. Конструкции воздушных сетей
- •14.Повышение эффективности работы систем воздухоснабжения
- •14.1. Повышение работоспособности сжатого воздуха его нагревом перед использованием
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Часть 1
- •420066, Казань, Красносельская, 51
- •420066, Казань, Красносельская, 51
13.3. Аэродинамический расчет воздухопровода
Аэродинамический расчет отличается от гидравлического только тем, что в аэродинамическом расчете учитывается сжимаемость нагнетаемой среды.
Цель аэродинамического расчета состоит в определении диаметров всасывающего, нагнетательного, подающего и магистрального трубопроводов. Кроме того, на основании этого расчета определяется расчетное давление нагнетания воздуха компрессорами станции.
Сечение любого воздухопровода определяется с помощью уравнения неразрывности (расхода):
,
откуда находится внутренний диаметр Dвн , м, трубопровода круглого сечения:
, (13.2)
где Q– объемный расход воздуха в трубопроводе, м3/с;wопт– оптимальная скорость течения воздуха в нем, м/с.
Для всасывающего трубопроводаза расчетный объемный расход принимается объемная производительность компрессорной установкиQвк.
Для нагнетательного и магистрального трубопроводовобъемный расход необходимо вычислять с учетом сжимаемости газа. Для этого по условиям всасывания определяется массовая производительность компрессораGк, кг/с:
, (13.3)
где плотность воздуха вк, кг/м3, вычисляется по параметрам на всасывании:
. (13.4)
Здесь параметры с индексом "ноль" относятся к стандартным условиям для воздуха: T0= 273 К;P0= 0,1013 МПа;0= 1,293 кг/м3.
Далее для каждого нагнетательного трубопровода (если их несколько) и для каждого участка сети рассчитываются средние объемные расходы, соответствующие средним параметрам воздуха на этих участках: Pср,Tср,ср.
Так как к началу расчета неизвестно давление нагнетания, которое зависит от сопротивления сети, то аэродинамический расчет ведется методом последовательных приближений. При этом изменением температуры воздуха в трубопроводах пренебрегают, т.е. Tср=Tкс=Tп, гдеTкс и Tп– температуры воздуха в нагнетательном трубопроводе КС и коллекторе потребителя соответственно.
Давление в коллекторе компрессорной станции Pкс в первом приближении определяется как сумма давления у потребителяPп и потерь давления в воздушной магистралиPс, величина которых не должна превышать 0,05 МПа:
Pкс=Pп+Pс. (13.5)
В первом приближении гидравлические потери в воздухопроводе оцениваются с помощью усредненных удельных потерь давления и приведенной длины трубопровода. Значения этих потерь выбираются в диапазоне Pуд = 40 – 70 Па/м (чем больше расход, тем меньше значениеPуд).
Приведенная длина трубопровода lпрпервоначально оценивается по соотношению:lпр= (1,05 – 1,2) lтр, гдеlтр– суммарная длина прямых участков трубопровода, м. Числовой коэффициент учитывает влияние местных сопротивлений (чем короче трубопровод, тем коэффициент больше).
Тогда общие потери давления в воздушной сети Pс, Па, составят:
, (13.6)
а среднее давление в сети в первом приближении может быть принято:
. (13.7)
Далее для этого давления вычисляются плотность ср, кг/м3, и объемный расход воздуха в магистралиQср, м3/с:
; (13.8)
, (13.9)
где nк– число компрессоров, работающих на данную магистраль.
Задаются значением экономически оптимальной скорости потока wопт=12-15 м/с и определяется расчетный внутренний диаметр трубопровода , м:
. (13.10)
По ГОСТу подбирается труба с подходящим диаметром и толщиной стенок. Оцениваются ее абсолютная (0,8–1,0 мм) и относительнаяшероховатости (м/м).
По уравнению расхода вычисляется фактическая средняя скорость воздуха в трубопроводе wср, м/с:
. (13.11)
Далее определяются режимы течения и границы применимости формул расчета коэффициентов трения:
;;,
где в– коэффициент динамической вязкости воздуха, зависящий от его температуры, Пас, определяется по справочнику, например [8].
Рассчитываются коэффициенты трения – . Например, если, то по формуле Шифринсона [8]
. (13.12)
Уточняется приведенная длина трубопровода lпр, м, по которому подается воздух от КС до потребителя:
(13.13)
где lэкв– суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений магистрали (отводы, задвижки, тройники и пр.), м, вычисляется по соотношению
. (13.14)
Здесь м.с– коэффициенты местных сопротивлений, значения которых принимаются по справочникам [1, 3, 4, 9 и др.].
Вычисляется уточненное значение падения давления в магистрали Pс, Па, по формуле Дарси:
. (13.15)
Определяется действительное давление воздуха в начале магистрали, т.е. за компрессорной станцией Pкс, МПа:
. (13.16)
Уточняется среднее давление воздуха в магистрали по формуле (13.6) или по соотношению:
. (13.17)
По формуле (13.8) вычисляется новое значение средней плотности воздуха ср, которое сравнивается с ранее полученным значением.
Достоверность расчета оценивается по величине расхождения значений средней плотности. Если оно превышает 2,5 %, то расчет повторяют, начиная с формулы (13.9).
После достижения заданной точности, полученное значение давления Pк.с по формуле (13.16) считается фактическим и в дальнейшем (с учетом потерь давления в системе осушки воздуха) используется для определения давления нагнетания компрессора.