Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет системы воздухоснабжения промышленного предприятия. Методические указания к выполнению курсовой работы
.pdf
1
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ
ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Методические указания
к выполнению курсовой работы
Казань
Издательство КНИТУ
2015
2
УДК 621.51/.54
Составители: д-р техн. наук, проф. Р. Н. Максудов
канд. техн. наук, доц. Е. Н. Тремасов
Расчет системы воздухоснабжения промышленного предприятия
: методические указания к выполнению курсовой работы / сост. :
Р. Н. Максудов, Е. Н. Тремасов; М-во образ. и науки России,
Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2015. – 32 с.
Изложены методики расчета основных элементов систем
производства и распределения сжатого воздуха, включающие подбор
оборудования, гидравлический расчет воздухопроводов, термодинамический поверочный расчет поршневой и центробежной
компрессорных установок, расчет системы осушки сжатого воздуха до
заданного влагосодержания, расчет показателей эффективности
системы воздухоснабжения.
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению
подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль
«Энергетика теплотехнологий».
Печатаются по решению методической комиссии института
химического и нефтяного машиностроения Казанского
национального исследовательского технологического университета
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. И. Р. Сагбиев
канд. техн. наук, доц. М. С. Хамидуллин
3
Постановка задачи. Произвести расчет системы снабжения
п раб
п
V
v
раб
= ⋅
г г
V A
г
A
τ
г
г
V
предприятия сжатым воздухом. Система содержит компрессорную
станцию с поршневыми или центробежными компрессорами, установку
осушения сжатого воздуха и магистраль для его подачи от станции до
потребителя.
1. РАСЧЕТ НАГРУЗОК И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ
КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ [1 - 6]
Нагрузкой на компрессорную станцию V называется количество
воздуха, необходимое пневмоприемникам (с учетом потерь),
соответствующее производительности компрессоров в рассматриваемый
промежуток времени:
= + =
V V v V , м
3
/c,
где
-количество воздуха, полезно расходуемое
пневмоприемника-ми в единицу времени, м3/с;
- потери при выработке, транспортировке и потреблении сжатого
воздуха в соединениях, гибких шлангах, а также из-за утечек при
продувках сосудов и у неработающих пневмоприемников, м3/с;
V – суммарная выработка сжатого воздуха работающими
компрессорами, м3/с.
Для определения нагрузок на компрессорную станцию (КС)
используют два метода: укрупненный и расчетный.
Укрупненный, или приближенный, метод основан на применении
средних норм удельных расходов сжатого воздуха на единицу продукции
или на каждую из операций обслуживаемого процесса. Суммарный
годовой расход воздуха по укрупненному методу можно определить
следующим образом:
, м3/год,
α
где α - средний расход воздуха на единицу продукции, м3;
-
годовой выпуск продукции.
Средняя нагрузка в рабочую часть года составит
V =
ср
, м3/ч
4
где
τ
г
раб
s
V
ср
V
раб м д раб
м в уст
. .
м д
. .
м в
уст
8
6
4
2
0
0 4 8 12 14 18 24
τ
, час
V
V
V
V,
% от V
- годовое число часов работы оборудования. Для
определения среднечасовой нагрузки КС строится почасовой суточный
график потребления сжатого воздуха (рис. 1), где расход воздуха в
течение часа считается неизменным.
В зависимости от текущего потребления сжатого воздуха нагрузка
на компрессорную станцию может быть: неполной (менее 50% от
производительности работающих компрессоров
s
м.в.
м.д.
ср.
V ) и максимальной.
Рис.1. Почасовой суточный график воздухопотребления.
(
-среднесуточное потребление воздуха, определяемое из годовых
В свою очередь, максимальная нагрузка условно подразделяется на
максимальную длительную и максимально возможную:
Длительность максимально длительной нагрузки
превышает 30 мин и покрывается всеми работающими компрессорами, за
исключением резервных и находящихся в ремонте. Максимально
возможная нагрузка
не является расчетной и для ее покрытия включают в работу всю
установленную производительность (вместе с резервной)
расходов;
0.75
< <⋅
V V V - максимально длительная нагрузка;
=
V V - максимально возможная нагрузка.
. .
- среднечасовое потребление)
. .
V
обычно имеет кратковременный характер, она
V
V .
обычно не
5
Средняя, максимально длительная и максимально возможная
уст
раб
рез
уст раб рез
ср
V
. .
м д
. .
м в
г
V
раб
рез
уст
г
V
ср
V
60
г
VV⋅
⋅
. .
м д
. .
м в
нагрузки на компрессорную станцию позволяют определить
установленную
V , рабочую
V и резервную
V
производительности компрессорной станции, расходы электроэнергии,
энергии других видов, воды, вспомогательных материалов, диаметры
внутрицеховых и межцеховых трубопроводов сжатого воздуха, стоимость
1 м3 сжатого воздуха.
Установленная производительность представляет собой сумму
номинальных производительностей всех компрессоров, установленных на
станции, включая резервные:
V V V= + .
Рабочее задание:
1. оценить среднюю
, максимально длительную
и
V
максимально возможную
заданных годовом потреблении сжатого воздуха
нагрузки на компрессорную станцию при
V
и коэффициентах
неравномерности его потребления;
2. выбрать тип компрессоров, устанавливаемых на станции,
определить рабочую
V , резервную
V и установленную
V
производительности компрессорной станции;
3. определить число рабочих и резервных компрессорных агрегатов
станции. Оценить коэффициент резерва системы.
Исходные данные к расчету принимаются по индивидуальному
заданию.
Порядок выполнения расчета:
1. Из годового расхода сжатого воздуха предприятием
определяется среднечасовое
потребление воздуха, м³/мин. Работа
станции принимается трехсменной с продолжительностью смены 8 часов.
Непроизводительные расходы (потери) сжатого воздуха принимаются в
количестве 10% полезно затраченных:
=
ср
2. Оцениваются максимально длительное
возможное
, м³/мин, воздухопотребление:
V
1.1
.
τ
г
и максимальное
V
6
м д м д ср
V k V
= ⋅
,
м в м в ср
V k V
= ⋅
. .
м д
. .
м в
уст
уст раб рез
. .
уст м в
раб
≈
. .
м д
±
>
раб
÷
. .
м д
раб
рез
раб
рез
наиб
наиб
раб
раб уст рез
раб
к
к
V
раб
n
,
где
k и
. . . .
. . . .
k - коэффициенты максимально длительной и
максимально возможной нагрузок.
3. С учетом требуемого давления нагнетания по справочным данным
подбираются тип и число компрессоров, позволяющих покрыть заданную
нагрузку. Установленная производительность КС
V :
V V V= + .
При этом, как правило:
V V≥ (+5%),
V
V (0.75
V (
5÷10%),
0.9)
V⋅
При выборе числа рабочих и резервных машин следует
руководствоваться следующими рекомендациями:
а) оптимальное число рабочих поршневых компрессоров
станции составляет 4 - 7 машин при одной резервной (
n =1);
n на
б) оптимальное число рабочих турбокомпрессорных машин
составляет
n =3 - 4 при
n =1.
При этом резерв должен быть не меньше производительности самого
крупного компрессора, устанавливаемого на станции, т.е.
V V≥ ,
рез к
где
V
- производительность наиболее крупного компрессора на
к
КС.
Число рабочих компрессоров
n , однотипных с резервным,
оценивается следующим образом:
V V V= −
V
,
где
nV=
раб
– производительность одного компрессора. Значение
округляется до целого в большую сторону. Предпочтение следует
отдавать выбору однотипных машин. Однако при сложном графике
7
(неравномерности) нагрузки можно выбирать машины разных
раб раб к
V n V
= ⋅
рез рез к
V n V
= ⋅
уст раб рез
= +
рез
наиб
р
V
р ср
V V
=
типоразмеров. При этом в одном помещении следует устанавливать не
более 8-ми компрессоров.
4. Окончательно определяются все виды производительностей
компрессорной станции:
;
;
V V V
5. Оценивается значение коэффициента резерва
V V
−
уст к
=
V
р
где
Обычно
η
рез
- расчетная производительность компрессорной станции.
. Если величина коэффициента резерва оказывается за
.
η
= 0.75 – 0.95,
:
пределами указанного диапазона значений, то выбирают другие типы
компрессоров.
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ВОЗДУХОПРОВОДА [3, 5 – 8, 10]
Воздухопроводы обычно изготавливаются из стальных шовных
(водогазопроводных) или бесшовных горячекатаных труб; иногда
применяются стальные холоднотянутые и холоднокатаные трубы. Целью
гидравлического расчета является нахождение конструктивных
характеристик воздухопроводов, определение расчетного давления на
компрессорной станции, необходимого для подачи воздуха в сеть, и
обеспечение номинального давления у потребителей. Таким образом,
расчет сводится к определению диаметра воздухопровода и его
гидравлического сопротивления, т.е. потерь давления вследствие
шероховатости и наличия местных сопротивлений (запорнорегулирующей арматуры, тройников, крестовин и т.д.).
Для упрощения расчета, местные сопротивления иногда заменяют
условными прямыми участками труб, эквивалентными по
сопротивлению. Тогда приведенная (расчетная) длина воздухопровода
будет суммой фактической и эквивалентных длин местных
сопротивлений, что сводит гидравлический расчет лишь к определению
потерь давления воздуха на трение.
8
Рабочее задание: выполнить гидравлический расчет трубопровода с
ст
вн
с
P
∆
с
P
0
t
0
T
0
P
0
ρ
учетом сжимаемости транспортируемой среды. Для этого по заданным
расходам сжатого воздуха, трассировке воздухопровода и параметрам
воздуха у наиболее удаленного потребителя (в конце сети) определить:
− стандартные диаметры трубопровода на участках магистрали
, м;
D
− потери давления воздуха в сети при его транспортировке от
компрессорной станции до потребителя
, Па;
− необходимое давление нагнетания компрессорных установок
(давление в начале сети)
, МПа.
Исходные данные к расчету: задана воздушная магистраль с
потребителями сжатого воздуха, объемные расходы воздуха у которых
даны при нормальных атмосферных условиях:
= 0 0С, (
= 273.15 К);
= 760 мм рт. ст.;
= 1.293 кг/м³.
Порядок выполнения расчета:
1. Составляется расчетная схема с обозначением параметров
воздуха на участках схемы (рис. 2).
Рис. 2. Пример расчетной схемы:
1.- нагнетательный коллектор компрессорной станции; 2 – 1-й участок
воздушной магистрали; 3 – ответвление к 1-му потребителю воздуха;
4 – 2-й участок магистрали; 5 – коллектор разбора воздуха 2-м
потребителем
9
2. Определяются массовые расходы воздуха на участках
i
G
60
i
V
ρ
⋅
i
V
'
пр
l
'
пр
l
i
l
⋅
i
l
уд
P
÷
'
i
P
∆
i i
уд пр
'
i
ср
'
i
ср
' 0.5 '
i i
P P
'
P P P
= + ∆
ср
t
ср c п
t t t
= =
'
i
ср
ρ
магистрали
, кг/c:
G
где i – номер участка;
0
= ,
i
– объемный расход на i-том участке,
м³/мин.
3. Ориентировочно (в первом приближении) оцениваются
приведенные длины участков
где
- фактическая длина i-го участка.
, м:
= (1.05 1.2)
,
Меньшее значение числового коэффициента, учитывающего наличие
местных сопротивлений, выбирается для более протяженных участков.
Здесь и далее величины, помеченные знаком «штрих», относятся к 1-му
приближению в расчете.
4. Принимается приближенное значение удельного падения
давления на участках (потеря давления на 1 метре длины трубопровода),
которое в среднем составляет:
∆ = 40
70 Па/м.
Меньшие значения потерь соответствуют большим расходам.
5. Оцениваются падения давления на участках магистрали
' '
∆ = ∆ ⋅
P P l
.
, Па:
6. Определяются средние параметры воздуха на участках:
магистрали (пренебрегая охлаждением):
а) давление
В нашем случае
б) температура воздуха
P
, МПа:
P
'
ср п
=
+ ⋅ ∆
;
, 0C, принимается неизменной по длине
в) плотность воздуха на участках
.
;
, кг/м³:
10
⋅
0
'
i
ср
P T
'
i
ср
'
i
i
ср
G
опт
опт
i
расч
i
ср
опт
i
ст
вн
i
ст
вн
∆
'
i
w
2
( )
ср
' '
i i
вн ср
в
µ
ср
i
ρ ρ
= ⋅
'
ср
i
0
P T
0
.
⋅
7. Вычисляются действительные средние объемные расходы воздуха
на участках воздухопровода
, м³/с:
V
'
Vρ=
ср
i
.
8. Принимается значение экономически оптимальной скорости
воздуха в трубопроводе
, м/с. В диапазоне давлений 0.6÷0.8 МПа
w
это значение лежит в пределах:
=12÷15.
w
Меньшее значение соответствует более длинным трубопроводам c
меньшим диаметром.
9. Определяются расчетные значения внутренних диаметров труб на
участках
D
, м:
вн
'
4
V
D
расч
вн
i
⋅
=
w
π
⋅
.
Выбираются ближайшие стандартные значения диаметров
D , м,
оцениваются их абсолютная ∆, м, и относительная e шероховатость
[7,10, с. 14]:
e
=
i
.
D
10. Вычисляются фактические скорости воздуха на участках
м/с:
4 '
V
'
⋅
w
=
i
D
π
⋅
ст
вн
.
i
11. Оцениваются режимы течения воздуха в трубах:
ст
где
w D
⋅ ⋅
i
=
Re'
i
- коэффициент динамической вязкости воздуха, Па·с.
ρ
,
µ
в
,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]