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
11
12. Рассчитываются значения коэффициентов трения на всех
2320 Re 10 /
i i
e
' 0.25
10 500
i i
e e
' 0.25
500
i
e
' 0.25
"
пр
l
i
пр
i
эк
l l l
∑
эк
l
"
i
P
∆
" ' '
i
ср
λ ρ
'' "
P P P P
= = + ∆
''
ср
i
ρ
⋅
0
i
ср
P T
''
i
ср
P
участках воздухопровода в границах применимости формул:
если
если
если
Re
≤ ≤
'
Re
〈 ≤
i
'
〉
i
, то
, то
, то
0.11 ( )
λ
= ⋅ +
i i
0.11 ( )
λ
= ⋅
i
68
'
Re
i
0.11
λ
= ⋅
i i
e
e
68
Re
;
'
i
;
.
Уточняются приведенные длины участков магистрали
"
где
= +
, м, - эквивалентная длина местного сопротивления, т.е.
,
, м:
дополнительная длина участка сети, эквивалентная каждому местному
сопротивлению на нем; определяемая по справочным данным.
13. Вычисляются потери давления в трубопроводе по участкам во
втором приближении
, Па:
"
l
P
∆ = ⋅ ⋅ ⋅
i i
пр
ст
D
вн
' 2
( )
w
i
i
2
i
,
а также действительные давления воздуха в началах участков, МПа:
ср с п
.
14. По фактическим значениям давлений и их потерь на участках
определяются действительные средние плотности воздуха
"
0
ср
i
⋅
P T
0
.
где
"
ρ ρ
= ⋅
ср
i
- среднее давление воздуха на участках, МПа, которые
, кг/м³:
вычисляются аналогично п. 6.
15. Проверяется расхождение полученных значений средних
плотностей воздуха с принятыми в первом приближении (см. п. 6).
Если
12
' "
i i
ср ср
ρ ρ
ϕ
а
d
. .
т р
t
. .
м т
⋅
w
t
∆
1
w
t
вс
P
÷
' ''
= =
во
P
=
то
P
÷
−
ρ
'
ср
> 2.5%,
следует выполнить расчет в третьем приближении, начиная с п. 7.
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОМПРЕССОРНОЙ
УСТАНОВКИ [3, 4, 8]
3.1. Определение параметров охлаждающей воды в оборотной
системе технического водоснабжения
По температуре и энтальпии атмосферного воздуха с помощью h-d-
диаграммы влажного воздуха определить: его относительную влажность
, %; влагосодержание
, г/кг; температуру точки росы
;
температуру мокрого термометра
По плотности орошения в вентиляторной градирне g, м3/(м
ширине зоны охлаждения
.
t
2
ч), и
, град., с использованием типовой
номограммы [8, с.427] оценить величину начальной температуры
охлаждающей воды в оборотной системе водоснабжения
, 0С.
3.2. Поршневая компрессорная установка
Рабочее задание: выполнить поверочный тепловой расчет
двухступенчатого сжатия воздуха с промежуточным и концевым
охлаждением. Для выбранного типоразмера компрессора и заданных
условий его работы рассчитать:
- потребляемую компрессором электрическую мощность;
- общий и удельный расход воды в компрессорной установке;
- удельный расход электрической энергии на производство 1000 м³
сжатого воздуха.
Дополнительные данные:
∆ = 500
σ σ
1000 Па – потери давления на линии всасывания;
0.95÷0.97 – коэффициент, учитывающий сопротивление
(потери давления) воздухоохладителей;
∆
∆ =10
3÷5 КПа - потери давления во влагомаслоотделителях;
15 КПа - потери давления в теплообменниках;
13
охл
T∆ =8
÷
из
η
эм
η
'
вк
P
а
P
вс
P
''
ку
P
ку
P
ку п с со
P P P P
= + ∆ + ∆
п
P
с
P
∆
со
P
со
P
во то
n P n P
' ''
' ''
нк нк
вк вк
P P
P P
' '' ' '' ' ' ' ' '' ' 2
σ σ σ σ σ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
' 2
σ
' ' '
ε
= ⋅
'' ' '
σ
= ⋅
12 К – температурный напор на холодном конце
охладителей (недоохлаждение воздуха) (рис. 5, с. 16);
= 0.8÷0.9 – изотермический КПД ступени сжатия;
=0.95÷0.98 – электромеханический КПД привода компрессора.
Параметры воздуха на всасывании определяются по климатическим
данным [9].
Последовательность расчета:
1. Составляется расчетная схема компрессорной установки с
указанием параметров воздуха в характерных точках (рис. 3).
2. Рассчитывается распределение давлений по ступеням сжатия
(рис. 3, 4), МПа:
''
Pσ=
нк
где
=
-
∆
- давление за компрессорной установкой:
;
- давление воздуха у потребителя, МПа;
сети сжатого воздуха (воздухопроводе), МПа;
∆
- потери давления в
- потери давления в
системе охлаждения, МПа;
=
∆
⋅ ∆ + ⋅ ∆
;
Из условия равенства работ по ступеням степени повышения давления
в них также принимаются равными:
' ''
ε ε
= = = ;
' ''
' ''
ε ε
P P
⋅ = ⋅ = = =
нк нк
P P P P P P
вк вк вк нк вк вк
P
' ''
ε ε
= =
ку
P
⋅
вк
'
P P P P
⋅
нк ку ку ку
;
P P
нк вк
;
P P
вк нк
;
.
3. Теоретическая работа сжатия в охлаждаемых ступенях
компрессора вычисляется для изотермического сжатия. Действительные
14
удельные работы сжатия в ступенях
'
к
l
''
к
l
1
из
η
1
из
η
вк а
T T
=
вк w охл
'
нк
T
'
'
1
n
−
1 0.01 ( 1)
= − ⋅ −
'
n
⋅
k
k
''
нк
T
''
''
1
n
−
'' '
t t
λ λ
=
' ''
ε ε
=
0.015
n n k
= + ⋅
в
G
'
вк вк
ρ
0
'
вк
P T
P T
⋅
и
, кДж/кг, определяются по
уравнениям
' ' '
l R T
= ⋅ ⋅ ⋅
к вк
ln( )
ε
;
'' '' ''
l R T
= ⋅ ⋅ ⋅
к вк
ln( )
ε
R = 0.287 кДж/(кг·К) – газовая постоянная воздуха.
Температуры воздуха на всасывающих частях ступеней компрессора и
после ВОК (рис. 3, 5) принимаются:
'
;
''
T T T= + ∆ .
1
4. Температура воздуха в нагнетательной части 1-й ступени
может быть вычислена по соотношению
n
( )
ε
'
где
λ ε
' '
t
'
T
' '
T
вк
= ⋅ ,
нк
λ
t
- коэффициент, учитывающий подогрев
воздуха при всасывании;
= (0,92 – 0,98)
– показатель политропы процесса сжатия в 1-й
ступени;
=1.4 – показатель адиабаты воздуха.
Коэффициент у показателя политропы имеет тем меньшее значение,
чем выше интенсивность охлаждения цилиндра ступени.
Температура воздуха в нагнетательной части 2-й ступени
вычисляется аналогично:
( )
ε
n
,
.
где
(при условии
''
T
'' ''
нк
вк
= ⋅
λ
t
'' '
);
''
T
5. Определяется массовая производительность компрессора
кг/с:
V
G
в
⋅
= ,
60
'
ρ ρ
= ⋅
вк
'
вк
0
0
,
⋅
, К,
, К,
,
15
где
вк
V
'
вк
ρ
к
N
к
эм
l
η
Σ
' ''
к к к
l l l
= +
по
Q
ВОК
' ''
( )
по в pв нк вк
( )
ВОК в pв нк ку
Q G c T T
в
c
по
w
G
ВОК
w w
c t
⋅ ∆
ВОК
w w
c t
⋅ ∆
w
c
, м³/мин – объемная производительность компрессора;
плотность всасываемого воздуха,
6. Рассчитывается мощность, потребляемая компрессором
с учетом электромеханических потерь:
N G
= ⋅
к в
, где
, кДж/кг.
Σ
Рис. 3. Расчетная схема компрессорной установки:
1 – воздухозаборное устройство; 2 – 1-я ступень сжатия (СНД);
3 – промежуточный охладитель воздуха (ПО); 4 – 2-я ступень сжатия
(СВД); 5 – концевой охладитель воздуха (ВОК)
7. Тепловые мощности теплообменников промохладителя
концевого воздухоохладителя
Q
, кВт:
, кг/м³ -
, кВт,
и
Q G c T T= ⋅ ⋅ − ;
= ⋅ ⋅ − ,
где
, кДж/(кг·К) – средняя изобарная теплоемкость воздуха для
p
данного интервала температур.
8. Расходы охлаждающей воды в теплообменниках
кг/с, определяются из их тепловых балансов:
=
где
Q
по
;
=4.19 кДж/(кг ⋅К) - теплоемкость воды;
G
w
по
''
G
G
ВОК
w
и
Q
=
,
,
w
16
2 1
w w w
t t t
∆ = −
=6÷10 - подогрев воды в аппарате
Рис. 4. Диаграмма изменения давления и температуры воздуха
в компрессорной установке: 1 –во всасывающей линии; 2 –в первой
ступени; 3 – в промежуточном охладителе воздуха; 4 – во второй
ступени; 5 - в концевом охладителе.
а б
Рис. 5. Диаграммы изменения температур воздуха в охладителях:
а − в промохладителе воздуха; б − в концевом воздухоохладителе
17
9. Суммарное потребление воды компрессорной установкой с
ку
w
G
1.05 ( )
ку по вок
ку
w
V
3600
1000
w
g
1000 60
= ⋅ ⋅
уд
э
1000
3600
P
∆
σ
во
P
=
то
P
охл
учетом расхода на охлаждение смазочного масла
, кг/с:
G G G= ⋅ +
w w w
или в объемных единицах
ку ку
V G= ⋅
w w
, м³/ч:
,
.
10. Удельный расход воды в литрах на учетную единицу сжатого
воздуха
, л/1000м³, определяется отношением:
ку
G
g
w
w
V
вк
.
11. Удельный расход электроэнергии на производство единицы
сжатого воздуха
, кВт·ч/1000м³, равен:
' '' '
( )
э l l
= + ⋅ ⋅
уд к к вк
ρ
.
3.3. Центробежная турбокомпрессорная установка
Рабочее задание: выполнить поверочный тепловой расчет много-
секционной турбокомпрессорной установки в составе системы снабжения
предприятия сжатым воздухом [4].
Для выбранного типоразмера компрессора и заданных условий его
работы рассчитать:
− потребляемую компрессором электрическую мощность;
− расход охлаждающей воды на компрессорную установку;
− удельный расход энергии на производство сжатого воздуха.
Дополнительные данные:
=500÷1000 Па – потери давления на линии всасывания;
=0.95÷0.97 – коэффициент, учитывающий потери давления
(сопротивление) в воздухоохладителях;
∆
∆
(
принимаются одинаковыми);
35÷ КПа - потери давления во влагоотделителях;
=10÷15 КПа - потери давления в теплообменниках ПО и ВОК
=8÷12 К – температурный напор на холодном конце воздухо-
T∆
охладителей (недоохлаждение воздуха) (рис. 5);
18
ад
η
= 0.8÷0.9 – адиабатный КПД ступеней компрессора;
эм
η
'
вк
P
а
P
вс
P
''
вк
P
σ
⋅
'''
вк
P
σ
⋅
' '' '''
ε ε ε
⋅ ⋅
' 3
σ
⋅
'
ε
''
ε
'''
ε
'
ку
вк
P
P
ку
P
ку п с со
P P P P
= + ∆ + ∆
п
P
с
P
∆
со
P
= 0.95÷0.98 – электромеханический КПД привода компрессора.
Порядок выполнения расчета
1. Составляется расчетная схема турбокомпрессорной установки с
обозначением параметров воздуха в характерных точках схемы (рис. 6).
Рис. 6. Расчетная схема трехсекционного турбокомпрессора:
ПО1, ПО2 - промежуточные охладители воздуха;
ВОК – воздухоохладитель концевой
2. Определяется распределение давлений воздуха по секциям
компрессора (рис. 6, 7):
=
-
∆
;
'
=
P
нк
;
=
Работа сжатия по секциям обычно одинакова, что определяет
равенство степеней повышения давления в секциях:
P
Здесь
ку
=
P
вк
;
=
=
- давление за компрессорной установкой:
1
=
⋅
3
σ
;
- давление воздуха у потребителя, МПа;
давления в воздухопроводе, МПа;
- потери давления в системе
∆
охлаждения, МПа:
''
нк
.
P
.
- потери
19
со
P
=
во то
n P n P
'
нк
P
''
нк
P
'''
нк
P
'
нк
P
' '
ε
⋅
''
нк
P
'' ''
ε
⋅
'''
нк
P
''' '''
ε
⋅
к
l
1
ад
η
1
ад
η
1
ад
η
'
вк
T
''
вк
T
'''
вк
T
'
вк
T
а
T
''
вк
T
'''
вк
T
ку
T
ку w охл
нк
T
'
к
в
l
''
к
в
l
'''
к
в
l
к
G
∆
⋅ ∆ + ⋅ ∆
;
Тогда значения давлений воздуха за секциями сжатия
,
и
МПа, определяются соотношениями:
=
P
3. Рассчитываются удельные работы сжатия воздуха
вк
;
=
P
вк
;
P
=
вк
.
, кДж/кг, по
секциям:
k
' ' '
l R T
= ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅
к вк
'' '' ''
l R T
к вк
''' ''' '''
l R T
к вк
1
k
−
k
= ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅
1
k
−
k
= ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅
1
k
−
k
( ) 1
ε
1
k
−
k
( ) 1
ε
1
k
−
k
( ) 1
ε
;
;
.
1
k
−
k = 1.4 – показатель адиабаты воздуха; R = 0.287 кДж/(кг· К) –
газовая постоянная воздуха.
Температуры воздуха за промежуточными воздухоохладителями
определяются эффективностью теплообменников и температурой
охлаждающей воды. Значения температур воздуха на всасывании по
секциям сжатия
,
и
, К, принимаются:
,
4. Рассчитываются значения температур воздуха на нагнетании по
секциям,
5. По параметрам воздуха на всасывании определяется массовая
производительность компрессора
=
;
К:
,
' '
T Tc= +
нк вк
=
=
;
'' ''
T Tc= + ;
нк вк
;
p
T T T= + ∆
p
1
''' '''
T Tc= + .
нк вк
(рис. 5).
p
, кг/с:
20
'
60
вк вк
V
ρ
0
'
вк
P T
P T
⋅
вк
V
вк
ρ
к
N
к к
эм
G l
Σ
⋅
' '' '''
к к к к
l l l l
= + +
то
' ''
( )
то по к pв нк вк
'' '''
( )
то по к pв нк вк
где
G
к
⋅
=
- объемная производительность компрессора, м³/мин;
,
'
ρ ρ
= ⋅
вк
вк
0
0
- плотность воздуха на всасывании, м³/мин.
'
,
⋅
Рис. 7. Диаграммы изменения давления и температуры воздуха
при его движении в проточной части турбокомпрессорной установки
6. С учетом электромеханических потерь вычисляется
электрическая мощность, потребляемая компрессором
N
=
к
7. Тепловые мощности теплообменников воздухоохладителей
, кВт, определяются по соотношениям
Q
Q Q G c T T= = ⋅ ⋅ −
, где
Σ
, кДж/кг.
η
Q Q G c T T= = ⋅ ⋅ − ,
1 1
2 2
,
, кВт:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]