3.4. Методические указания к выполнению практических занятий

В соответствии с государственным образовательным стандартом специалисты, выпускники теплоэнергетических специальностей вузов, должны не только понимать физику процессов, происходящих при работе оборудования и теплоэнергетических систем, но и уметь применять теоретические знания при решении практических задач как при конструировании и наладке, так и при эксплуатации.

Наиболее глубокое понимание любого процесса достигается путём аналитического и экспериментального изучения влияния на него различных факторов. Практические занятия по дисциплине «Технологические энергоносители предприятий» позволяют студентам на конкретных примерах оценить воздействие различных факторов на показатели работы теплоэнергетического оборудования источников и систем теплоснабжения. При решении предполагаемых ниже задач студенты изучают методики и приобретают навыки практических расчетов, необходимых в дальнейшей инженерной деятельности.

При решении задач рекомендуется следующая точность расчетов: величины, имеющие большое численное значение (энтальпию, температуру, расходы и др.), ограничиваются одним знаком после пятой, величины, имеющие малые численные значения (относительная тепловая нагрузка, относительный расход греющего теплоносителя и др.) – тремя знаками после запятой.

Задача 1

Газосмесительная станция металлургического завода приготавливает природно-доменный газ с теплотой сгорания Q=15 МДж/м³.

Порядок решения

1. Относительные объемные количества смешиваемых газов:

а₂ = 10 – а₁

2. Количесвто теплоты, вносимой каждым газом:

;

.

Задача 2

Выберите тип и количество, компрессоров на компрессорной станции, обслуживающей ремонтно-механический цех предприятия, которое работает в две смены. Расчетный расход воздуха V_р = 50 м³/мин соответствует усредненному расходу в первую смену, расход во вторую смену равен 40 % от расхода воздуха в первую смену. Давление сжатого воздуха, необходимое потребителям, р = 0,2…0,8 МПа. Оцените коэффициент резерва основного оборудования.

Порядок решения

Выбор типа компрессоров следует производить по табл. 1 – 7 Приложения 1.

Рабочая производительность компрессорной станции

V_раб = V_р·К_у,

где К_у – коэффициент, учитывающий увеличения расхода воздуха вследствие утечек из воздушной сети, равный 1,5.

Количество устанавливаемых компрессоров (рабочих и резервных) равно

m_уст = m_раб + m_рез = V_раб/V_комп + m_рез.

Установленная производительность компрессорной станции

V_уст = V_комп·m_уст.

При выборе типа, количества и производительности компрессора необходимо учитывать график расхода сжатого воздуха по сменам. Целесообразно устанавливать наиболее крупные по производительности компрессоры, которые имеют лучшие объемные и энергетические характеристики.

Коэффициент резерва компрессорной станции

,

где V_кн – производительность наибольшего по производительности компрессора.

Для потребителей, которые не допускают перерыва в снабжении сжатым воздухом = 1, для остальных - = 0,75…0,9.

Задача 3

На сеть сжатого воздуха работают три компрессора. Производительность каждого – V_к = 0,333 м³/с. Определите, как измениться давление воздуха в сети, если отклонить один компрессор.

Порядок решения

Характеристика сети сжатого воздуха описывается уравнением

р = (0,36 + 0,45V²)^0,5,

где р – давление, МПа; V – расход, м³/с.

Задача 4

На компрессорной станции установлены компрессоры ВП – 30/9. Для каждого компрессора, определите площади поперечного сечения пакета жалюзей водомаслоотделителя F_п висцинового фильтра F_ф, объем воздухосборника V_сб. Температура воздуха перед водомаслоотделителем t = 50ºС.

Порядок решения

1. На практике для компрессоров с давлением воздуха до 4 МПа применяются водомаслоотделителем жалюзийного типа с вертикально установленным пакетом жалюзийных пластин. Допускаемая скорость воздуха при входе в пакет жалюзей находится из уравнения

,

где - поверхностное натяжение жидкости (для воды равное 72,8·10^-3 Н/м); и - плотность жидкости и воздуха; V_к – объемный расход воздуха через водомаслоотделитель при давлении нагнетания.

Площадь поперченного сечения пакета жалюзей определяется по формуле

.

2. Расчет висцинового фильтра сводится к определению необходимой площади его поперечного сечения F_п по условной скорости воздуха w_ф в коробке фильтра:

.

Значение скорости принимается w_ф = 1,0…1,5 м/с.

3. Объем воздухосборника (ресивера) для сглаживания пульсации сжатого воздуха и для компенсации кратковременных значительных расходов сжатого воздуха определяется по формуле

V_сб=1,6 V_к^0,5,

где V_сб - объем воздухосборника, м³, V_к – производительность компрессора, м³/мин.

Задача 5

В номинальном режиме работа одноступенчатого поршневого компрессора характеризуется параметрами:

относиельный объем мертвого пространства а_н = 0,025, степень повышения давления = 5, показатель политроны расширения воздуха в мертвом пространстве П_р = 1,2, коэффициент подогрева = 0,9, коэффициент герметичности = 0,95, рабочий объем цилиндра V_р = 9л, частота вращения вала n = 12,5 с^-1(об/с). Определите производительность компрессора V_к и объем дополнительного мертвого пространства V_мдоп, который необходимо присоединить к цилиндру компрессора, чтобы его производительность снизилась до 60 % от номинального значения.

Порядок решения

1. Производительность компрессора одностороннего действия с одним цилиндром определяется по формуле

(5.1)

При этом а = V_м / V_р,

где V_м – объем мертвого пространства, л.

По условиям задачи:

2.

Используя формулу (5.1), для значения V_к2 определить соответствующий относительный объем мертвого пространства а₂, а затем объем дополнительного мертвого пространства V_мдоп:

V_мдоп = а₂·V_p – V_м.

Задача 6

Выполнить гидравлический расчет разветвленной тупиковой воздуховодной сети.

Исходные данные:

- давление воздуха на выходе из компрессорной станции - 800 кПа;

- давление у потребителей – 600 кПа.

Условные обозначения на схеме:

	- задвижка;
	- сальниковый компенсатор;
	- масловодоотделитель.

Распечатанная схема воздухоснабжения

Расходы воздуха на потребителей, м³/мин (табл. 1):

V₁ = 5, V₂ = 8, V₃ = 12, V₄ = 15, V₅ = 18, V₆ = 13, V₇ = 11.

Длины участков воздуховодной сети, м (табл. 2)

l₀ = 25, l₁ = 150, l₂ = 280, l₃ = 135, l₄ = 145, l₅ = 15, l₆ = 110, l₇ = 85, l₈ = 65, l₉ = 100.

Порядок решения

1. Определяются расходы на всех участках сети.

2. Определяется главная магистраль - совокупность участков сети от компрессорной станции до самого отдален­ного потребителя. Рассчитывается длина главной магистрали L.

3. Рассчитывается максимальной удельное падение давления на главной магистрали по формуле:

, Па/м (6.1)

где Р_н и Р_к - соответственно давления на выходе из компрессорной станции и у потребителей, Па.

4. Определяется эквивалентная длина каждого участка главной магистрали по формуле

l_эк = (1,1 – 1,15)·l_г, м (6.2)

где l_г - геометрическая длина участка, м.

5. Дальнейший расчет каждого из участков главной магистрали ведется последовательно по направлению от по­требителя к, компрессорной станции. Определяется падение давления на участке по формуле:

ΔР = а·l_г, Па (6.3)

6. Определяется среднее давление на участке:

, Па (6.4)

где Р_н – давление в начале участка, Па.

7. Определяется диаметр трубопровода на участке по формуле:

, м (6.5)

где V – расход воздуха на участке, м³ / с.

8. По таблице 4 выбирается ближайший стандартный диаметр трубопровода d_ст, м.

9. По таблице 4 определяется эквивалентная длина местного сопротивления для каждого установленного на уча­стке вида оборудования , м.

10. Определяется фактическая длина участка

, м (6.6)

11. Определяется фактическое падение давления на участке:

, Па (6.7)

12. Аналогичным образом (п.5 – п.11) рассчитывается каждый участок главной магистрали. Результаты вычисле­ний сводятся в таблицу:

Таблица 3 - Расчет участков главной магистрали

№№ пп	lф, м	V, м3/с	ΔР, Па	Рср, Па	d, м	dст, м	lф, м	ΔРф, Па

13. Расчет простых ответвлений проводится по ана­логичной методике (п.4-п.11). Удельное падение давления на ответвлении определяется из выражения

, Па/м (6.8)

где длина простого ответвления;

и давление в начале и конце ответвления, Па.

14. При расчете сложных ответвлений вначале рассчитываются участки от начала ответвления до самого уда­ленного потребителя («главная магистраль ответвления»), а затем остальные участки. Результаты вычислений по каж­дому ответвлению сводятся в отдельную таблицу, аналогичную таблице 3.

15. Определяются суммарные потери давления от компрессорной станции до каждого потребителя.

Внимание ! Суммарные потери давления от компрес­сорной станции до каждого из потребителей на ответвлениях не должны отличаться от суммарных потерь давления до по­требителей на главной магистрали более чем на 5%!

Если потери давления различаются на большую ве­личину, то необходимо произвести корректировку расчета за счет изменения диаметра трубопровода на участке, непосред­ственно примыкающем к соответствующему пункту потреб­ления. Если при корректировке давления невязка давлений в 5% невозможна (например, при малых диаметрах трубо­провода), то выбирается диаметр при котором невязка становится минимальной. Варианты выбора с расчетами обя­зательно приводятся в тексте.

Таблица 4 – Эквивалентные данные местных сопротивлений

Вид местного сопротивления	Эквивалентная длина, м
Внутренний диаметр, мм	25	32	40	50	69	81	94	106	125	130	150	182	207	227	258	281
Задвижка	1,1	1,2	1,4	1,6	1,8	2,1	2,6	3,0	3,9	4,0	4,8	6,3	7,8	8,7	10,0	11,6
Компенсатор сальниковый	0,4	0,5	0,6	0,8	0,9	1,0	1,3	1,5	1,9	2,0	2,4	3,1	3,6	4,2	4,5	5,5
М асловодоотделитель	7,1	8,0	8,9	9,7	10,4	12,8	15,6	18,0	23,2	24,0	28,4	37,6	42,8	50,0	53,3	66,8