Гидравлический расчет системы воздухоснабжения

Уфа 2012

Содержание

1. Задание и исходные данные
2. Расчетная схема системы воздухоснабжения
3. Расчет нагрузок на КС
4. Подбор компрессоров
5. Гидравлический расчет системы воздухоснабжения
6. Определение диаметров всасывающих патрубков
7. Вывод
8. Список литературы

1. Задание и исходные данные

1.1 Задание:

Спроектировать компрессорную станцию для снабжения силовых и технологических потребителей сжатого воздуха. Обосновать схему прокладки воздухопроводов: кольцевую или тупиковую, оценить технико-экономические показатели процесса выработки сжатого воздуха. Для этого:

1. Составить схему системы воздухоснабжения с указанием местных сопротивлений. Принять расстояния: от КС до цеха №1 – 1800 м; от цеха №1 до цеха №2 – 1100 м; от цеха №2 до цеха №3 – 1500 м; отводы от магистрали к цехам – 150 м.

2. Определить расчетные нагрузки на КС: максимальный и максимально длительный расходы, расчетное давление.

3. Подобрать компрессоры по типу, расчетному давлению и производительности.

4. Произвести гидравлический расчет системы.

1.2 Исходные данные (вариант № 46):

Таблица 1

Наименование потребителя	Марка	Vном, м3/мин	Р, бар	кол-во пневмоприборов
Литейный цех:
1.Молотки рубильные	РМ-3	0,6
ЭП-1059	0,3
МН-10	0,5
2.Трамбовки	ТРМ
3. Вибраторы	D=90мм	2,2
4.Воздухоструйные аппараты	D=6мм	2,2
5.Обдувочные сопла	D=4мм
D=6мм
Кузнечный цех:
1.Воздушные штамповочные молоты	1 т		6,7
3 т		6,7
2.Сопла для обдувки штампов	D=8мм
3.Мазутные форсунки	В=30 кг/ч	0,5
В=100 кг/ч	1,5
Механический цех:
1.Сверлильные машины	СМ-5	0,9
РС-8	0,5
2.Шлифовальные машины	РЧ-52-79
3. Машины для резки металлов	РПГ	1,6
4.Винтозаверточные машины	И-96	2,8	3,5
5.Пистолеты-краскораспылители	-	0,8	3,5

Расчетная схема системы воздухоснабжения

Выбор кольцевой сети обусловлен ее надежностью по сравнению с тупиковой, хотя ее основным недостатком является большой расход материала на трубопровод.

Расчет нагрузок на КС

Расчетный метод применяется для предприятий с большим количеством мелких потребителей. При этом на стадии проектирования необходимо иметь данные по типам и количеству потребителей.

Всех потребителей разбиваем на две группы:

- пневмоинструменты (ПИ) – потребители, характеризующиеся кратковременным режимом работы;

- пневмооборудование (ПО) – потребители, характеризующиеся более длительным режимом работы.

Порядок расчета:

3.1 Средняя нагрузка по ПИ:

3.1.1 Средняя нагрузка по i-группе ПИ, м³/мин:

= K_спр·q_i·n,

где q_i – паспортное потребление пневмоинструментов i-й группы, м³/мин.;

n – число пневмоинструментов в группе, шт;

K_спр – коэффициент спроса:

K_спр= K_одн·K_загр·K_ут·K_изн,

где K_одн – коэффициент одновременности, учитывающий неодновременность включения в работу ПИ (по лекциям);

K_загр – коэффициент загрузки, учитывающий степень загрузки отдельных ПИ; в расчетах принимаем K_загр=0,85-0,95; Для всех ПИ принимаем K_загр= 0,90;

K_ут – коэффициент утечек, учитывающий утечки в оборудовании; в расчетах принимают K_ут=1,15-1,2; Для всего оборудования принимаем K_ут=1,15;

K_изн – коэффициент износа, учитывающий степень износа оборудования; в расчетах принимают K_изн=1,05-1,3. Для всего оборудования принимаем K_изн=1,3.

3.1.2 Средняя нагрузка по всем ПИ, м³/мин: V = ΣV .

3.2 Средняя нагрузка по ПО:

3.2.1 Средняя нагрузка по i-группе ПО, м³/мин: V = K_исп·K_изн·K_ут·q_i·m,

где q_i – паспортное потребление пневмооборудования i-й группы, м³/мин.;

m – количество пневмооборудования в группе, шт.;

K_исп – коэффициент использования, учитывающий время использования оборудования за весь рабочий период; в расчетах принимают K_исп= 0,45-0,85;

K_изн – коэффициент износа, учитывающий степень износа оборудования (см. п.3.1.1);

K_ут – коэффициент утечек, учитывающий утечки в оборудовании (см. п.3.1.1).

3.2.2 Средняя нагрузка по всему ПО:

V = ΣV .

3.3 Средняя нагрузка на КС:

3.4 V = V + V .

При работе предприятия возможно односменное, сезонное или кратковременное увеличение расхода воздуха за счет включения группы крупных потребителей. Тогда расход воздуха:

V = K_max·V ,

где K_max – коэффициент максимума, учитывающий увеличение расхода воздуха за счет включения группы крупных потребителей; в расчетах принимают K_max= 1,2-1,5. Принимаем K_max=1,4.

Расчет нагрузок на КС приведен в таблице 2.

Общий максимальный расход воздуха на КС:

= ΣV_max = 405,542 м³/мин.

На эту максимальную нагрузку ведется гидравлический расчет трубопроводов.

Выбор компрессоров производится по максимально длительной нагрузке:

V = β_maxд·V =0,9·405,542 = 364,988 м³/мин,

где β_maxд – коэффициент, учитывающий вероятность несовпадения во времени максимальных нагрузок; в расчетах принимают β_maxд = 0,85-0,95 (с увеличением числа цехов коэффициент β_maxд уменьшается). Принимаем β_maxд = 0,9.

Подбор компрессоров

Исходя из необходимого количества сжатого воздуха и номинальных давлений у потребителей, осуществляется предварительный подбор типа и марки компрессоров.

Скорость воздуха в нагнетательном трубопроводе не должна превышать 10-15 м/с для центробежных компрессоров и поршневых компрессоров двойного действия, и не должна превышать 6 м/с для поршневых компрессоров простого действия. Если длина трубопровода более 200 м, то допускается увеличение скорости до 20 м/с.

4.1. Для кольцевой сети

По каталогу (прил. 12) [1] подбираем тип и марку компрессора для кольцевой сети: поршневой воздушный компрессор марки 4ВМ10-120/9 с характеристиками: V=124м³/мин, Р_вс=0,1МПа, Р_нагн=0,9МПа, N_дв=800кВт, в количестве четырех (один резервный).

Гидравлический расчет системы воздухоснабжения

Составляем схему сети, и находим длины расчетных участков. Затем расставляем арматуру и определяем расходы воздуха на участках. Расчет производим для наиболее протяженной магистрали.

Магистрали кольцевой сети принимаются одного диаметра, который определяется по расходу в одном направлении в размере 70 % от общего расхода всех потребителей, охватываемых кольцом.

5.1. Расчет кольцевой сети

5.1.1. Расчетный расход воздуха для кольцевой сети:

V_расп = 0,7× = м³/мин=4,731 м³/с

5.1.2. Расход воздуха для расчета коэффициента трения:

V = =124·3=372 м³/мин = 6,2 м³/с

где V – производительность компрессора;

m – количество компрессоров (без учета резерва).

При расчете диаметра трубопровода V_ном = V_расп.

5.1.3. Производим пересчет V_ном на давление потребителя (считая воздух идеальным газом)

,

где Р₁ – давление на всасывании;

Р₂ – давление на нагнетании;

T₁= 303 К – температура на всасывании ( =293 К - температура, при которой заданы характеристики компрессоров в каталоге)

T₂= 313 К – температура на нагнетании.

м³/с,

м³/с.

5.1.4. Задаемся оптимальной скоростью воздуха в нагнетательном трубопроводе в зависимости от типа компрессора. Для поршневого компрессора двойного действия она не должна превышать 15 м/с. Принимаем w=12 м/с.

5.1.5. Площадь сечения трубопровода:

F = м^2­,

где V_ном2 – номинальный расход воздуха, рассчитанный на номинальное давление у потребителя, м³/с.

5.1.6. Внутренний диаметр трубопровода:

d = м.

Диаметр трубопровода округляется до стандартного (прил.2) [1] d=259мм.

5.1.7. Уточняется скорость воздуха:

w = м/с.

5.1.8. Определяем суммарную эквивалентную длину местных сопротивлений: = Σ ,

где - эквивалентная длина i-го местного сопротивления.

Эквивалентные длины местных сопротивлений (прил.3) [1]:

· 1 задвижка: l_э=4,87м;

· 3 поворота на 90⁰: l_э=10,23·3=30,69 м

Суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений:

l_экв=4,87+30,69=35,56 м

5.1.9. Коэффициент трения:

,

где k – абсолютная шероховатость труб; для стальных труб k=0,0001;

- кинематическая вязкость воздуха при Т₂

.

5.1.10. Потери напора на трение и местные сопротивления:

h_тр = Σ h_трi = Σ ;

h_тр= .

5.1.11. Потери давления на трение и местные сопротивления в наиболее протяженной ветви:

ΔP_тр= h_тр·ρ_ном·g,

где ρ_ном – плотность воздуха, кг/м³:

ρ_ном = кг/м^3­,

- молярная масса воздуха, кг/кмоль;

ΔP_тр=1554,815·10,03·9,81=152984,91 Па.

5.1.12. Располагаемое давление воздуха на КС:

P_расп = ΔР_вс + ΔР_тр + ΔР_изб + Р_н,

где ΔР_вс – потери давления на трение и сопротивление в трубопроводе КС; принимаются равными 3÷5 кПа;

ΔР_тр – потери давления на трение и местные сопротивления в наиболее протяженной ветви трубопровода КС;

ΔР_изб – избыточное или резервное давление; принимается равным 0,5 кПа;

Р_н – номинальное давление воздуха у потребителя.

P_расп=5000+152984,91+500+6,7·10⁵=828484,91 Па.

Так как P_расп=8,2·10⁵ < P_нагн=9·10⁵, то предварительно выбранные тип и марка компрессоров подходят.