В нашем случае подача сжатого воздуха в цеха осуществляется по двум магистралям, расходы в которых составляют:
в первой магистрали – 60 ;
во второй магистрали – 60 .
Для обеспечения заданного расхода воздуха на промышленном предприятии Выбираем автоматизированную компрессорную станцию на 7 компрессоров 7(6)К-20А, производительностью 20 м3/мин при давлении 0,9МПа. Один компрессор предусмотрен в качестве резервного, заменяющего самый крупный из основных при его остановке.
Номинальная производительность компрессорной станции равна 140 , что полностью обеспечивает потребность нашего предприятия в сжатом воздухе.
Компрессорная станция должна располагаться вдали от источников загрязнения воздуха механическими примесями, газами и влагой (пескоструйные камеры, ацетиленовые станции, брызгальные бассейны и т.п.). Компрессорную станцию желательно располагать воздухосборниками, обращенными на север или северо-восток. Электроснабжение компрессорной станции должно осуществляться на напряжение 6 и 10 кВ по двум радиальным линиям, подключенным к разным источникам питания.
Режим работы компрессорной станции круглосуточный. На станции предусматривается обслуживающий персонал – машинист и старший машинист. Количество работающих определено по "Нормативам численности рабочих компрессорной станции (установок)" и требованиями правил безопасности.
3. Аэродинамический и прочностной расчет системы воздухоснабжения машиностроительного завода
Важной частью расчета систем снабжения сжатым воздухом является аэродинамический расчет, суть которого заключается в определении потерь давления в воздухопроводах, определения их диаметров, давлений у абонентов.
Схема воздухоснабжения промышленного предприятия представлена на рис.1, размеры отдельных участков схемы трубопровода приведены в табл.1. Номера цехов соответствуют указанным выше названиям.
Рис 1. Схема воздупроводов предприятия.
Таблица 1. Размеры участков сети
|
Участок |
A1B1 |
A2B2 |
B1C1 |
B2C2 |
C1D1 |
C2D2 |
D1E1 |
D2E2 |
E1K1 |
E2K2 |
|
Длина, м |
60 |
30 |
55 |
40 |
80 |
120 |
80 |
70 |
60 |
95 |
|
Участок |
K1M1 |
l1 |
l2 |
l3 |
l4 |
l5 |
l6 |
l7 |
l8 |
l9 |
|
Длина, м |
45 |
60 |
80 |
120 |
75 |
60 |
70 |
85 |
145 |
60 |
Для технического оборудования промышленного предприятия обычно требуется сжатый воздух с давлением, равным 0,3…0,8 МПа, следовательно, у абонентов давление сжатого воздуха не должно быть меньше 0,3 МПа. Давление, нагнетаемое компрессорами, составляет 0,9 МПа. Все остальные необходимые данные для расчета приведены в задании.
Методика аэродинамического и прочностного расчётов участков воздухопроводов предприятия:
1. Принимаем скорость движения сжатого воздуха в трубопроводе.
Рекомендуется принимать следующие значения:
- в магистральных трубопроводах υ = 15÷20 м/с;
- в ответвлениях к цехам υ = 10÷15 м/с.
Для того чтобы в дальнейшем воспользоваться номограммой [1, прил. 3], необходимо перейти от скоростей движения сжатого воздуха при давлении 0,9 МПа к скоростям, приведенным к условиям всасывания (p=0,1 МПа; t=15°С).
Переход осуществляется с помощью соотношения плотностей, которое выводится из условия равенства массовых расходов: где:
G0 – расход для условий всасывания при 0,1 МПа, 15°С;
G – расход сжатого воздуха при 0,9 МПа (давление сжатого воздуха в нагнетательной линии), 15°С;
Массовый расход:
, где:
V - объемный расход воздуха;
ρ - плотность воздуха при данных условиях;
ν - скорость воздуха при данных условиях;
S - площадь сечения канала, который в обоих случаях считается одинаковым.
(*),
где νо и ρо - скорость и плотность воздуха при р=0,1 МПа (условия всасывания);
ν и ρ - скорость и плотность воздуха при р=0,9 МПа.
Значение плотности воздуха берётся из справочной литературы при t=15°С:
; .
Из уравнения состояния идеального газа:
(**).
Подставив уравнение (**) в уравнение (*) для условий 1 и 2 получим:
;
Принимается , м/с
2.По номограмме 4 [1] при известном расходе воздуха Vр и принятой скорости νсж в трубопроводе определяется внутренний диаметр трубопровода dвн, а затем по среднему давлению в трубопроводе находятся потери давления на один погонный метр трубы δP. Средние давление в трубопроводе:
, где
Рн =9 - давление сжатого воздуха, выдаваемое компрессорной станцией (на основании типового проекта);
Рк =7 - давление сжатого воздуха, необходимое потребителям (т.к. давление находится в пределах 0,3 – 0,9МПа, принимаю Рк =7).
Путевые потери учитываются при определении падения давления на отдельных участках.
3. Определяются потери давления в местных сопротивлениях (вентилях, тройниках, коленах). Для этого необходимо условно заменить соответствующие части арматуры "эквивалентными длинами", т.е. заменяем участками трубопровода, на котором потери напора по длине равны местным потерям напора. Этот метод применим только для турбулентного режима движения потока сжатого воздуха в зоне квадратичного сопротивления. Режим выбирается по значению критерия Рейнольдса, которое можно вычислить по формуле:
, где
– действительная скорость сжатого воздуха при Р=9ат;
dвн – внутренний диаметр трубопровода(выбирается в соответствии с ГОСТ 10704-91 "Трубы стальные электросварные прямошовные"), м;
- кинематическая вязкость сжатого воздуха, м²/с. (для сжатого воздуха = 18,5·10-6, м2/с.)
Полученное значение числа Re определяет режим движения потока среды:
· при < 2320 – ламинарный режим;
· при = 2320÷5000 – переходный режим (режим с перемеживающейся турбулентностью);
· при > 5000 – турбулентный режим.
Для примера, определим значение Re на участке А2В2:
Таким образом, имея значения Re=83586, мы находимся в развитом турбулентном режиме (Re>5000) и поэтому возможно применение метода "эквивалентных длин".
Конфигурация сетей сжатого воздуха предусматривает местные сопротивления , а эквивалентная длина местных сопротивлений является функцией этих сопротивлений.
Эквивалентная длина местных сопротивлений, находится по номограмме [1,приложение 3], по известному нам внутреннему диаметру и значениям коэффициентов сопротивления, которые мы принимаем.
· для колена 0,33;
· для тройника 1,0;
· для вентиля 2,9.
4. Определяются общие потери давления на соответствующем участке:
, где
,
lфакт- фактическая длина участка, м.
5. Используя ГОСТ 10704-91 "Трубы стальные электросварные прямошовные", по известному внутреннему диаметру d подбирается труба с наружным диаметром D и толщиной стенки δ, причём D = d + 2δ.
6. Из условий прочности рассчитывается минимальная необходимая толщина стенки трубы:
, где
Рср– среднее абсолютное давление в трубопроводе,;
Dн– наружный диаметр трубы, мм
k=1,7 – коэффициент запаса, будет обеспечивать запас прочности при давлении
0,9МПа:
– предел текучести материала.
Минимальная толщина стенки пропорциональна рабочему давлению, наружному диаметру и зависит от свойств металла.
Расчетная толщина стенки сопоставляется с ее действительным значением и при необходимости уточняется за счет выбора в соответствии с ГОСТ другого наружного диаметра трубы.
7. Находиться конечное давление на участке или у потребителя (для ответвлений).
Конечное давление на i-ом участке:
,
где i=1…5 – для правой ветки. i=1…4 – для левой ветки.
Конечное давление на предыдущем участке магистрали будет начальным на следующем.
Для участков А1В1, А2В2 в качестве отпускаемого от компрессорной станции принимается давление 0,9МПа.
Давление у i-го потребителя:
, где
- конечное давление в точке j-го участка магистрали, к которому подключен j-ый потребитель, кгс/см2;
- потери давления на один погонный метр ответвления, кгс/см2.
j=1…9. Конечное давление у прочих потребителей без учета фактической длины воздухопровода определению не подлежит.
Примером применения данной методики может служить расчет участка А2B2 :
