Расчет системы воздухоснабжения
Расчет нагрузок и выбор оборудования воздушной компрессорной станции, показатели эффективности ее работы. Гидравлический расчет магистрального воздухопровода. Тепловой расчет центробежной турбокомпрессорной установки. Система осушки сжатого воздуха.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.01.2011 |
| Размер файла | 398,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
3
Казанский Государственный Технологический Университет.
Кафедра: ТОТ
Курсовой проект
на тему:
"Расчет системы воздухоснабжения"
Выполнил:
студент гр.227-181
Проверил:
Максудов Р. Н.
Казань, 2010 г
Содержание
- Задание
- Расчет нагрузок и выбор основного оборудования воздушной КС
- Гидравлический расчет магистрального воздухопровода
- Тепловой расчет центробежной турбокомпрессорной установки
- Расчет системы осушки сжатого воздуха
- Расчет показателей эффективности работы компрессорной станции
Задание
Составить схему снабжения предприятия сжатым воздухом и произвести ее расчет. Система содержит компрессорную станцию с центробежными компрессорами, установку для осушки воздуха и магистраль для его подачи от станции до потребителя.
Предусматривается процесс осушки воздуха методом его охлаждения в аппартах-воздухоосушителях с помощью холодильной машины.
Схема холодоснабжения системы осушки - с промежуточным хладоносителем.
Водоохлаждающие устройства системы оборотного водоснабжения компрессорной станции - вентиляторные градирни.
Расчет нагрузок и выбор основного оборудования воздушной КС
1) Среднечасовое Vср, м3/сут, потребление воздуха.
Необходимо учитывать потери сжатого воздуха в системе. Считают обычно, что непроизводительные расходы воздуха составляют 10% от полезно затраченных.
Тогда
Vср=1,1Vr/фr60,где Vr - годовое потребление воздуха, куб. м. в год
фr-число часов использования нагрузки в году
Vср=1,13,459107/720060=94,242 м3/мин
Vs=1,13,45910724/7200=135708,1 м3/сут
2) Максимально длительное Vм. д. и максимально возможное Vм. в., м3/мин, воздухопотребление:
Vм. д. =Kм. д. Vср=1,2·94,242=113,09 м3/мин
Vм. в. =Kм. в. Vср=1,5·94,242=141,361 м3/мин
Где Км. д. и Км. в. - коэффициенты неравномерности нагрузки
3) Выбираем тип и число компрессоров
Установленная производительность КС Vуст складывается из рабочей Vраб и резервной Vрез, м3/мин, производительностей:
Vуст=Vраб+Vрез
При этом следует учитывать, что обычно
Vуст?Vм. в. (+5%) В нашем случае Vуст=148,429 м3/мин
Выбираем центробежную турбокомпрессорную установку: 21ВЦ-63/9
Выбираем резервную центробежную турбокомпрессорную установку: 21ВЦ-63/9
Чтобы обеспечить максимально возможное воздухопотребление необходимо 3 рабочих турбокомпрессорных установки и 1 резервная, откуда установленная производительность КС:
Vуст= (3·63) +63=252 м3/мин
Основное правило резерва соблюдено: Vрез?Vкнаиб
4) Окончательно определяются все виды производительностей компрессорной станции:
Vраб=nрабVк=363=189 м3/мин
Vрез=nрезVрез=163=63 м3/мин
Vуст=Vраб+Vрез=189+63=252 м3/мин
5) Оценивается значение коэффициента резерва зрез:
зрез= (Vуст-Vkнаиб) /Vр= (252-63) /189=1
где Vр - расчетная производительность компрессорной станции. Обычно Vp=Vcp
Гидравлический расчет магистрального воздухопровода
Схема воздухопровода:
На схеме:
Рабочих компрессоров - 3 шт. Резервных компрессоров - 1 шт. Число поворотов на 90о - 10 шт. Число тройников - 3 шт. Число задвижек - 4 шт.
1) Ориентировочно оцениваем приведенные длины участков lпр, м
lпр= (1,05-1,2) li=1,2235=282 м
2) Принимаем приближенное значение удельного падения давления на участках ДРуд=60 Па/м
3) Оцениваем падение давления на участках магистрали
ДРi=ДРудli=60282=16920 Па
4) Оцениваем средние параметры воздуха на участках:
а) давление Рср, МПа:
Рср=Р'+0,5ДРi=0,67+0,50,016920=0,678 Мпа
б) температура воздуха tср, оС принимается низменной по длине магистрали (охлаждением пренебрегаем):
tср=tп=tс=35оС
в) плотность воздуха на участках с'ср, кг/м3
с'ср=соР'срТо/РоТср1=1,2940,67273/0,101325308=7,584 кг/м3
5) Вычисляем действительные средние объемные расходы воздуха на участках воздухопровода V'cр, м3/с
V'cр=G'i/с'ср=2,437/7,584=0,32 м3/с
6) Принимается значение экономически оптимальной скорости воздуха в трубопроводе Wоп=14 м/с
7) Определяем ориентировочные значения внутренних диаметров труб на участках Dвнрас, м:
Dвнрас =v4V'cр/рWоп=v40,32/р14=0,17м
8) По ГОСТу выбираем ближайшие значения внутренних диаметров труб Dv=170мм
9) Оцениваем абсолютную шероховатость из {3, с.14} для воздуховодов турбокомпрессоров: Д=0,8 мм
Относительную шероховатость: ei=Д/Dv=0,8/0,17=4,71
10) Фактические скорости воздуха:
Wi=4V'ср/рDv2=40,32/р0,172=14,09 м/с
11) Оцениваем режим течения воздуха в трубопроводе:
Re=WiDvс'ср/мв=14,090,177,584/17,210-6=1,056х106
где мв-коэффициент динамической вязкости воздуха [3], Пас
тогда л=0,11еi0,25=0,16
12) Уточняем приведенные длины участков магистрали, м
l''пр=li+?lэк=235+61,05=296,05 м,
где ?lэк=?оDv/л=10,750,17/0,16=61,05м
13) Вычисляем потери давления в трубопроводе, Па
ДР”=лlпр” (W') 2с'ср/Dv2=0,16296,05 (14,09) 27,584/0,172=0,0209 МПа
Р”=Рп+ДР”=0,67+0,0209=0,6909 МПа
14) По фактическому значению давления и его потери на участках определяется действительная средняя плотность воздуха, кг/м3
с”ср= соР”ср1То/РоТср1=1,2940,683273/0,101325308=7,844 кг/м3
где Р”ср1=0,6909+0,0209=0,712 МПа
15) Проверяем расхождение полученных значений средних плотностей воздуха с принятыми ранее
(7,584-7,844) /7,584=0,34%<2,5%
Тепловой расчет центробежной турбокомпрессорной установки
1) Расчетная схема представлена на Листе 6
2) Определяется распределение давлений воздуха по секциям компрессора. Значения потерь давления в аппаратах принимаются одинаковыми:
Р'вк=Ра-ДРвс=0,10-0,00066=0,09934 МПа
Р”вк=Р'нку=0, 2070,96=0, 198 МПа
где Р'нк берем из таблицы 8П
Р'''нк=Рку/у=0,8/0,96=0,833 МПа
где Рку=0,74+0,048 +0,0124=0,8 МПа
Р'''вк=Рнку =0,4160,96=0,399 МПа
Работа сжатия по секциям обычно одинакова:
Е'E”E'''=1/у3vРку/Р'вк=1/0,963v0,8/0,09934=2,088
Р'нк=Р'вкЕ'=0,099342,088=0, 207 МПа
Р''нк=Р''вкЕ'=0, 1992,088=0,416 МПа
3) Рассчитываются удельные работы сжатия воздуха lk, кДж/кг, по секциям:
l'k=k/k-1RT'вк ( (E') k-1/k-1) 1/зад= (1,4/1,4-1) 0,287293 ( (2,088) 1,4-1/1,4-1) x
x1/0,85=81,118 кДж/кг
l''k=84,718 кДж/кг
l'''k=l''k=84,718 кДж/кг
Уровень температур воздуха за промежуточными воздухоохладителями определяется эффективностью работы теплообменников и значением температуры охлаждающей воды. С учетом минимального температурного напора на холодном конце теплообменника ?Тохл значения температур воздуха на входе в секции сжатия Т'вк, T''вк и Т'''вк, К, принимаются:
Т'вк=Та=293 К, Т''вк=Т'''вк=Ткн=Тw1+?Тохл=25+8+273=306 К
4) Рассчитываются значения температур воздуха в концах процессов сжатия по секциям Тнк, К:
Т'нк=Т'вк+l'k/Cрв=293+81,118/1,3181=354,542 К
Т''нк=Т''вк+l''k/Cрв=306+84,718/1,3181=370,273 К
Т'''нк=Т'''вк+l'''k/Срв=306+84,718/1,3181=370,273 К
5) Массовая производительность компрессора:
Gk=Vвксвк/60=631,182/60=1,24 кг/с
где свк=соР'вкТо/РоТ'вк=1,2940,09934273/0,101325293=1,182 м3/мин
6) С учетом электро-механических потеть вычисляется электрическая мощность потребляемая компрессором Nк, кВт:
Nk=Gklk/зk=1,24 (81,118+84,718+84,718) /0,96=323,63 кВт
Расчетная схема трехсекционного турбокомпрессора и диаграммы изменения давления и температуры воздуха при его движении в проточной части турбокомпрессорной установки
7) Тепловые мощности всех теплообменников воздухоохладителей, при нерегламентированном значении температуры за концевым охладителем (ВОК):
Qто1=GkCрв (Т'нк-T''вк) =1,241,3181 (354,542-306) =79,339 кВт
Qто2=Qвок=1,241,3181 (370,273-306) =105,051 кВт
8) Расходы воды на охлаждение воздуха в соответствующих теплообменниках Gw, кг/с равны:
Gwто=Qто/Cw?tw=79,339/4, 198=2,37 кг/с
Gwвок=Qвок/Cw?tw=105,051/4, 198=3,134 кг/с
9) Вычисляется общий расход воды в компрессорной установке с учетом расхода (5-7%) на охлаждение смазочного масла, кг/с:
GwКУ=1,05 (GwТО1+GwТО2+GwВОК) =1,05 (2,37+23,134) =9,07 кг/с
Или в объемных единицах VwКУ=9,073600/1000=32,652 м3/ч
10) Определяется удельный расход воды в компрессорной установке (на учетную единицу выработки сжатого воздуха):
qw=GwКУ100060/Qвк= (9,07/63) 100060=8638,1 л/1000м3
11) Определяется удельный расход электрической энергии на производство сжатого воздуха Эуд, кВтч/1000м3
Эуд=Уlксвк1000/3600=250,5541,1811000/3600=82, 196 кВтч/1000м3
Расчет системы осушки сжатого воздуха
Расчетная схема воздухоосушительной установки приведена на Листе 8
1) Определим давления воздуха в точках 1, 2, 3 (см. Схему)
Р1=Р''нк-?Рто-ДРво=416-12-4=400 кПа
Р2=Р1-ДРрво-ДРво=400-12-4=384 кПа
Р3=Р2-?Р-ДРво=384-12-4=368 кПа
2) Определим парциальное давление водяных паров в воздухе при насыщении (т.е. при tн), Па
Значение давления Pн вычисляется по заданному влагосодержанию dкс, г/кг из соотношения:
Рн=dнР3/622+dи=0,45368/622+0,45=0,266кПа=0,00027 МПа
где dн - влагосодержание насыщенного воздуха, которое принимается равным заданному
По термодинамическим таблицам находим при заданном давлении насыщения водяных паров температуру насыщения: tн=-10oC
3) Вычисляем общее количество влаги, выпадающей во всех аппаратах системы осушки воздуха. При этом в каждой точке схемы вычисляем насыщающее влагосодержание.
dн3=0,45
dн1= (622х0,266) / (Р1-0,34) =6220,266/400-0,34=0,41
dн2=6220,266/368-0,34=0,45
Выпадение влаги происходит, т.к. dн1,dн2,dн3?da=0,45 в количестве
dвып=dа-dн=0,45-0,41=0,04
Расчетная схема воздухоосушительной установки: СВД-ступень высокого давления воздушной компрессорной устнановки, ВОК-воздухоохладитель конконцевой, ВО-влагоотделитель, РВО-регенеративный воздухоохладитель, ООВ-охладитель-осушитель воздуха, ХМ-холодильная машина
Схема и диаграмма рабочего цикла холодильной машины с регенеративным охлаждением хладагента: I-конденсатор, II-компрессор, III-регенеративный теплообменник, IV-испаритель, V-дроссель
4) Для определения значений температур в точках 1 и 2 составляется уравнение теплового баланса для регенеративного теплообменника РВО:
GвСрв (Ткс-Т3) =GвСрв (Т1-Т2)
Принимается оптимальный средний температурный напор между теплоносителями в теплообменнике ?Тср.
Для теплообменника типа "воздух-воздух" этот напор обычно составляет 18-22К. Так как теплоемкости и массовые расходы сухого и влажного воздуха практически одинаковы, то температуры в точках 1 и 2 (см. Лист8) определяются соотношениями:
Т1=Ткс+?Тср=308+20=328 К
Т2=Т3+?Тср=263+20=283К,
Т3=Тн=263 К; - 10оС
5) Тепловая нагрузка теплообменника ВОК (см. Лист9) Qвок, кВт, и расход охлаждающей воды в нем Gwвок, кг/с определяются из уравнения теплового баланса:
Qвок=GвСрв (Т''нк-Т1) =1,241,005 (416-328) =109,66 кВт
Gwвок=Qвок/Сw (tw2-tw1) =109,66/4, 198=3,27 кг/с
6) По уравнению теплового баланса для осушителя воздуха ООВ вычисляется минимально необходимое холодопотребление системой осушки Qо', кВт:
Qо'=GвСрв (Т2-Т1) =1,241,005 (283-263) =24,924 кВт
7) С учетом теплопритоков через изоляцию (qиз=12-15% от Qо') определяется требуемая холодопроизводительность источника холода,
Qо=1,35Qо'=1,3524,924=33,65 кВт
8) Выбираем схему с непосредственным испарением хладагента.
Оцениваем рабочую температуру кипения:
to=t3-Дtоов=-10-5=-15 oС
где Дtоов - минимальный температурный напор в охладителе-осушителе воздуха испарительного типа.
9) По справочным данным из таблицы 11П выбираем холодильную машину с поршневым компрессором и с водяным охлаждением конденсаторов, работающую на R22: ХМ-АУ145/11
10) Сравним требуемую холодопроизводительность с холодопроизводительностью, указанной в паспорте выбранной холодильной машины: Qо=33,65, Qст=36,1, разница между ними составляет 4%, значит пересчет паспортной холодопроизводительности холодильной машины на условия ее работы в системе осушки воздуха не производится.
11) Произведем расчет цикла холодильной машины.
Расчетная температура конденсации:
tk=tв1+?tк=-10-5=-15 оС
Температура паров хладона перед компрессором:
t1=t3-?tp=-15-5=-20 оС
По T,s-диаграмме хладона R22 находим параметры рабочего агента в характерных точках системы: Точка 1: в этой точке хладон находится в перегретом состоянии, соответственно параметры находим в таблице перегретого состояния хладона
t1=-20 оС, P1=0,19 МПа, h'1=398,8 кДж/кг, н=0,122 м3/кг, s=1,812 кДж/кгК
Точка 2: также перегретое состояние, смотрим по той же таблице
P2=1,1 МПа, t2=64,31 оС, h'2=444,51 кДж/кг
Точка 3: находится на линии насыщения, следовательно хладон находится в насыщенном состоянии, параметры находим из таблицы насыщенного состояния хладона R22
t3=27оС, P3=1,1 МПа,
h'3=532,74 кДж/кг
Точка 6: также находится на линии насыщения, параметры из таблицы насыщенного состояния
t6=-26,04 оС, Р6=0,19 МПа, h'6=394,91 кДж/кг
Параметры в точке 4 находим по тепловому балансу РТ:
h1-h6=h3-h5, откуда h5=h3- (h1-h6) =532,74- (398,8-394,91) =261 кДж/кг
Удельная тепловая нагрузка испарителя:
qо=h6-h5=394,91-261=133,91 кДж/кг
Удельная внутренняя работа компрессора:
qk=h2-h3=444,51 - 413,65 =30,86 кДж/кг
Массовый расход хладагента:
Gха=Qo/qо=33,65/133,91=0,351 кг/с
Тепловая нагрузка конденсатора:
Qk=qkGха=30,860,351=10,832 кВт
Расход охлаждающей воды в конденсаторе:
Gw=Qk/Cw (tw2-tw1) =10,832/4, 195=0,496 кг/с
Электрическая мощность, потребляемая компрессором:
Nэ= (lk/зэм) Gха=17,940,351/0,9=6,99 кВт
Холодильный коэффициент:
Ео=qo/Nэ=133,91/6,99=18,157
Эксергетический КПД холодильной машины по хладагенту:
КПД=Qo (фq) н/Nэ=33,650,068/6,99=0,475100%=47,5%
где фq=1-Тw1/То=1-283/293=0,068
Расчет показателей эффективности работы компрессорной станции
Эксергетический КПД компрессорной установки в общем виде оценивается отношением:
КПДку=?Е1/?Евх=248/527,659=0,47100%=47%
?Е1-эксергия потока сжатого воздуха, кВт
?Евх-эксергия (электроэнергия), подведенная к установке, кВт
?Евх=Nку+Nкхм+Nн=323,63+6,99+197,039=527,659 кВт
Эксергия потока сжатого воздуха Е1, кВт, может быть вычислена по соотношению:
Е1=Gве=1,24200=248 кВт
e находим из e,h-диаграммы для воздуха
е-удельная эксергия сжатого воздуха с параметрами нагнетания (Ткс, Ркс), в данном случае Ткс=333К, Ркс=0,75 МПа
Параметрами окружающей среды (hо. с., То. с., Sо. с.) должны служить начальные параметры воздуха на линии всасывания компрессора.
Удельный расход электрической энергии на производство учетной единицы сжатого воздуха Эу, кВтч/1000м3, определяется по соотношению:
Эу= (Э1+Э2+Э3) 1000/Vcp= (323,6360+6,9960+197,03960) 1000/170,62=
= (19417,8+419,4+11822,34) 1000/170,62=185555,851 кВтч/1000м3
где Э1-расход электроэнергии за 1 час на сжатие воздуха в компрессорной установке, кВтч,
Э2-то же, в холодильной машине системы осушки воздуха, кВтч,
Э3-то же, на привод насосов циркуляционных систем водоснабжения и контура хладоносителя, кВтч
Мощность циркуляционных насосов Nн, кВт, вычисляется по соотношению:
Nн=VhсgHн/з1000=170,6211,129,8125/0,81000=197,039 кВт
где Vh-объемная производительность насоса, м3/с
Нн-напор, развиваемйы насосом, м,
с-плотность перекачиваемой среды, кг/м3
g-ускорение свободного падения
Удельный расход охлаждающей воды в компрессорной установке вычисляется по следующей формуле: gw=?Gw/Qвк, но т.к. мы уже посчитали его на Листе 8, то переводим полученный там результат в л/м3, т.е.8638,1/1000=8,64 л/м3, где ?Gw-суммарный расход охлаждающей воды в компрессорной установке, л/с, Qвк-объемная производительность компрессора, м3/с
Подобные документы
Составление принципиальной схемы компрессорной установки и системы осушки. Технология производства сжатого воздуха. Расчёт участка магистрального трубопровода. Выбор и термодинамический расчет холодильной машины блока осушки. Оценка потери давления.
курсовая работа [97,1 K], добавлен 30.03.2014Гидравлический расчет воздуходувной сети. Определение максимального удельного падения давления на главной магистрали. Технико–экономические показатели работы компрессорной станции. Выбор типа и числа компрессоров. Расчет себестоимости сжатого воздуха.
курсовая работа [140,3 K], добавлен 05.05.2015Аэродинамический расчет системы воздухоснабжения. Потери сжатого воздуха. Инструментальное обследование оборудования компрессорных станций. Термодинамические параметры компрессоров. Влияние влажности воздуха на работу центробежных компрессоров.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 28.06.2011Выбор рабочего давления и типа газоперекачивающего агрегата. Расчет теплофизических свойств транспортируемого газа. Тепловой и гидравлический расчет участка газопровода. Расчет режима работы компрессорной станции. Капитальные и эксплуатационные затраты.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.12.2014Обоснование строительства электрической станции и выбор основного оборудования. Величины тепловых нагрузок. Выбор оборудования, расчет годового расхода топлива на ТЭЦ. Схема котлов. Расчет теплогенерирующей установки. Водоподготовительная установка.
дипломная работа [756,2 K], добавлен 01.10.2016Расчет тепловых нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Расчет температурного графика. Расчет расходов сетевой воды. Гидравлический и тепловой расчет паропровода. Расчет тепловой схемы котельной. Выбор теплообменного оборудования.
дипломная работа [255,0 K], добавлен 04.10.2008Характеристика тепловой нагрузки. Определение расчётной температуры воздуха, расходов теплоты. Гидравлический расчёт тепловой сети. Расчет тепловой изоляции. Расчет и выбор оборудования теплового пункта для одного из зданий. Экономия тепловой энергии.
курсовая работа [134,1 K], добавлен 01.02.2016Определение потребности цехов машиностроительного завода в сжатом воздухе. Выбор компрессорной станции. Аэродинамический и прочностной расчет системы воздухоснабжения. Техническая характеристика компрессора, холодильника, воздухосборника, фильтров.
курсовая работа [824,9 K], добавлен 31.08.2013Расчёт производительности, воздухопроводной сети и оборудования компрессорной станции. Расчет электрических нагрузок и выбор трансформатора и кабелей. Регулирование давления и производительности, расчет токов короткого замыкания и защитного заземления.
дипломная работа [698,3 K], добавлен 01.09.2011Выбор рабочего и избыточного давления в газопроводе. Определение числа компрессорных станции (КС) и расстояния между станциями. Уточненный тепловой и гидравлический расчеты участка газопровода между двумя компрессорными станциями. Расчет режима работы КС.
курсовая работа [251,8 K], добавлен 16.03.2015
