Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра прикладной гидроаэромеханики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Энергетический аудит»

на тему: «Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем»

Вариант 7

Сумы - 2009

СОДЕРЖАНИЕ

1. Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем

2. Определение энергоэффективности системы сжатого воздуха

Список использованной литературы

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Рассчитать трубопроводную сеть (рис.1) и подобрать насосный агрегат 1 для подачи жидкости в производственных условиях из резервуара 2 в бак 8, расположенный на высоте над осью насоса. Величины абсолютных давлений на свободных поверхностях жидкости в резервуаре и баке равны соответственно и На всасывающей линии имеются приемный клапан 3 с защитной сеткой, на нагнетательной линии - дисковая задвижка 4 и обратный клапан 7. В системе возможна установка расходомерной шайбы (диафрагмы) 5 или охладителя 6.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Схема трубопроводной сети

Таблица 1.1 - Исходные данные

Величины	Вариант
Обозначение	Размерности	7
Жидкость	__	Вода
Температура жидкости	°C	40
Давление: в баке в резервуаре	МПа	0,07
	МПа	0,14
Высоты:	м	0,7
	м	1,1
	м	0,6
Углы б, в колен	градус	50;35
Отношение R/d отводов	__	5
Степень h/d открытия задвижки	__	0,4
Отношение So/S площадей диафрагмы	__	0,3
Коэффициент сопротивления охладителя	__	___
Материал и состояние труб	__	Стальные бесшовные
Назначение трубопровода	__	Для жидких химических продуктов

Порядок проведения расчета

1 Величины расходов Q, м³/з, высоты Н_Г, м, подъема жидкости и длины L₂, м, нагнетательного трубопровода следует принять равными:



где n - число из двух последних цифр номера зачетной книжки (n=53);

длина всасывающего участка трубопровода.

где n - число из двух последних цифр номера зачетной книжки.

Диаметры труб в пределах всасывающего и нагнетательного участков считать постоянными, углы отводов принять равным

Ориентировочные значения допустимых скоростей течения жидкости в трубопроводе для жидких химических продуктов 3,0-5,0.

2 Определяем диаметр труб для участков системы:

Принимаем d₁=65 мм и d₂=50 мм.

3 Уточняем величины истинных скоростей течения жидкости в трубах:

.

4 Суммарные потери на всех участках системы определяем с учетом режима движения жидкости, материалов и состояния поверхностей труб, характера местных сопротивлений.

Значения чисел Рейнольдса вычисляем по формуле:

где н=0,7·10^-6 м²/с - кинематический коэффициент вязкости для воды при температуре 40°С.

Режим движения жидкости на участке - переходной, поскольку .

Режим движения жидкости на участке - турбулентный, так как .

Коэффициент л_i потерь на трение можно определить по графику зависимости л от Re для шероховатых труб: и .

где - значение абсолютной шероховатости для бесшовных стальных труб, принимаем .

При Re₁=2832 - л₁=0,029.

При Re₂=369286 - л₂=0,0283.

Потери напора на отдельных участках при движении жидкости по трубам вычисляем по формуле:



где g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения тел.

5 Выбираем коэффициенты местных сопротивлений на всасываемом участке:

где коэффициенты местных сопротивлений:

- всасывающего клапана с сеткой при

- коэффициент сопротивления колена при

6 На нагнетательном участке:

коэффициент сопротивления задвижки при

коэффициент сопротивления диафрагмы при ;

коэффициент сопротивления охладителя;

коэффициент сопротивления обратного клапана (при );

коэффициент сопротивления "выход из трубы";

коэффициент сопротивления колена при ;

- коэффициент сопротивления отвода.

.

7 Требуемый напор Н насоса определяем по формуле:

где разность уровней свободных поверхностей жидкости в баке и резервуаре,

плотность воды при температуре .

.

Для значений подачи 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 рассчитываем напор насоса.

Таблица 1.2 - Результаты гидравлического расчета системы для разных значений подачи

0	0	0	0	0	0	0	0	0	15,96
9,125	0,0076	1,3	706	928571	0,036	0,0285	0,00003	4,66	20,6
18,25	0,0153	2,6	1421	185714	0,032	0,0285	0,00013	18,64	34,6
27,38	0,0229	3,88	2126	277143	0,0295	0,0285	0,0003	41,52	57,48
36,5	0,0305	5,17	2832	369286	0,0285	0,0285	0,0005	73,65	89,6
45,63	0,0381	6,46	3538	461429	0,0285	0,0285	0,0008	115,1	131,06

где n- число из двух последних цифр номера зачетной книжки студента (n=53);

V- вариант задания (V=7)

Рисунок 1.2 - Характеристика сети и насоса

8 По каталогам [3] выбираем насос для значений Q=36,5 м³/ч и H=89,6м. Наиболее подходящим является насос центробежный многоступенчатый секционного типа ЦНСг. Насос 1ЦНСг40-88 .

Таблица 1.3 - Технические данные 1ЦНСг40-88 .

Допустимые перекачиваемые жидкости	предназначен для перекачивания воды, имеющей водородный показатель рН 7...8,5 с температурой не более 378 К (105°С), с массовой долей механических примесей не более 0,1%
Подача, [м3/ч]	40
Напор, [м]	88
Частота вращения, [об /мин]	2950
Максимальная потребляемая мощность, [кВт]	17
Масса насоса, [кг]	257

Таблица 1.4 - Данные электродвигателя насоса 1ЦНСг40-88

Частота сети, [Гц]	50
Номинальное напряжение, [В]	3 ~ 400
Потребляемая мощность, [кВт]	5,5

11 На рис. 1.2 точка 1 - рабочая точка сети трубопровода, её расход соответствует точке 2 на напорной характеристике насоса.

При заданном значении подачи Q=36,5 м³/ч выбранный насос обеспечивает напор H=98 м

12 Из рис. 1.2 видно, что при рабочих параметрах сети выбранный насос имеет следующие технические данные:

- подача - Q=36,5 м³/ч

- напор - H=98 м

- КПД -

- мощность -

13. Определим требуемую мощность электродвигателя с учётом запаса по возможным перегрузкам по формуле:

,

где - коэффициент запаса электродвигателя.

,

что не превышает мощности двигателя, которым комплектуется выбранный насос.

14. Потери мощности при использовании данного насоса:



15 Потери мощности, выраженные в денежном эквиваленте:

,

где Т=7000ч - время эксплуатации в год;

с=0,75грн. - стоимость энергии.

Полученные данные свидетельствуют о потерях энергии при работе насоса.

16. Среди методов повышения эффективности гидравлической системы можно предлагать:

- усовершенствовать способ регулирования работы насоса с помощью

изменения частоты вращения насоса или периодическими отключениями;

- уменьшить сопротивления сети трубопровода (местные и по длине трубопровода) за счёт увеличения диаметра труб, уменьшения количества отводов, колен;

- повысить КПД насоса за счёт точной балансировки рабочих колёс и замены уплотнений;

- оптимизировать нагрузку насоса.

трубопроводный сеть компрессор

2. Определение энергоэффективности системы сжатого воздуха

2.1 Задание и исходные данные

Рассчитать приведенную на схеме (рис. 2.1) сеть и подобрать компрессор на потребление сжатого воздуха с рабочим давлением Р₀=0,5МПа в ремонтном цехе промышленного предприятия.

Длины , м участков AB, BC, CD, CF, BE вычислять как:

, ,

где n - число из двух последних цифр номера зачётной книжки (n=53);

V - вариант задания (V=7);

i=1,…,5 - порядковый номер участка.

В соответствии со схемой в сети имеются семь колен (поворотов потока), два тройника и пять вентилей. Количество потребителей сжатого воздуха, места их присоединения, а также расход воздуха на единицу оборудования приведены в табл. 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема компрессорной сети

В соответствии со схемой в сети имеются семь колен (поворотов потока), два тройника и пять вентилей. Количество потребителей сжатого воздуха, места их присоединения, а также расход воздуха на единицу оборудования приведены в табл.2.1.

Таблица 2.1- Количество и характеристика потребителей сжатого воздуха

Точка присоединения	Потребитель	Расход воздуха на единицу оборудования, 102 Qуд, м3/с	Количество
D	Молоток пневматический КЕ-16	1,6	1
E	Подъемник пневматический	4,5	1
	Пистолет-пульверизатор ПУ-1	0,03	1
	Пылесос для производственного мусора ПП-3	1,3	2
F	Молоток для зачистки сварочных швов МЗС	0,6	3
	Машина шлифовальная ШР-2	2,8	1
	Гайковерт ручной ГП-14	0,5	2
	Лом пневматический ПЛ-1М	2,0	1

2.2 Расчёт компрессорной сети, выбор компрессора

,

,

i - порядковый номер участка (i=1,…,5)

Вычисленные длинны участков сети приведены в табл.2.2.

Таблица 2.2 - Длинны участков сети

Участок	AB (1)	BC (2)	CD (3)	CF (4)	BE (5)
Длинна L, м	495,6	991,2	1486,8	1982,4	2478

1 В качестве магистрали выберем участок ABCD и определим его длину:

(м).

2 Определим расчетный расход воздуха на участках, где присоединены потребители:

,

где - число потребителей на i-м участке трубопровода (i=3,…,5);

-удельный расход воздуха.

,

,

.

.

3 Определим расчетный расход компрессора Q^(р), суммируя расходы по участкам:

,

.

4 Определим потребный расход на участках:

,

где -коэффициент одновременности работы (учитывает уменьшение расхода воздуха при периодической остановки отдельных видов оборудования). В зависимости от числа потребителей z ориентировочно можно принять при z<10 ;

- коэффициент утечки ( ).

,

,

,

.

Определим потребный расход компрессора как сумму потребных расход на участках:

,

.

По условию донного задания потребный расход компрессора Q будет расходом на участке АВ магистрали.

5 Определим ориентировочно диаметры d_i на каждом из участков трубопровода:

,

,

,

,

,

.

Значения диаметров трубопроводов на каждом из участков сети (округляем до ближайших стандартных значений) приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3 -Диаметры трубопроводов на участках сети.

Номер участка, i	1	2	3	4	5
d, мм	50	40	15	25	25

6 Определим приведенные длинны участков сети:

,

где -длинна i-го участка;

- эквивалентная длинна i-го участка, которая определяется по формуле:

,

где m- количество местных сопротивлений определенного вида;

- удельная характеристика местных сопротивлений определенного вида( табл.Б,5 [1]).

Определим

,

,

,

,

,

тогда

,

,

,

,

.

Определим приведенную длину магистрали:

,

.

7 Определим действительные потери давления с помощью номограммы (рис.П.4.3 [1]), зная ее ключ, также величины для каждого из характерных участков сети. Действительные потери давления для каждого участка сети представлены в табл. 2.4.

Таблица 2.4- Действительные потери давления на участках сети

Номер участка, i	1	2	3	4	5
Потери давленияат	0,17	0,2	0,27	0,09	0,1

Тогда определим потери давления по магистрали:

,

Потребное давление Р, развиваемое компрессором, должно быть не менее

,

.

8 По основным параметрам Q=9,7 и P =0,96 МПа выбираем в каталоге компрессоров[4] тип и марку требуемого компрессора. Технические характеристики выбранного компрессора приведены в табл.2.5.

Таблица 2.5- Технические характеристики компрессора

Тип компрессора	ВКУ 75 -10
Производительность, м3/мин	10,8
Конечное давление, МПа	1,0
Масса, кг	1300
Габариты, мм	1900х1250х1700
Мощность двигателя, кВт	75

9 Определим ориентировочно емкость W воздухосборника

,

где -производительность компрессора;

м³

10 Определим потери

где Q_k Q_р - производительность компрессора и расчетная производительность соответственно;

P_k P_р - конечное давление компрессора и расчетное соответственно;

з_k - коэффициент полезного действия компрессора;

Т- расчетное время работы компрессора ;

С-стоимость 1кВт электроэнергии (С=0,75 грн.).

11 Полученные данные свидетельствуют о довольно больших потерях энергии при работе компрессора. Для уменьшения потерь можно предложить следующие мероприятия по энергосбережению в системе сжатого воздуха:

11.1 Увеличение диаметра нагнетающих воздуховодов на отдельных участках даёт экономию до 6%.

11.2 Уменьшение количества отводов приведёт к уменьшению местных сопротивлений в сети, что сократит потери давления, а соответственно уменьшит потребление электроэнергии.

11.3 Так как нагрузка компрессора не постоянна по времени, то его продуктивность должна контролироваться и управляться.

11.4 Снижение нагрузки путём отключения пневмоинструмента, который не используется.

11.5 Регулярная очистка всасывающего фильтра на входе в компресор.

11.6 Усовершенствование системы управления работой сети компрессора для достижения оптимальной приоритетности процессов включения и выключения.

11.7 Вероятно, в отдельных случаях есть смысл изучить возможность замены пневмоинструмента, например, инструментом с электроприводом. Его эксплуатация на 90% дешевле. Заменим пневматические подъёмники электрическими, что обеспечит экономию в 3-4 раза.

11.8 Можно эффективно использовать тепло от компрессоров системы сжатого воздуха для отопления производственных помещений, а также для подогрева воды на технологические нужды. Это увеличит энергетический КПД компрессора на 4-5%.

11.9 Воздух для сжатия необходимо брать из сухого, чистого, прохладного места.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Методические указания и задания к курсовой работе по дисциплине «Гидравлика и гидропневмосистемы» /Составитель Н.И. Волков. - Сумы: Изд-во СумГУ, 2003. - 41с.

2. Методичні вказівки до виконання кваліфікаційної випускної роботи бакалавра /Укл.: А.О. Євтушенко, С.В. Сапожніков. - Суми: Вид-во СумДУ, 2004. - 22 с.

3. Каталог насосов http://www.espa.com.ru/catalog/pumps.php?id=726

4. Каталог компрессоров http://www.akroprom.ru/vku.php

Размещено на Allbest.ru