Аэродинамический расчёт сети воздухоснабжения

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СЕТИ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ

 

Для выбора основного оборудования компрессоров, кроме их производительности, необходимо знать давление, которое они могут создавать. При работе компрессора давление воздуха, поступающий во всасывающий патрубок, снижается из-за потерь во всасывающем трубопроводе, а давление сжатого воздуха, выходящего из компрессора должно быть выше давлений у потребителей на величину потерь в стационарных и наружных трубопроводов. Поэтому необходимо произвести аэродинамический расчет трубопроводов.

 

Выбор главной магистрали.

Главная магистраль – последовательность участков от компрессорной станции к потребителю, для которого необходимо создать самое высокое давление.

Для выбора главной магистрали воспользуемся способом приближённого значения максимального давления нагнетания.

P_{кс-п (j)} = P_п(i) + SDP_уч, (1.1)

где P_п(i) – давление заданное потребителем, Па;

SDP_уч– сумма потерь давления на участках от компрессорной станции до потребителя, Па;

DP_уч = r×l_пр,, (1.2)

где r – линейная потеря давления, Па/м, r = 40…70 Па/м;

l_пр – приведённая длина трубопровода l_пр = (1,05…1,25)l_г, м.

 

Требуемое давление нагнетания для потребителя 1

P_кс1 = P_п1 + DP_кс-а + DP_а-1,

P_кс1 = 0,73× 10⁶ + 25 × 1,25 × 40 + 37× 1,15 × 45 = 733164.75 Па.

 

Требуемое давление нагнетания для потребителя 2

P_кс2 = P_п2 + DP_кс-а + DP_а-b + DP_b-2,

P_кс2 = 0,72× 10⁶ + 25×1,25×40 + 30×1,2×40 + 35×1,1×50 = 724615 Па.

 

Требуемое давление нагнетания для потребителя 3

P_кс3 = P_п3 + DP_кс-а + DP_а-b + DP_b-c+ DP_c-3,

P_кс3 = 0,73× 10⁶ + 25×1,25×40 + 30×1,2×40 + 34×1,15×50 + 41×1,1×45 =726674.5 Па.

Требуемое давление нагнетания для потребителя 4

P_кс4 = P_п4 + DP_кс-а + DP_а-b + DP_b-c+ DP_c-d+ DP_d-4,

P_кс4 =0,72×10⁶ + 25×1,25×45 + 30×1,2×40 + 34×1,15×50 + 22×1,25×40 +37×1,1×50=727780 Па.

 

Требуемое давление нагнетания для потребителя 5

P_кс5 = P_п5 + DP_кс-а + DP_а-b + DP_b-c+ DP_d-c+ DP_d-e+DP_e-5

P_кс5=0,73×10⁶+25×1,25×40+30×1,2×40+34×1,15×50+22×1,25×40+27×1,25×50+42×1,15×45=739606 Па.

 

Требуемое давление нагнетания для потребителя 6

P_кс6 = P_п6 + DP_кс-а + DP_а-b + DP_b-c+ DP_d-c+ DP_d-e+DP_e-6,

P_кс6=0,73×10⁶+25×1,25×40+30×1,2×40+34×1,15×50+22×1,25×40+27×1,25×50=739192 Па.

Исходя из выше приведенных расчетов, за главную магистраль принимаем линию

КС-a-b-c-d-e-5.

 

Расчёт участков главной магистрали

Участок e-5

Среднее давление сжатого воздуха

P_ср = (P_п5+P_y)/2, (1.3)

где P_y – давление в узле, Па;

P_y = P_п5 + DP_e-5, (1.4)

P_y = 0,73× 10⁶ +42×1,15×45 = 732174 Па;

 

P_ср = (0,73× 10⁶ +732174)/2 = 731087 Па.

 

Средняя температура сжатого воздуха

Т_ср = (Т_п5+Т_y)/2, (1.5)

Так как потребители не требуют строгого соблюдения температурного режима, то температуру воздуха на всех участках сети принимаем постоянной:

Т_ср = 35 ^оС = 308 К.

 

Средняя плотность сжатого воздуха

r_ср =P_ср/R×Т_ср, (1.6)

где R – универсальная газовая постоянная, R = 287,14 Дж/кг×К,

r_ср=0,731/287,14×308×10^-6 = 8.27кг/м³.

Задаёмся оптимальной с экономической точки зрения скоростью воздуха на участке d-4

 

V_ср^опт = 10…15 м/с, v_ср^опт = 10 м/с.

 

Диаметр трубопроводов на участке e-5, м.

 

(1.7)

Принимаем ближайшее значение диаметра по ГОСТ:

d_г = 82 мм – внутренний диаметр,

D_нар = 90 мм – наружный диаметр,

d_ст = 4 мм – толщина стенки.

Трубы стальные, бесшовные, горячекатанные.

 

Критерий Рейнольдса

, (1.10)

где n - коэффициент кинематической вязкости, (n = 16,5 × 10^-6 м²/с [6]).

.

 

Потери давления на участке

, (1.12)

где l_пр.уч. – приведённая длина участка, м., равная

l_пр= l_г + l_экв,

l_экв– суммарная длина эквивалентных сопротивлений, м;

, (1.13)

где Sx - суммарный коэффициент местных сопротивлений,

Sx = 1,5 [ по заданию ],

м;

l_пр = 4,4+ 35 = 39,4 м;

Па.

 

Давление в узле

P_у = P_{п 5} + DP_е-5, (1.14)

P_у = 0,73× 10⁶ + 3650 = 733650 Па.

 

Критерий Рейнольдса

(1.19)

где n - коэффициент кинематической вязкости при 20 ^оС;

(n = 15,06 × 10^-6, м²/с [6]).

,

Re_пр^I = 10 ×d / Δ = 10 × 0,313/0,6× 10^-3 = 5217;

Re_пр^II = 500 ×d / Δ = 500 × 0,313/0,6× 10^-3 =260833;

Re_пр^I<Re<Re_пр^II – переходный режим течения.

 

Потери давления на участке

DP_yч = P_С – P₃, (1.28)

DP_yч = 731375– 0,73× 10⁶ = 1375 Па.

 

Диаметр трубопровода

, (1.33)

 

Массовый расход

М_СЖ = Q_сж×r_сж, (1.34)

 

Q_сж = Q_н×r_н /r_ср, (1.35)

Q_сж = 0,423×1,205 / 8,26 =0,0392 м³/с;

М_СЖ = 0,0392×8,26 = 0,310 кг/с;

м.

 

Принимаем ближайшее значение диаметра по ГОСТ:

d_г = 100 мм – внутренний диаметр.

 

Критерий Рейнольдса

, (1.37)

n = 16,5 × 10^-6, м²/с [6];

Re = 4,994 × 0,1/16,5 × 10^-6 = 30264,43.

 

Погрешность

%, (1.39)

%.

 

Приведённая длина участка

l_пр= l_г + l_экв, (1.40)

где l_экв–эквивалентная длина местных сопротивлений, м;

l_экв = x×d_г/l, (1.41)

где x - суммарный коэффициент местных сопротивлений;

x = 1,2 [по заданию];

l_экв = 1,2×0,1/0,0305 = 4,262 м;

l_пр = 41 +4,262 = 45,262 м.

 

Потери давления на участке

, (1.42)

Па.

 

Избыточное давление

DP_изб = DP - DP_уч, (1.43)

DP_изб = 1375 – 881,79 = 493,2, Па.

 

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СЕТИ ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ

 

Для выбора основного оборудования компрессоров, кроме их производительности, необходимо знать давление, которое они могут создавать. При работе компрессора давление воздуха, поступающий во всасывающий патрубок, снижается из-за потерь во всасывающем трубопроводе, а давление сжатого воздуха, выходящего из компрессора должно быть выше давлений у потребителей на величину потерь в стационарных и наружных трубопроводов. Поэтому необходимо произвести аэродинамический расчет трубопроводов.

 

Выбор главной магистрали.

Главная магистраль – последовательность участков от компрессорной станции к потребителю, для которого необходимо создать самое высокое давление.

Для выбора главной магистрали воспользуемся способом приближённого значения максимального давления нагнетания.

P_{кс-п (j)} = P_п(i) + SDP_уч, (1.1)

где P_п(i) – давление заданное потребителем, Па;

SDP_уч– сумма потерь давления на участках от компрессорной станции до потребителя, Па;

DP_уч = r×l_пр,, (1.2)

где r – линейная потеря давления, Па/м, r = 40…70 Па/м;

l_пр – приведённая длина трубопровода l_пр = (1,05…1,25)l_г, м.