6. Гидравлический расчёт системы воздухоснабжения.

В ходе гидравлического расчёта необходимо определить длины участков воздухопровода, диаметры труб на каждом участке и потери давления при транспортировке сжатого воздуха по воздухопроводу.

Воэдухопроводы делятся на: приёмный, всасывающий, нагнетательный и магистральный. Требуется произвести гидравличес- кий расчёт магистрального воздухопровода.

Методика расчёта.

Определим длины участков трубопровода по схеме сети на генплане предприятия. Результаты приведнены в таблице 6.1.

Диаметры труб определяем по формуле:

где Q_н – расход несжатого воздуха; Т_сж - температура сжатия; R = 287,14 Дж/кг∙К – универсальная газовая постоянная; ρ_н = 1,29 кг/м³ – плотность несжатого воздуха; р – среднее давление в магистральном воздухопроводе; v – скорость воздуха. Из экономических соображений принимаем v = 10 м/с. где Т_{н`</sub> = Т<sub>н</sub> + ΔТ (Т<sub>н</sub> – температура на всасывании, Т<sub>н</sub> = 20˚С; ΔТ = 10 - 15˚С) Т<sub>н`} = 20 + 15 = 35˚С = 308 К – температура перед конечной ступенью компрессора; р_{н`</sub> - давление перед конечной ступенью компрессора, р<sub>н`} = 0,5 МПа. k = 1,41 – показатель адиабаты.

р = 0,4 Мпа

Т_сж = 308∙ (0,4/0,5) ^{(1,41 – 1)/1,41} =340 К = 67 ˚С

. Определение действительной скорости движения воздуха.

После округления диаметров труб до стандартных значений скорость движения воздуха будет отличаться от принятой для расчёта. Поэтому следует определить действительную скорость движения воздуха по трубопроводу по формуле:

v_д = (4∙Q_н∙Т_сж∙R∙ρ_н)/(π∙р∙d²) (5.3.)

Определение потерь давления на участках.

Потери давления возникают из-за трения и местных сопротивлений. Устанавливаем следующие местные сопротивления:

• задвижки в начале каждого участка для перекрывания потока при авариина участке, а также в узлах ввода в цех;

• тройники – для разделения потока;

• колена сварные трёхшовные под углом 90˚ - для изменения направления течения потока;

• переходные муфты – для перехода с трубы одного диаметра на трубу другого диаметра;

• П-образные компенсаторы – для уменьшения температурных напряжений из-за перепада температур в течение года (один компенсатор на каждые 100 м прямолинейного участка трубопровода);

Потери давления определяются по формуле:

Δр = h_тр.i ∙ρ_сж∙g (5.4.)

где h_тр.i – потери напора на трение;

ρ_сж – плотность сжатого воздуха;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

h_тр.i = (λ_i∙(l_i + l_экв.i)∙v_дi²)/(2∙g∙d_i^ст) (5.5.)

где λ_i – коэффициент трения воздуха;

l_i – длина участка;

l_экв.i – дополнительная длина участка сети, эквивалентная местным сопротивлениям на нём.

ρ_сж = р/(R∙Т_сж.) (5.6.)

ρ_сж = 0,7∙10⁶/(287,14∙340_.) = 7,17 кг/м³

λ_i = 0,142/(lg(1,274∙Q_сжi/k∙ν) (5.7.)

где Q_сжi – расход сжатого воздуха; k – шероховатость стенок стальных труб, k = 0,0001 м; ν – кинематическая вязкость воздуха, ν = 0,9∙10^-6 м²/с;

Q_сжi = Q_нi∙( ρ/ ρ_сж) (5.8.)

Гидравлический рассчёт магистрального воздухопровода.

Рассчёт для участка 0 – 1 приведём полностью.

Рассчёт диаметра трубы.

d = √(4∙0,0326∙340∙287,14∙1,29)/(3,14∙0,7∙10⁶∙10) = 27 мм

Полученный диаметр округляем до ближайшего большего по стандарту.В качестве материала трубопроводов используются стальные трубы.

d^ст = 30 мм

Действительная скорость.

v_д = (4∙0,0326∙340∙287,14∙1,29)/(π∙0,7∙10⁶∙(27∙10^-3)²) = 10,24 м/с

Потери давления.

Q_сжi = 0,0326∙(1,29/ 7,17) = 0,0058 м³/с

λ_i = 0,142/(lg(1,274∙0,0058/0,0001*0,9∙10^-6) = 0,0179

h_тр.i = (0,0179∙(70 + 1.63)∙10,24²)/(2∙9,81∙27∙10^-3) = 248 м

Δр = 248 ∙7,17∙9,81 = 17.4 кПа

Остальные участки рассчитываются аналогично. Результаты расчёта приведены в таблице 5.1.

Определение расчётного давления воздуха, необходимого при подачи воздуха в воздухопроводную систему.

р_общ. = Δр_вс.+ Δр_тр. + Δр_изб. + Δр_н (5.9.)

где Δр_вс. - потери давления на трение и местные сопротивления в трубопроводах КС. Δр_вс.= 4 кПа;

Δр_тр. – суммарные потери давления на трение и местные в самой протяжённой ветке воздухопроводной системы;

Δр_изб. – избыточное или резервное давление, Δр_изб.= 5 кПа;

Δр_н – номинальное давление воздуха у потребителя, Δр_н = 0,6 МПа.

Суммарные потери в наиболее протяжённой ветке давления. Наиболее протяжённой является направление от КС до механического(1). Δр_тр = 17.4 кПа

Расчётное давление воздуха, необходимое при подаче воздуха в воздухопроводную систему.

р_общ. = 4000 + 17400 + 5000 + 600000 = 626400 Па = 0,626 Мпа На ответвлениях от расчётной магистрали есть превышения давления над номинальным. Такой режим течения недопустим. Избыток давления сработаем на увеличенном гидравлическом сопротивлении ответвления за счёт установки диафрагм.

Определение количества и диаметров диафрагм, необходимых для срабатывания избыточного давления.

Необходимо скомпенсировать избыток давления, равный : Δр_изб. = р_общ. – р_н – ΣΔр_тр = 626000 – 600000 – (5600) = = 20800 Па

Найдём величину коэффициента сопротивления диафрагмы из выражения: ζ_д = (2∙ Δр_изб.)/(v²∙ρ_сж) = (2∙20800)/(9,08²∙7,17) = 70.3 по найденному коэффициенту сопротивления определим диаметр диафрагмы: d_д = 9 мм Аналогично проводим расчёт на других участках. Результаты расчёта сводим в таблицу 5.2.

Таблица 6.2

Участок	Δризб., Па	ζд	dд, мм
0-1	0	-	-
1-2	22000	70.3	9
0-5	10800	36.5	12
5-4	19150	64.7	10
5-3	21400	72.4	9