3.4. Методические указания к выполнению практических занятий

В соответствии с государственным образовательным стандартом специалисты, выпускники теплоэнергетических специальностей вузов, должны не только понимать физику процессов, происходящих при работе оборудования и теплоэнергетических систем, но и уметь применять теоретические знания при решении практических задач как при конструировании и наладке, так и при эксплуатации.

Наиболее глубокое понимание любого процесса достигается путём аналитического и экспериментального изучения влияния на него различных факторов. Практические занятия по дисциплине «Технологические энергоносители предприятий» позволяют студентам на конкретных примерах оценить воздействие различных факторов на показатели работы теплоэнергетического оборудования источников и систем теплоснабжения. При решении предполагаемых ниже задач студенты изучают методики и приобретают навыки практических расчетов, необходимых в дальнейшей инженерной деятельности.

При решении задач рекомендуется следующая точность расчетов: величины, имеющие большое численное значение (энтальпию, температуру, расходы и др.), ограничиваются одним знаком после пятой, величины, имеющие малые численные значения (относительная тепловая нагрузка, относительный расход греющего теплоносителя и др.) – тремя знаками после запятой.

Задача 1

Газосмесительная станция металлургического завода приготавливает природно-доменный газ с теплотой сгорания Q=15 МДж/м³.

Порядок решения

1. Относительные объемные количества смешиваемых газов:

а₂ = 10 – а₁

2. Количесвто теплоты, вносимой каждым газом:

;

.

Задача 2

Выберите тип и количество, компрессоров на компрессорной станции, обслуживающей ремонтно-механический цех предприятия, которое работает в две смены. Расчетный расход воздуха V_р = 50 м³/мин соответствует усредненному расходу в первую смену, расход во вторую смену равен 40 % от расхода воздуха в первую смену. Давление сжатого воздуха, необходимое потребителям, р = 0,2…0,8 МПа. Оцените коэффициент резерва основного оборудования.

Порядок решения

Выбор типа компрессоров следует производить по табл. 1 – 7 Приложения 1.

Рабочая производительность компрессорной станции

V_раб = V_р·К_у,

где К_у – коэффициент, учитывающий увеличения расхода воздуха вследствие утечек из воздушной сети, равный 1,5.

Количество устанавливаемых компрессоров (рабочих и резервных) равно

m_уст = m_раб + m_рез = V_раб/V_комп + m_рез.

Установленная производительность компрессорной станции

V_уст = V_комп·m_уст.

При выборе типа, количества и производительности компрессора необходимо учитывать график расхода сжатого воздуха по сменам. Целесообразно устанавливать наиболее крупные по производительности компрессоры, которые имеют лучшие объемные и энергетические характеристики.

Коэффициент резерва компрессорной станции

,

где V_кн – производительность наибольшего по производительности компрессора.

Для потребителей, которые не допускают перерыва в снабжении сжатым воздухом = 1, для остальных - = 0,75…0,9.

Задача 3

На сеть сжатого воздуха работают три компрессора. Производительность каждого – V_к = 0,333 м³/с. Определите, как измениться давление воздуха в сети, если отклонить один компрессор.

Порядок решения

Характеристика сети сжатого воздуха описывается уравнением

р = (0,36 + 0,45V²)^0,5,

где р – давление, МПа; V – расход, м³/с.

Задача 4

На компрессорной станции установлены компрессоры ВП – 30/9. Для каждого компрессора, определите площади поперечного сечения пакета жалюзей водомаслоотделителя F_п висцинового фильтра F_ф, объем воздухосборника V_сб. Температура воздуха перед водомаслоотделителем t = 50ºС.

Порядок решения

1. На практике для компрессоров с давлением воздуха до 4 МПа применяются водомаслоотделителем жалюзийного типа с вертикально установленным пакетом жалюзийных пластин. Допускаемая скорость воздуха при входе в пакет жалюзей находится из уравнения

,

где - поверхностное натяжение жидкости (для воды равное 72,8·10^-3 Н/м); и - плотность жидкости и воздуха; V_к – объемный расход воздуха через водомаслоотделитель при давлении нагнетания.

Площадь поперченного сечения пакета жалюзей определяется по формуле

.

2. Расчет висцинового фильтра сводится к определению необходимой площади его поперечного сечения F_п по условной скорости воздуха w_ф в коробке фильтра:

.

Значение скорости принимается w_ф = 1,0…1,5 м/с.

3. Объем воздухосборника (ресивера) для сглаживания пульсации сжатого воздуха и для компенсации кратковременных значительных расходов сжатого воздуха определяется по формуле

V_сб=1,6 V_к^0,5,

где V_сб - объем воздухосборника, м³, V_к – производительность компрессора, м³/мин.

Задача 5

В номинальном режиме работа одноступенчатого поршневого компрессора характеризуется параметрами:

относиельный объем мертвого пространства а_н = 0,025, степень повышения давления = 5, показатель политроны расширения воздуха в мертвом пространстве П_р = 1,2, коэффициент подогрева = 0,9, коэффициент герметичности = 0,95, рабочий объем цилиндра V_р = 9л, частота вращения вала n = 12,5 с^-1(об/с). Определите производительность компрессора V_к и объем дополнительного мертвого пространства V_мдоп, который необходимо присоединить к цилиндру компрессора, чтобы его производительность снизилась до 60 % от номинального значения.

Порядок решения

1. Производительность компрессора одностороннего действия с одним цилиндром определяется по формуле

(5.1)

При этом а = V_м / V_р,

где V_м – объем мертвого пространства, л.

По условиям задачи:

2.

Используя формулу (5.1), для значения V_к2 определить соответствующий относительный объем мертвого пространства а₂, а затем объем дополнительного мертвого пространства V_мдоп:

V_мдоп = а₂·V_p – V_м.

Задача 6

Выполнить гидравлический расчет разветвленной тупиковой воздуховодной сети.

Исходные данные:

- давление воздуха на выходе из компрессорной станции - 800 кПа;

- давление у потребителей – 600 кПа.

Условные обозначения на схеме:

Распечатанная схема воздухоснабжения

Расходы воздуха на потребителей, м³/мин (табл. 1):

V₁ = 5, V₂ = 8, V₃ = 12, V₄ = 15, V₅ = 18, V₆ = 13, V₇ = 11.

Длины участков воздуховодной сети, м (табл. 2)

l₀ = 25, l₁ = 150, l₂ = 280, l₃ = 135, l₄ = 145, l₅ = 15, l₆ = 110, l₇ = 85, l₈ = 65, l₉ = 100.

Порядок решения

1. Определяются расходы на всех участках сети.

2. Определяется главная магистраль - совокупность участков сети от компрессорной станции до самого отдален­ного потребителя. Рассчитывается длина главной магистрали L.

3. Рассчитывается максимальной удельное падение давления на главной магистрали по формуле:

, Па/м (6.1)

где Р_н и Р_к - соответственно давления на выходе из компрессорной станции и у потребителей, Па.

4. Определяется эквивалентная длина каждого участка главной магистрали по формуле

l_эк = (1,1 – 1,15)·l_г, м (6.2)

где l_г - геометрическая длина участка, м.

5. Дальнейший расчет каждого из участков главной магистрали ведется последовательно по направлению от по­требителя к, компрессорной станции. Определяется падение давления на участке по формуле:

ΔР = а·l_г, Па (6.3)

6. Определяется среднее давление на участке:

, Па (6.4)

где Р_н – давление в начале участка, Па.

7. Определяется диаметр трубопровода на участке по формуле:

, м (6.5)

где V – расход воздуха на участке, м³ / с.

8. По таблице 4 выбирается ближайший стандартный диаметр трубопровода d_ст, м.

9. По таблице 4 определяется эквивалентная длина местного сопротивления для каждого установленного на уча­стке вида оборудования , м.

10. Определяется фактическая длина участка

, м (6.6)

11. Определяется фактическое падение давления на участке:

, Па (6.7)

12. Аналогичным образом (п.5 – п.11) рассчитывается каждый участок главной магистрали. Результаты вычисле­ний сводятся в таблицу:

Таблица 3 - Расчет участков главной магистрали

13. Расчет простых ответвлений проводится по ана­логичной методике (п.4-п.11). Удельное падение давления на ответвлении определяется из выражения

, Па/м (6.8)

где длина простого ответвления;

и давление в начале и конце ответвления, Па.

14. При расчете сложных ответвлений вначале рассчитываются участки от начала ответвления до самого уда­ленного потребителя («главная магистраль ответвления»), а затем остальные участки. Результаты вычислений по каж­дому ответвлению сводятся в отдельную таблицу, аналогичную таблице 3.

15. Определяются суммарные потери давления от компрессорной станции до каждого потребителя.

Внимание ! Суммарные потери давления от компрес­сорной станции до каждого из потребителей на ответвлениях не должны отличаться от суммарных потерь давления до по­требителей на главной магистрали более чем на 5%!

Если потери давления различаются на большую ве­личину, то необходимо произвести корректировку расчета за счет изменения диаметра трубопровода на участке, непосред­ственно примыкающем к соответствующему пункту потреб­ления. Если при корректировке давления невязка давлений в 5% невозможна (например, при малых диаметрах трубо­провода), то выбирается диаметр при котором невязка становится минимальной. Варианты выбора с расчетами обя­зательно приводятся в тексте.

Таблица 4 – Эквивалентные данные местных сопротивлений