1.2.5. Воздухопроводы

Устройство воздуховодов

Воздухопроводы – это трубопроводы, предназначенные для транспортирования по ним воздуха. Воздухопроводы подразделяются на всасывающие, нагнетательные и магистральные. Всасывающий воздухопровод – это участок трубопровода от фильтра до всасывающего патрубка компрессора, нагнетательный – от нагнетательного патрубка компрессора до фланца вспомогательного оборудования, магистральный – от ресивера до потребителя сжатого воздуха.

Конструкция и материалы применяемой арматуры должны соответствовать условиям её работы и определяются в зависимости от рабочего давления, температуры и условного диаметра трубы, на которой арматура устанавливается. Для воздухопроводов, давление на которых достигает 2,5 МПа, а температура 300°С, рекомендуется применять арматуру с корпусами из чугуна. Бронзовую запорную арматуру допускают на трубопроводах при условии, что давление в трубопроводе не более 1,3 МПа, а диаметр его не превышает 200 мм, или не более 0,8 Мпа при диаметре до 500 мм.

Трубопроводы сжатого воздуха монтируют из гладких сварных стальных труб общего назначения. Соединения труб фланцевые с прокладками из резины, картона, на муфтах и сварные. При устройстве воздухопроводов должна быть предусмотрена возможность их температурного удлинения во избежание деформации и возникновения дополнительных усилий в соединениях.

Для обеспечения надёжной работы компрессорной станции схема воздуховодов должна предусматривать индивидуальную работу каждого компрессора с соответствующим вспомогательным оборудованием. Все трубопроводы, подвергающиеся нагреву и располагающиеся на высоте, на которой человек может получить ожог, должны иметь тепловую изоляцию. В помещениях компрессорной станции запрещается прокладка газопроводов с природным и искусственным горючим газом, так как при утечке газа и засасывании его воздушным компрессором может произойти взрыв.

В воздухопроводах не должно быть зон, где могут скапливаться конденсат и масло. Для их стока воздухопроводы монтируют с уклоном от 1 : 200 до 1 : 300 в направлении движения сжатого воздуха. На отдельных участках воздухопроводов должны быть установлены водомаслоотделители с автоматической или ручной продувкой воздухопровода. Рекомендуется трубопроводы сжатого воздуха закольцовывать.

Поскольку давление в воздухопроводах может меняться в широких пределах, то при расчёте необходимо учитывать изменение плотности воздуха. Для каждого участка воздухопроводов рассчитывается средняя плотность воздуха по формуле

. (1.12)

где и - плотность воздуха в начале и конце трубопровода.

В расчетах сетей сжатого воздуха удобно иметь дело с массовым расходом воздуха, так как он не зависит от температуры и давления.

Внутренний диаметр и площадь проходного сечения воздухопровода определяется по формулам

(1.13)

F =G/(w ), (1.14)

где G – массовый расход воздуха, w – средняя скорость воздуха.

Падение давления в трубопроводе определяется из следующего выражения:

Δр = Δртр + Δрм.с , (1.15)

где Δртр – падение давления от трения на прямых участках трубопровода; Δрм.с – падение давления на местных сопротивлениях.

Падение давления на прямых участках трубопроводов от трения при протекании любой однофазной среды с постоянной плотностью и вязкостью рассчитывается по формуле

Δртр =λl w²/(2dвн), (1.16)

где λ – коэффициент сопротивления трения; l – длина участка; – плотность воздуха; w – скорость потока; dвн - внутренний диаметр проходного сечения вздухопровода.

В зависимости от режима течения среды коэффициент сопротивления трения определяется из следующих соотношений:

при Re = wdвн/v < 2300 ( ламинарное течение) по формуле Пуазейля

λ = 64/Re, (1.17)

при 2300< Re < 568/Δ (переходная область) по формуле А.Д. Альтшуля

λ = 0,11 (kэ/dвн + 68/Re)^0,25, (1.18)

при Re > 568/Δ (квадратичный закон течения) по формуле Б. Л. Шифринсона

λ = 0,11 (kэ/dвн), (1.19)

где Re – число Рейнольдса; v – коэффициент кинематической вязкости; Δ = k_э/dвн – относительная эквивалентная шероховатость стенки; kэ - абсолютная эквивалентная шероховатость стенки трубопровода.

Для воздухопроводов сжатого воздуха kэ = 0,8 мм.

Падение давления на местных сопротивлениях

Δрм. с = ξw² /2, (1.20)

где ξ – коэффициент местного сопротивления.

Скорость воздуха для магистральных воздухопроводов рекомендуется принимать при давлениях, близких к атмосферному, w = 20. . .40 м/с, при давлении 1 МПа w = 12. . . 16 м/с.

При этом проектировании воздухопроводов часто приходится по располагаемому перепаду давлений и заданному расходу находить площади проходных сечений трубопроводов. Расчёт при этом ведётся методом последовательных приближений. В настоящее время расчёт воздухопроводов

выполняется с помощью программ, облегчающих работу, а также на ЭВМ.