4.1. Задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению

Контрольная работа включает две задачи. Вариант контрольного задания определяется двумя-тремя последними цифрами шрифта. Контрольная работа должна быть аккуратно выполнена в отдельной тетради. Следует полностью переписывать условие задач и сопровождать ее решение краткими пояснениями. при выполнении расчетов надо сначала выписать формулу, затем подставить числовые значения входящих в нее величин и после этого записать результат вычислений. Буквенные обозначения и размерности физических величин должны соответствовать международным стандартам и рекомендациям ИСО31. Для выбранного оборудования необходимо указать его тип и основные характеристики.

Схемы и графики необходимо выполнить карандашом с применением чертежных принадлежностей. Выкопировки на кальке, а также графики, построенные на миллиметровой бумаге, вклеиваются работу.

Задача №1

Для компрессорной станции, функциональная схема которой приведена на рис. 1. выбрать марку и количество компрессоров, определить мощность электродвигателей для них, рассчитать воздушные фильтры, концевые воздухоохладители, водомаслоотделители, воздухосборники, воздухопроводы, расходы охлаждающей воды и смазочного масла. Потребителей сжатого воздуха и их количество выбрать по табл. 1, график безразмерного расхода сжатого воздуха

Рис.1.

Таблица 1

потребителями – по рис. 1. Нечетной последней цифрой шифра студента соответствует кривая 1 графика, четной – кривая 2.

Тип компрессоров – поршневые воздушные крейцкопфные с прямоугольным расположением цилиндров. Система охлаждения – оборотная. Температура охлаждающей воды, поступающей на компрессоры и концевые воздухоохладители, принять равной температуре охлаждающей воды после градирни, полученной в задаче 2.

Привести функциональную схему компрессорной станции и график расхода сжатого воздуха потребителями в абсолютных значения расхода. Рассмотреть и проанализировать не менее двух вариантов по марке и количеству выбранных компрессоров для покрытия заданного графика расхода и выбрать наилучший.

Рис. 2

Указания. В начале определяется расчетный объемный расход воздуха потребителями, который вычисляется по формуле:

,

где - количество однотипных потребителей воздуха; - расход воздуха потребителями каждого типа (приложение 5); - коэффициент одновременности для каждой однотипной группы потребителей (приложение 6).

Исходной величиной для выбора компрессоров служит рабочая производительность компрессорной станции

,

где - коэффициент, учитывающий увеличение расхода воздуха вследствие утечек из-за не плотностей в соединениях, арматуре, сальниках и т.п. (можно принять =1,2).

Количество компрессоров, устанавливаемых на компрессорной станции, равно

где - производительность компрессора, выбранной марки (приложение 6); - количество рабочих компрессоров; - количество резервных компрессоров.

Обычно на компрессорной станции устанавливается 3…6 компрессоров, включая резервные.

При выборе компрессоров и их производительности необходимо учитывать неравномерность расхода воздуха по сменам и стремиться к максимально возможному использованию компрессоров, обеспечивая гибкую работу компрессорной станции при изменении нагрузок. Желательно, чтобы при остановке самого крупного из компрессоров, остальные покрывали не менее 75…90% потребности в сжатом воздухе. Необходимо указать способ регулирования производительности компрессоров.

Мощность, электродвигателя для привода компрессора:

где - абсолютное давление всасывания; - абсолютное давление нагнетания; - производительность компрессора при условиях всасывания; - число ступеней компрессора; - изотермический КПД; - механический КПД; - КПД электродвигателя.

При выполнении расчетов принимается: = 10⁵ Па, = 9·10⁵ Па, =2, =0,65…0,85; =0,8…0,93; =0,83…0,91.

Для очистки воздуха, поступающего в компрессор, наибольшее распространение получили висциновые фильтры, состоящие из набора кассет, заполненных металлический стружкой, смоченной висциновым маслом. Расчет фильтра для каждого компрессора сводится к определению необходимой площади его поперечного сечения по условной скорости газа в коробке фильтра

.

При выполнении расчетов принимается =1,0…1,5 м/с.

В качестве концевых воздухоохладителей при низких давлениях воздуха (менее 3 МПа) используются кожухотрубчатые теплообменники с противоточной схемой движения воды и воздуха. Температура воздуха на входе в охладитель принимается равной 160…170°С. Расход воды через охладитель выбирается исходя из нормы 2,0…2,3 л/мин на 1 м³/мин всасываемого воздуха. Температура охлаждающей воды на выходе из цилиндров компрессора и концевых охладителей не должна быть выше 30… 40°С, а температура выходящего из охладителя сжатого воздуха не должна превышать температуру выходящей воды более чем на 20 К.

Отводимый от воздуха тепловой поток и температура воды после концевого охладителя рассчитываются из уравнения теплового баланса:

где и - плотности воды и воздуха; и - удельные теплоемкости воды и воздуха; - температура воды на входе в охладитель.

Обычно нагрев воды в компрессоре и концевом охладителе составляет 10…15 К.

Площадь поверхности теплообмена концевого воздухоохладителя определятся по основе уравнения теплопередачи

где - коэффициент теплоотдачи, принимается равным 50…60 Вт/(м²·К); - средняя логарифмическая разность температур между воздухом и водой.

Полный расход масла - определяется его расходом всеми компрессорами (см. приложение 7), установленными на компрессорной станции, а полный расход охлаждающей воды включает кроме расходов на компрессоры также расходы воды на концевые охладители.

На компрессорных станциях с низким давлением воздуха широкое применение получили водомаслоотделители жалюзийного типа с вертикально установленным пакетом жалюзийных пластин. Площадь поперечного сечения пакета жалюзей в водомаслоотделителе определяется по формуле

,

где - объемный расход воздуха через водомаслоотделитель (компрессор) при давлении нагнетания; - допустимая скорость газа при входе в пакет жалюзей.

Значение определяется из условия устойчивости пленки на поверхности жалюзей при динамическом воздействии потока на нее

.

где - коэффициент поверхностного натяжения для воды.

Для сглаживания пульсации сжатого воздуха устанавливается воздухосборник, объем которого должен быть не менее, чем 20 раз больше объема цилиндра компрессора.

С учетом максимально-возможного расхода воздуха при одновременной работе большинства потребителей объем воздухосборника принимается равным от 1/120 до 1/60 часовой производительности компрессора или рассчитывается по эмпирической формуле

,

где - объем воздухосборника, м³; - производительность компрессора, м³/мин.

Диаметры всасываемого и нагнетательного воздухопроводов для каждого компрессора определяются скоростью воздуха: во всасывающем трубопроводе = 10…12 м/с, в нагнетательном - = 12…15 м/с.