(*),

где νо и ρо - скорость и плотность воздуха при р=0,1 МПа (условия всасывания);

ν и ρ - скорость и плотность воздуха при р=0,9 МПа.

Значение плотности воздуха берётся из справочной литературы при t=15°С:

; .

Из уравнения состояния идеального газа:

 (**).

Подставив уравнение (**) в уравнение (*) для условий 1 и 2 получим:

;

Принимается , м/с

2.По номограмме 4 [1] при известном расходе воздуха Vр и принятой скорости νсж в трубопроводе определяется внутренний диаметр трубопровода dвн, а затем по среднему давлению в трубопроводе находятся потери давления на один погонный метр трубы δP. Средние давление в трубопроводе:

, где

Рн =9 - давление сжатого воздуха, выдаваемое компрессорной станцией (на основании типового проекта);

Рк =7 - давление сжатого воздуха, необходимое потребителям (т.к. давление находится в пределах 0,3 – 0,9МПа, принимаю Рк =7).

Путевые потери учитываются при определении падения давления на отдельных участках.

3. Определяются потери давления в местных сопротивлениях (вентилях, тройниках, коленах). Для этого необходимо условно заменить соответствующие части арматуры "эквивалентными длинами", т.е. заменяем участками трубопровода, на котором потери напора по длине равны местным потерям напора. Этот метод применим только для турбулентного режима движения потока сжатого воздуха в зоне квадратичного сопротивления. Режим выбирается по значению критерия Рейнольдса, которое можно вычислить по формуле:

, где

– действительная скорость сжатого воздуха при Р=9ат;

dвн – внутренний диаметр трубопровода(выбирается в соответствии с ГОСТ 10704-91 "Трубы стальные электросварные прямошовные"), м;

 - кинематическая вязкость сжатого воздуха, м²/с. (для сжатого воздуха  = 18,5·10-6, м2/с.)

Полученное значение числа Re определяет режим движения потока среды:

·                   при < 2320 – ламинарный режим;

·                   при = 2320÷5000 – переходный режим (режим с перемеживающейся турбулентностью);

·                   при > 5000 – турбулентный режим.

Для примера, определим значение Re на участке А2В2:

Таким образом, имея значения Re=83586, мы находимся в развитом турбулентном режиме (Re>5000) и поэтому возможно применение метода "эквивалентных длин".

Конфигурация сетей сжатого воздуха предусматривает местные сопротивления , а эквивалентная длина местных сопротивлений является функцией этих сопротивлений.

Эквивалентная длина местных сопротивлений, находится по номограмме [1,приложение 3], по известному нам внутреннему диаметру и значениям коэффициентов сопротивления, которые мы принимаем.

·                   для колена 0,33;

·                   для тройника 1,0;

·                   для вентиля 2,9.

4. Определяются общие потери давления на соответствующем участке:

, где

,

lфакт- фактическая длина участка, м.

5. Используя ГОСТ 10704-91 "Трубы стальные электросварные прямошовные", по известному внутреннему диаметру d подбирается труба с наружным диаметром D и толщиной стенки δ, причём D = d + 2δ.

6. Из условий прочности рассчитывается минимальная необходимая толщина стенки трубы:

, где

Рср– среднее абсолютное давление в трубопроводе,;

Dн– наружный диаметр трубы, мм

k=1,7 – коэффициент запаса, будет обеспечивать запас прочности при давлении

0,9МПа:

 – предел текучести материала.

Минимальная толщина стенки пропорциональна рабочему давлению, наружному диаметру и зависит от свойств металла.

Расчетная толщина стенки сопоставляется с ее действительным значением и при необходимости уточняется за счет выбора в соответствии с ГОСТ другого наружного диаметра трубы.

7. Находиться конечное давление на участке или у потребителя (для ответвлений).

Конечное давление на i-ом участке:

,

где i=1…5 – для правой ветки. i=1…4 – для левой ветки.

Конечное давление на предыдущем участке магистрали будет начальным на следующем.

Для участков А1В1, А2В2 в качестве отпускаемого от компрессорной станции принимается давление 0,9МПа.

Давление у i-го потребителя:

, где

 - конечное давление в точке j-го участка магистрали, к которому подключен j-ый потребитель, кгс/см2;

 - потери давления на один погонный метр ответвления, кгс/см2.

j=1…9. Конечное давление у прочих потребителей без учета фактической длины воздухопровода определению не подлежит.

Примером применения данной методики может служить расчет участка А2B2 :

Длина участка ;

Расход сжатого воздуха на участке А2В2 и соответственно для левой ветки воздухопровода, отходящей от компрессорной станции:

Аналогично для правой ветки и участка А1В1.

Расход сжатого воздуха для последующих участков магистрали определяется по следовательно вычитая значение расхода цеха, который находится на данном участке.

Таким образом, для левого направления магистрали получаем:

,

т.к. от участка В2С2 не отходит ни одного ответвления к цехам-потребителям;

;

;

;

Принимаем скорость движения сжатого воздуха vсж=15 м/с на участке А2В2, тогда скорость при условии всасывания составила νо=135 м/с.

По номограмме (Приложение 4) [1] находим диаметр d и потери давления δP на участке А2В2 в зависимости от выбранного внутреннего диаметра dвн. По ГОСТ 10704-91 принимаем Dн=108 мм, ГОСТст=2мм, тогда dвн = Dн-2δ=104 мм.

Оцениваем действительную скорость сжатого воздуха в воздухопроводе:

,

На участке А2В2 находится колено и вентиль. По номограмме 3 [1] получаем соответственно и м, для данного участка.

Общее потери давления на участке А2В2:

, где

 ,

Минимальная необходимая толщина стенки трубы рассчитывается по формуле:

, где

Рср – среднее абсолютное давление в трубопроводе, кгс/см2;

k=1,7 – коэффициент запаса;

 – предел текучести материала.

Выбранная толщина стенки ГОСТст=2 мм больше, чем минимально необходимая ст=0,337 мм, поэтому уточнение наружного диаметра не требуется.

Конечное давление в точке В2:

 кгс/м2.

Аналогичным образом рассчитываются остальные участки и ответвления. Конечное давление каждого участка определяется с учётом давления на предыдущем. Сопротивление для колена учитывается только на участке А1B1, на всех остальных участках для определения эквивалентной длины учитываются сопротивления вентиля и тройника. В остальном методика сохраняется. Результаты расчета приведены в таблице 2.

На рис. 2 приведена схема воздухоснабжения предприятия с указанием длин участков, расходов воздуха и внутренних диаметров трубопроводов.

В результате проведенных расчетов мы определили, что система воздухоснабжения, отпускающая сжатый воздух с избыточным давлением 0,9 МПа, обеспечит для каждого цеха потребление воздуха с необходимым давлением Р=0,3-0,8 МПа. Для этого необходимы трубы следующих сортаментов: 108х2,0 длиной 180м; 95х2,0 длиной 440м; 88х1,6 длиной 10м; 76х1.4 длиной 60м; 70х1.4 длиной 45 метров; 60х1,4 длиной 75м; 51х1,4 длиной 120м; 48х1,4 длиной 80м; 33х1 длиной 60 метров; 27х1 длиной 145м;26х1 длиной 85м; 30х1 длиной 70м;22х1 длиной 60м; 14х1 длиной 60м.

Прочностной расчет показал, что расчетная толщина стенки трубопроводов не превышает толщин стенок труб, выбранных по ГОСТ для всех участков воздухопровода, и условия прочности обеспечены.

Таблица 2. Сводная таблица результатов аэродинамического и прочностного расчётов

4.Компьютерный расчет системы воздухоснабжения

Как альтернатива, и в то же время для проверки расчетов, был произведен компьютерный расчет по программе "Расчёт трубопроводов", адаптированной для сетей сжатого воздуха. Исходными данными для такого расчета являются:

- тип энергоносителя (в нашем случае воздух);

- длины участков и ответвлений магистралей в метрах;

- расход энергоносителя, необходимый потребителям в .

Такой расчет был произведен отдельно для левой и правой магистралей системы воздухоснабжения. Результаты расчета сведены в таблицы 3 и 4.

Таблица З Значения конечного давления воздуха, поступающего к потребителям

Страницы: 1, 2, 3, 4