КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Энергетический аудит»
на тему: «Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем»
СОДЕРЖАНИЕ
1.Определениеэнергоэффективности гидравлических и пневматических систем
2.Определение энергоэффективности системы сжатого воздуха
Список использованной литературы
1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Рассчитать трубопроводную сеть (рис.1) и подобрать насосный агрегат 1 для подачи жидкости в производственных условиях из резервуара 2 в бак 8, расположенный на высоте />над осью насоса. Величины абсолютных давлений на свободных поверхностях жидкости в резервуаре и баке равны соответственно /> и /> На всасывающей линии имеются приемный клапан 3 с защитной сеткой, на нагнетательной линии – дисковая задвижка 4 и обратный клапан 7. В системе возможна установка расходомерной шайбы (диафрагмы) 5 или охладителя 6.
Рисунок 1.1 — Схема трубопроводной сети
Таблица 1.1 – Исходные данные
Величины
Вариант
Обозначение
Размерности
7
Жидкость
__
Вода
Температура жидкости
°C
20
Давление: />в баке
/>в резервуаре
МПа
0,20
МПа
0,0,9
Высоты:/>
/>
/>
м
1,2
м
0,8
м
1,0
Углы />, /> колен
градус
15;60
Отношение R/d отводов
__
6
Степень h/d открытия задвижки
__
0,75
Отношение So/S площадей диафрагмы
__
0,4
Коэффициент сопротивления охладителя
__
4
Материал и состояние труб
__
Медные
Назначение трубопровода
__
Вспомогательные трубопроводы для технической воды
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТА
Величины расходов Q, м3/з, высоты НГ, м, подъема жидкости и длины L2, м, нагнетательного трубопровода следует принять равными:
/>
/>
/>
гдеn – (n=93);
/>длина всасывающего участка трубопровода.
/>
где n – число.
Диаметрытруб в пределах всасывающегои нагнетательного участков считать постоянными, углы отводов принять равным/>
Ориентировочные значения допустимых скоростей течения жидкости в технических трубопроводах 0,6 – 0,8 м/с на всасываемом участке, допустимые скорости течения жидкости в напорных трубопроводов на нагнетательном участке 1,0 – 3,0.
Определяем диаметр труб для участков системы:
/>
/>
Приймаємо d1=160 мм и d2=80 мм.
Уточняем величины истинных скоростей течения жидкости в трубах:
/>
/>.
Суммарные потери на всех участках системы определяем с учетом режима движения жидкости, материалов и состояния поверхностей труб, характера местных сопротивлений.
Значения чисел Рейнольдса вычисляем по формуле:
/>
где ν=1,01·10-6м2/с – кинематический коэффициент вязкости для воды при температуре 20°С.
/>
/>
Режим движенияжидкостина участках– турбулентный, так как/>.
Коэффициентλi потерь на трение можно определить по графику зависимости λ от Re для шероховатых труб:
/>и />.
где/>— значениеабсолютнойшероховатостидля бесшовныхстальныхтруб, принимаем/>.--PAGE_BREAK--
При Re1=110891 – λ1=0,023.
При Re2=200990 –λ2=0,025.
Потери напора на отдельных участках при движении жидкости по трубам вычисляем по формуле:
/>
где g=9,81 м/с2– ускорение свободного падения тел.
Выбираем коэффициенты местных сопротивлений на всасываемом участке:
/>
гдекоэффициентыместныхсопротивлений:
— всасывающегоклапана с сеткой/>при />
— коэффициентсопротивленияколена />при />
/>
/>
На нагнетательном участке:
/>
/>коэффициентсопротивлениязадвижкипри />
/>коэффициентсопротивлениядиафрагмыпри />;
/>коэффициентсопротивленияохладителя;
/>коэффициентсопротивленияобратногоклапана (при />);
/>коэффициентсопротивления"выходизтрубы";
/>коэффициентсопротивленияколена при />;
/>— коэффициентсопротивленияотвода.
/>
/>.
Требуемый напор Н насоса определяем по формуле:
/>
где/>разность уровней свободных поверхностей жидкости в баке и резервуаре,
/>плотность воды при температуре />.
/>,
/>.
/>.
Для значений подачи 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 рассчитываем напор насоса.
Таблица 1.2 – Результатыгидравлическогорасчетасистемыдля разныхзначений подачи
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
36
14,4
02
0,8
31683,2
63366,3
0,024
0,026
0,017
1,13
37,2
27
0,37
1,5
58613,8
118812
0,023
0,025
0,06
4
40,1
40,5
0,56
2,24
88712,9
177426
0,022
0,025
0,13
8,7
45
54
0,75
3
118812
237623,8
0,021
0,025
0,24
15,7
52
72
1
4
158416
316831,7
0,021
0,025
0,43 продолжение
--PAGE_BREAK--
28
64,5
/>
Рисунок 1.2 – Характеристика насоса
По значениям Q и H выбираем центробежный насос типа К горизонтальный одноступенчатый, консольного типа с рабочим колесом одностороннего входа.
Насос 4К –8, с частотой вращения 2900 об/мин.
Мощность на валу насоса 17,5 кВт; на валу электродвигателя – 28 кВт.
Коэффициент полезного действия – 65,5 %.
Определяем потери:
/>,
Т – время эксплуатации в год (5000 ч);
С – стоимость />. Принимаем С=0,5 грн.
Потери мощности:
/>,
Требуемая мощность электродвигателя с учетом запаса по возможным перегрузкам:
/>,
/>
к = 1,05-1,2 – коэффициент запаса. Принимаем к = 1,2.
/>.
/>
Определяем цену перерасхода электрической энергии в год одним электродвигателем:
/>.
Суммарный перерасход электрической энергии в год:
/>,
/>.
Полученные данные свидетельствуют о небольших потерях энергии при работе насоса.
Для повышения энергоэффективности гидравлической системы необходимо:
— уменьшение сопротивления сети трубопровода (местные и по длине трубопровода) за счет увеличения диаметра труб, уменьшения количества отводов, колен;
— уменьшить потери воды при ее подаче в оптимальном режиме, а также путем замены фланцевых уплотнений;
— повышение КПД насоса до паспортных данных за счет точной балансировке рабочих колес, а также за счет замены старых уплотнений новыми.
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ СЖАТОГО ВОЗДУХА
Рассчитать приведенную на схеме рисунка 2.1 сеть и подобрать компрессор на потребление сжатого воздуха с рабочим давлением />в ремонтном цехе химического комбината.
/>
Рисунок 2.1 – Схема компрессорной сети
Длины /> участков АВ, ВС, СД, CF, BE вычисляем по формуле:
/>
/>число из двух последних цифр номера зачетной книжки (/>);
/>вариант задания;
/>порядковыйномер участка.
/>
Таблица 1. Исходные данные
Точка присоединения
Потребитель
Расход воздуха на единицу оборудования
/>
Количество
D
Молоток пневматический КЕ-16
1,6
3
Е
Молоток отбойныйОМП – 10
2,3
1
F
Машина шлифовальнаяШР – 2
2,8
2
F
Гайковерт ручной ГП – 14
0,5
1
E
Пистолет – пульверизатор ПУ – 1
0,03
2
D
Ножницы-кусачкиПНК-3
1,3
1
D
Пила ручная РПТ
1,9
1
E
Пылесос для производственного мусора ПП – 3
1,3
1
1 Определяем длину участка сети ABCD:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>.
2 Находим расчетный расход воздуха на участках:
/>,
где /> число потребителей судельным расходом воздуха /> на участке і-м участке трубопровода (і=3…5).
/>
/>;
/>
3 Определяем расчетный расход /> компрессора суммированием расходов по участкам
/>
/>.
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
4 Вычисляем величину потребного воздуха с учетом условий одновременности работы каждого вида оборудования и потерь сжатого воздуха от утечек.
Потребный расход по участкам
/>
/>коэффициент одновременности работы; /> при z при z=11…20, /> при z>20.
/>коэффициент утечек; />
Общий расход
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Потребный расход /> компрессора – это расход воздуха на участке АВ магистрали.
5 Расчет ориентировочных диаметров трубопроводов на каждом из участков сети:
/>
Участок
1
2
3
4
5
/>
Вычесленный
0,048
0,043
0,033
0,028
0,023
Принятый
0,050
0,050
0,040
0,04
0,025
6 Потери давления в сети от трения в сети и на местных сопротивлениях обычно не привышают 6-8% от среднего давления в трубопроводе.
Приведенные длины учкстков сети:
/>
где />эквивалентная длина, соответствующая наличию на участке длиной />количеством m определенного вида местных сопротивлений с удельной характеристикой />.
/>
/>.
/>.
Приведенная длина магистрали:
/>,
/>
Потери давления по магистрали:
/>,
/>,
/>,
/>,
/>.
Потребное давление Р, развиваемое компрессором, должно быть не менее
/>
/>
По основным параметрам Q и P подбираем тип и марку требуемого компрессора.
Таблица 2.6 – Технические характеристики компрессора
Тип компрессора
ВП3-20/9
Производительность, />
20
Конечное давление, МПа
0,87
Масса, кг
4800
Габариты, мм
2370х1670х2230
Двигатель
Мощность, кВт
132
Тип
ДСК-12-24-12
Частота вращения, />
500
Емкость воздухосборника V:
/>,
где /> производительность компрессора, />.
/>
Определяем потери:
/>,
/>производительность компрессора и расчетная производительность />;
/>конечное давление и расчетное давление компрессора, МПа;
Т – время эксплуатации в год (5000 ч);
С – стоимость />. Принимаем С=0,5 грн.
Определяем цену перерасхода электрической энергии в год:
/>.
Полученные данные свидетельствуют о довольно больших потерях энергии при работе компрессора.
Для повышения энергоэффективности гидравлической системы необходимо:
— увеличение диаметра нагнетающих воздуховодов, дает экономию 6%;
— уменьшения количества отводов, колен;
— можно эффективно использовать тепло от компрессорной системы сжатого воздуха для отопления производственных помещений, а также для подогрева воды на технологические нужды. Это повышает энергетический КПД компрессора на 4-5%.;
— так как нагрузка компрессора не постоянная по времени, то его производительность должна контролироваться;
— целесообразна установить ресивер
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Методические указания к практическим занятиям по проведения гидравлических расчетов трубопроводных сетей, выбору насосных, вентиляционных и компрессорных установок промышленных предприятий по курсу «Гидравлика и гидравлические машины». Волков Н. И., 1989.
Каталог справочник насосы. Соколова Т.Ф., Тихонов А.Я., 1953.