Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
Курсовая работа
по дисциплине: «Технологические энергоносителипромышленных предприятий»
«Системавоздухоснабжения промышленного предприятия»
Студент группы 05-ПТЭ:
Тимошенко О.С.
Преподаватель:
к.т.н. Курбатская Н.А.
Брянск 2009
Приведен расчет системывоздухоснабжения машиностроительного завода, в реконструированных цехахкоторого устанавливается новое технологическое оборудование. Снабжение сжатымвоздухом производится от отдельно стоящей компрессорной станции типа 7(6)К-20А,производительностью соответственно 140(120) м3/мин. На заводепотребителями сжатого воздуха являются следующие цеха: заготовительный,кузнечный, механосборочный, термический, штамповочный, сварочный,металлопокрытий, инструментальный, малярно-сдаточный и прочие. Выбран типовойпроект компрессорной станции. Произведен аэродинамический и прочностной расчетысетей сжатого воздуха, соединяющих компрессорную станцию с каждым цехом –потребителем. Представлено описание компрессорной 7(6)К-20А. В графическойчасти работы приводятся принципиальная и технологическая схемы компрессорнойстанции, конструктивное оформление основного оборудования с учетом требованияэксплуатации.
Содержание
Введение
1. Определение потребности предприятия в сжатом воздухе
2. Обоснование выбора компрессорной станции
3. Аэродинамический и прочностной расчет системы воздухоснабжениямашиностроительного завода
4.Компьютерный расчет системы воздухоснабжения
5. Компрессорная станция
5.1 Область применения и основныепоказатели
5.2 Техническая характеристикаоборудования
5.2.1Компрессор
5.2.2Фильтр воздушный
5.2.3Холодильник концевой
5.2.4Воздухосборник
5.2.5Масляноехозяйство
5.2.6Бак для продувок
5.2.7Грузоподъемноеустройство
5.2.8Установка дляхимической очистки трасс сжатого воздуха
5.2.9Промывка ячеек фильтров
5.2.10Глушители шума
6.Схемы теплотехнических измерений и автоматизация работыкомпрессорных установок
6.1.Схемы теплотехнических измерений
6.2 Автоматизация оборудованиякомпрессорной станции
6.2.1.Автоматическоерегулирование производительности компрессора
6.2.2Автоматическаязащита оборудования
6.2.3Автоматическое регулированиерасхода воды
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Объектом исследования данной курсовой работыявляются системы производства сжатого воздуха промышленного предприятия, атакже системы коммуникации, связывающие потребителя с источником сжатоговоздуха. Основным рабочим телом, применяемым в данных системах, является сжатыйвоздух.
Сжатый воздух как энергоноситель получил широкое применение во всехотраслях народного хозяйства, а также на промышленных предприятиях. Применениесжатого воздуха позволяет механизировать ряд трудоемких технологическихпроцессов в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Машины, сжимающие воздух свыше 3 кгс/см2, называютсявоздушными компрессорами. По принципу работы компрессоры разделяются на:поршневые, ротационные, центробежные и осевые. Применение того или иного типакомпрессора зависит от конкретных условий, в которых он должен работать. Впоршневом компрессоре сжатие воздуха производится в цилиндре посредствомпоршня, совершающего возвратно-поступательное движение. Поршневые компрессоры,сжимающие воздух от 5 до 1000 кгс/см2 и производительностью до 100м3/мин,рационально применять в компрессорных станциях производительностью до 500м3/мин.Поршневые компрессоры выпускаются большой номенклатурой марок разнойпроизводительности, от долей до нескольких сотен кубических метров в минуту, иразвивают давление от одной до сотен тысяч атмосфер. Поршневые компрессорынадежно работают в тяжелых условиях и при непрерывной круглосуточнойэксплуатации.(2, стр.3,5)
Компрессорная установка характеризуется давлением нагнетаемой среды,производительностью компрессора, выражающейся объемом всасываемого воздуха вединицу времени, мощностью двигателя, приводящего в действие компрессор.
Компрессорные станции являются источниками получения сжатого воздуха наразличных промышленных предприятиях и строительных площадках. Особенно большоеколичество сжатого воздуха потребляют предприятия машиностроительной,металлургической, угольной, химической, нефтяной и судостроительнойпромышленности.
Сжатый воздух, вырабатываемый компрессорной станцией, поступает внаружные (межцеховые) сети сжатого воздуха. Наружные сети сжатого воздухавыполняются в основном по тупиковой схеме, при которой воздух подается вмагистральные трубопроводы, а от них по отводам к цехам-потребителям. Передзначительно удаленными от компрессорной станции цехами могут устанавливатьсявоздухосборники.(3, стр.17)
На промышленном предприятии выработка сжатого воздуха осуществляется наотдельно стоящей компрессорной станции.
При разработки рациональной системы воздухоснабжения, основная задачаобеспечить всех потребителей воздуха, требуется определить расходы сжатоговоздуха на цеха. Все расходы откорректированы с учётом коэффициентовиспользования, эксплуатационного и коэффициента одновремённой работы Дляпроектирования системы межцеховых воздухопроводов и определения требуемогодавления у потребителей производится аэродинамический расчет и расчет напрочность.
1. Определение потребности предприятияв сжатом воздухе
Потребность промышленного предприятия в сжатомвоздухе вычисляется как сумма потребностей отдельных цехов. Определяемрасчётные расходы сжатого воздуха для каждого из цехов.
1. Заготовительныйцех.
Среднечасовой расходсжатого воздуха, необходимый для заготовительного цеха, определяется по удельномурасходу сжатого воздуха для каждого вида заготовок
/> , где
qi — удельныйрасход сжатого воздуха для i-го вида заготовок на 1 тонну выпускаемойпродукции, м3/т;
Gi — годовойвыпуск i-го вида заготовок, т/год;
Ф — годовой фонд временипо заготовительному цеху, ч/год
/>
Расчетный расход сжатого воздуха для заготовительного цеха:
/>
/>эксплутационный коэффициент позаготовительному цеху. Учитывает кратковременное превышение максимальныхрасходов над средними, износ оборудования (у потребителя), значительные утечкичерез неплотности в арматуре, фланцах. Для данного цеха /> по заданию.(1, стр.5)
2. Кузнечный цех.
Среднечасовой расход сжатого воздуха, необходимый для поковок,изготовленных из черного металла:
/>, где
qi — удельныйрасход сжатого воздуха для i-го вида заготовок на 1 тонну выпускаемойпродукции, м3/т;
Gi — годовойвыпуск i-го вида заготовок, т/год;
Ф — годовой фонд временипо кузнечному цеху, ч/год.
/>
Среднечасовой расход сжатого воздуха, необходимый для поковок,изготовленных из цветных металлов:
/>, где
qi — удельныйрасход сжатого воздуха для i-го вида заготовок на 1 тонну выпускаемойпродукции, м3/т;
Gi — годовойвыпуск i-го вида заготовок, т/год;
Ф — годовой фонд временипо кузнечному цеху, ч/год.
/>
Среднечасовой расход сжатого воздуха для кузнечного цеха:
/>
Расчетный расход сжатого воздуха для кузнечного цеха:
/>
где />эксплутационный коэффициентпо кузнечному цеху. Для данного цеха /> позаданию.
3. Механосборочныйцех.
Среднечасовой расход сжатого воздуха для цеха определяется по удельнымрасходам сжатого воздуха каждым видом оборудования, с учетом количестваустановленного оборудования, частоте их использования:
/>
qi – удельный расход воздуха i-го оборудования, />;
ni – количество оборудования i-го наименования в цехе;
Ki – коэффициент использования пневмоприемника, принимаемыйпри расчете расхода воздуха, отличается от коэффициента использования, которыйпринимается технологом при выборе оборудования или инструмента. Отличие ихзаключается в том, что под временем работы пневмоприемника за смену технологипонимают время всех технологических операций, выполняемых этимпневмоприемником, в том числе вспомогательных, не считаясь с тем, что толькочасть операций происходит с расходом воздуха;
Kо – коэффициент одновременности работы однотипногооборудования. Показывает какая часть всех установленных приемников находится вработе.
Расчетный расход сжатого воздуха для механосборочного цеха:
/>
4. Термический цех.
Количество расходуемого воздуха для сжигания 1м3 природногогаза определяется из теплового расчета и составляет 10м3 воздуха на1м3 сжигаемого газа (с учетом потерь в воздухопроводах ивоздуходувах).
/>
/>расход природного газа натехнологические нужды, м3/год;
Ф – годовой фонд времени, ч/год;
Кэ – эксплутационный коэффициент по термическому цеху.
Далее определяются расходы сжатого воздуха по остальным цехам. Так какзаданы требуемые расходы воздуха и эксплуатационный коэффициент, то:
5. Штамповочный цех />
6. Сварочный цех />
7. Цех металлопокрытий />
8. Инструментальный цех />
9. Малярный цех />
10. Прочиецеха />
Потребность предприятия в сжатом воздухе определяется как сумма расчетныхрасходов по отдельным цехам, приведенных к условиям свободного воздуха:
/>
Для рационализации пневмосетей сжатого воздуха подключаем на левую веткумагистали к прочим цехам – 42,47 м3/мин, а на правую — 24 м3/мин.Тогда отпуск сжатого воздуха на каждую магистраль компрессорной станцииодинаков и равен VM=60 м3/мин.
В ходе расчёта были определены расходы воздухадля каждого из цехов, а так же была определена потребность в сжатом воздухе длясего предприятия.
2. Обоснование выбора компрессорнойстанции
Компрессорная станция – это стационарныйкомплекс для получения сжатого воздуха с целью обеспечения технологическогопроцесса. Компрессорная станция проектируется из однотипных компрессоров смаксимальной нагрузкой на каждый. Еслипотребление сжатого воздуха при рабочем цикле оборудования — равномерное, токомпрессорную установку можно выбрать с минимальным объемом ресивера, еслипотребление сжатого воздуха – порционное – выбирают установку с максимальнобольшим объемом ресивера.
В нашем случае подача сжатого воздуха в цехаосуществляется по двум магистралям, расходы в которых составляют:
в первой магистрали – 60 />;
во второй магистрали – 60 />.
Для обеспечения заданного расхода воздуха напромышленном предприятии Выбираем автоматизированную компрессорнуюстанцию на 7 компрессоров 7(6)К-20А, производительностью 20 м3/мин при давлении 0,9МПа. Один компрессор предусмотрен вкачестве резервного, заменяющего самый крупный из основных при его остановке.
Номинальная производительность компрессорнойстанции равна 140 />, что полностьюобеспечивает потребность нашего предприятия в сжатом воздухе.
Компрессорная станция должна располагатьсявдали от источников загрязнения воздуха механическими примесями, газами ивлагой (пескоструйные камеры, ацетиленовые станции, брызгальные бассейны ит.п.). Компрессорную станцию желательно располагать воздухосборниками,обращенными на север или северо-восток. Электроснабжение компрессорной станциидолжно осуществляться на напряжение 6 и 10 кВ по двум радиальным линиям,подключенным к разным источникам питания.
Режим работы компрессорной станциикруглосуточный. На станции предусматривается обслуживающий персонал – машинисти старший машинист. Количество работающих определено по «Нормативамчисленности рабочих компрессорной станции (установок)» и требованиямиправил безопасности.
3. Аэродинамический и прочностнойрасчет системы воздухоснабжения машиностроительного завода
Важной частью расчета систем снабжения сжатымвоздухом является аэродинамический расчет, суть которого заключается вопределении потерь давления в воздухопроводах, определения их диаметров,давлений у абонентов.
Схема воздухоснабжения промышленногопредприятия представлена на рис.1, размеры отдельных участков схемытрубопровода приведены в табл.1. Номера цехов соответствуют указанным вышеназваниям.
/>
Рис 1. Схема воздупроводов предприятия.
Таблица 1. Размеры участков сетиУчасток
A1B1
A2B2
B1C1
B2C2
C1D1
C2D2
D1E1
D2E2
E1K1
E2K2 Длина, м 60 30 55 40 80 120 80 70 60 95 Участок
K1M1
l1
l2
l3
l4
l5
l6
l7
l8
l9 Длина, м 45 60 80 120 75 60 70 85 145 60
Для технического оборудования промышленного предприятия обычнотребуется сжатый воздух с давлением, равным 0,3…0,8 МПа, следовательно, уабонентов давление сжатого воздуха не должно быть меньше 0,3 МПа. Давление,нагнетаемое компрессорами, составляет 0,9 МПа. Все остальные необходимые данныедля расчета приведены в задании.
Методика аэродинамического и прочностного расчётов участковвоздухопроводов предприятия:
1. Принимаем скоростьдвижения сжатого воздуха в трубопроводе.
Рекомендуется приниматьследующие значения:
- в магистральных трубопроводах υ= 15÷20 м/с;
- в ответвлениях к цехам υ =10÷15 м/с.
Для того чтобы вдальнейшем воспользоваться номограммой [1, прил. 3], необходимо перейти отскоростей движения сжатого воздуха при давлении 0,9 МПа к скоростям, приведеннымк условиям всасывания (p=0,1 МПа; t=15°С).
Переход осуществляется спомощью соотношения плотностей, которое выводится из условия равенства массовыхрасходов:/> где:
G0– расходдля условий всасывания при 0,1 МПа, 15°С;
G – расход сжатоговоздуха при 0,9 МПа (давление сжатого воздуха в нагнетательной линии), 15°С;
Массовый расход:
/>, где:
V — объемный расход воздуха;
ρ — плотностьвоздуха при данных условиях;
ν — скорость воздухапри данных условиях;
S — площадь сечения канала, который вобоих случаях считается одинаковым.
/> (*),
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 плотностивоздуха берётся из справочной литературы при t=15°С:
/>; />.
Из уравнения состоянияидеального газа:
/> (**).
Подставив уравнение (**)в уравнение (*) для условий 1 и 2 получим:
/>;
/>
Принимается />, м/с
2.По номограмме 4 [1] приизвестном расходе воздуха Vр и принятой скорости νсжв трубопроводе определяется внутренний диаметр трубопровода dвн, азатем по среднему давлению в трубопроводе находятся потери давления на одинпогонный метр трубы δP.Средние давление в трубопроводе:
/>, где
Рн =9 — давление сжатого воздуха, выдаваемое компрессорной станцией (на основаниитипового проекта);
Рк =7 — давление сжатого воздуха, необходимое потребителям (т.к. давление находится впределах 0,3 – 0,9МПа, принимаю Рк =7).
Путевые потериучитываются при определении падения давления на отдельных участках.
3. Определяются потеридавления в местных сопротивлениях (вентилях, тройниках, коленах). Для этогонеобходимо условно заменить соответствующие части арматуры «эквивалентнымидлинами», т.е. заменяем участками трубопровода, на котором потери напорапо длине равны местным потерям напора. Этот метод применим только длятурбулентного режима движения потока сжатого воздуха в зоне квадратичногосопротивления. Режим выбирается по значению критерия Рейнольдса, которое можновычислить по формуле:
/>, где
/>– действительная скорость сжатоговоздуха при Р=9ат;
dвн – внутренний диаметртрубопровода(выбирается в соответствии с ГОСТ 10704-91 «Трубы стальныеэлектросварные прямошовные»), м;
/> - кинематическая вязкость сжатоговоздуха, м²/с. (для сжатого воздуха /> = 18,5·10-6, м2/с.)
Полученное значение числаRe определяет режим движения потока среды:
· при />
· при />= 2320÷5000 – переходныйрежим (режим с перемеживающейся турбулентностью);
· при />> 5000 – турбулентныйрежим.
Для примера, определимзначение Re на участке А2В2:
/>
Таким образом, имеязначения Re=83586, мы находимся в развитомтурбулентном режиме (Re>5000)и поэтому возможно применение метода «эквивалентных длин».
Конфигурация сетейсжатого воздуха предусматривает местные сопротивления />, а эквивалентная длинаместных сопротивлений является функцией этих сопротивлений.
Эквивалентная длинаместных сопротивлений, находится по номограмме [1, приложение 3], по известному намвнутреннему диаметру и значениям коэффициентов сопротивления, которые мыпринимаем.
· для колена />0,33;
· для тройника />1,0;
· для вентиля />2,9.
4. Определяются общиепотери давления на соответствующем участке:
/>, где
/>,
lфакт — фактическая длина участка, м.
5. Используя ГОСТ10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные», по известномувнутреннему диаметру d подбирается труба с наружным диаметром D и толщинойстенки δ, причём D = d + 2δ.
6. Из условий прочности рассчитывается минимальная необходимая толщинастенки трубы:
/>, где
Рср– среднее абсолютное давление в трубопроводе,/>;
Dн– наружный диаметр трубы, мм
k=1,7 – коэффициент запаса, будет обеспечивать запас прочности придавлении
0,9МПа:
/> – предел текучести материала.
Минимальная толщинастенки пропорциональна рабочему давлению, наружному диаметру и зависит отсвойств металла.
Расчетная толщина стенкисопоставляется с ее действительным значением и при необходимости уточняется засчет выбора в соответствии с ГОСТ другого наружного диаметра трубы.
7. Находиться конечноедавление 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 напредыдущем участке магистрали будет начальным на следующем.
/>
Для участков А1В1,А2В2 в качестве отпускаемого от компрессорной станциипринимается давление 0,9МПа.
Давление у i-го потребителя:
/>, где
/> - конечное давление в точке j-го участка магистрали, к которомуподключен j-ый потребитель, кгс/см2;
/> - потери давления на один погонныйметр ответвления, кгс/см2.
j=1…9. Конечное давление у прочихпотребителей без учета фактической длины воздухопровода определению неподлежит.
Примером примененияданной методики может служить расчет участка А2B2 :
Длина участка />;
Расход сжатого воздуха на участке А2В2 исоответственно для левой ветки воздухопровода, отходящей от компрессорнойстанции:
/>
Аналогично для правой ветки и участка А1В1.
Расход сжатого воздуха для последующих участков магистрали определяетсяпо следовательно вычитая значение расхода цеха, который находится на данномучастке.
Таким образом, для левого направления магистрали получаем:
/>,
т.к. от участка В2С2 не отходит ни одного ответвленияк цехам-потребителям;
/>;
/>;
/>;
Принимаем скорость движения сжатого воздуха vсж=15м/с на участке А2В2, тогда скорость при условиивсасывания составила νо=135 м/с.
По номограмме (Приложение 4) [1] находим диаметр dи потери давления δP на участке А2В2в 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. Пономограмме 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 текучестиматериала.
/>
Выбранная толщина стенки />ГОСТст=2мм больше, чем минимально необходимая />ст=0,337мм, поэтому уточнение наружного диаметра не требуется.
Конечное давление в точке В2:
/> кгс/м2.
Аналогичным образом рассчитываются остальныеучастки и ответвления. Конечное давление каждого участка определяется с учётомдавления на предыдущем. Сопротивление для колена учитывается только на участкеА1B1, на всех остальных участках для определенияэквивалентной длины учитываются сопротивления вентиля и тройника. В остальномметодика сохраняется. Результаты расчета приведены в таблице 2.
На рис. 2 приведена схема воздухоснабжения предприятия с указанием длинучастков, расходов воздуха и внутренних диаметров трубопроводов.
В результатепроведенных расчетов мы определили, что система воздухоснабжения, отпускающаясжатый воздух с избыточным давлением 0,9 МПа, обеспечит для каждого цехапотребление воздуха с необходимым давлением Р=0,3-0,8 МПа. Для этого необходимытрубы следующих сортаментов: 108х2,0 длиной 180м; 95х2,0 длиной 440м; 88х1,6длиной 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 длиной145м;26х1 длиной 85м; 30х1 длиной 70м;22х1 длиной 60м; 14х1 длиной 60м.
Прочностнойрасчет показал, что расчетная толщина стенки трубопроводов не превышает толщинстенок труб, выбранных по ГОСТ для всех участков воздухопровода, и условияпрочности обеспечены.
Таблица 2. Своднаятаблица результатов аэродинамического и прочностного расчётовУчасток l, м
/>, м/с
Vp, м3/ мин
/>Pкгс/ см210-3 d, мм
/>
lэкв, м
lр, м
/>Pуч, кгс/ см2x10-2
Dгост мм
/> м/с
Pконеч кгс/ см2
/>, мм ГОСТ Рас.
A1B1
A2B2
B1C1
B2C2
C1D1
C2D2
D1E1
D2E2
E1K1
E2K2
K1M1
l1
l2
l3
l4
l5
l6
l7
l8
l9
Проч
цеха:
K2
M1
60
30
55
40
80
120
80
70
60
95
45
60
80
120
75
60
70
85
145
60
10
10
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
10
10
10
10
10
10
10
10
10
15
15
60
60
60
60
48,67
49.88
45,40
47,08
31,00
46,20
26,10
0,88
10,12
11,33
14,40
2,10
3,73
2,80
3,27
4,90
42,47
24,00
1,8
1,8
1,8
1,8
2,4
2,5
2,2
2,0
2,8
2,1
3,2
17
3,0
2,8
2,5
8,7
6,0
7,3
6,5
5,0
2,3
3,5
106.5
106.5
106,5
106,5
94,5
94,5
91,1
92,5
74,5
92,1
70
14
47,2
49,5
57,5
22,0
29,0
25,5
27,0
32,5
87,0
65,0
3,23
3,23
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
2,9
13
13
4,5
4,5
4.0
4.0
3.6
3,5
2,9
3,7
2,6
1,0
4,5
4,8
5,9
1,6
2,3
1,9
2,3
2,6
10,0
6,9
73,0
43,0
59,5
44,5
84,0
124,0
83,6
73,5
62,9
98,7
47,6
61,0
84,5
124,8
80,9
61,6
72,3
86,9
147,3
62,6
20,0
16,9
13,14
7,74
10,71
8,01
20,16
31,00
18,39
14,70
17,61
20,72
15,23
106,7
25,35
34,94
20,22
53,59
43,38
63,43
95,74
31,30
4,60
5,91
108
108
108
108
95
95
95
95
76
95
76
14
51
51
60
22
33
27
27
33
88
76
13,09
13,09
13,09
13,09
13,86
14,21
12,93
13,41
13,65
13,16
11,49
14,35
10,28
11,51
10,38
12,38
9,16
10,57
12,33
12,03
13,93
10,57
8,86
8,92
8,76
8,84
8,55
8,53
8,37
8,38
8,19
8,17
8,04
7,31
8,58
8,41
8,17
7,51
7,74
7,89
7,60
788
8,13
7,98
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
1,4
2,0
1,4
1,0
1,4
1,4
1,4
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,6
1,4
0,35
0,35
0,35
0,35
0,31
0,31
0,31
0,31
0,25
0,31
0,25
0,04
0,17
0,17
0,20
0,07
0,11
0,09
0,09
0,11
0,25
0,23