Курсовой проект по дисциплине Технологические энергоносители предприятий

Название	Курсовой проект по дисциплине Технологические энергоносители предприятий
Дата	07.02.2022
Размер	0.65 Mb.
Формат файла
Имя файла	kr_TEP_PEChAT.docx
Тип	Курсовой проект #354350
страница	1 из 2

1 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ)
Факультет энергетики и систем управления

Кафедра теоретической и промышленной теплоэнергетики

Задание на курсовой проект

по дисциплине «Технологические энергоносители предприятий»

Тема проект: «Проектирование разветвленной тупиковой воздухораспределительной сети»
Выдано студенту

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Технические условия:

Выполнить гидравлический и прочностной расчет сети воздухоснабжения группы промышленных потребителей при заданных нагрузках и схеме их расположения (Таблица 1).
Таблица 1 – Координаты потребителей на плане предприятия и расходы сжатого воздуха потребителями.

Параметр	Потребитель
Параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
, м³/с	1	1	0,6	0,9	0,8	1,2	0,9	1,2	0,8	1
, м	250	170	330	730	820	710	560	180	430	160
, м	450	760	160	420	910	980	165	210	450	910

В ходе гидравлического расчета необходимо:

‒ определить оптимальное расположение компрессорной станции;

‒ составить схему воздухораспределительной сети, соединяющей компрессорную станцию с потребителями;

‒ принять стандартные диаметры труб всех воздухопроводных линий;

‒ определить количественные потери среды на участках сети;

‒ определить потери давления на участках сети.

В ходе прочностного расчета необходимо:

‒ рассчитать минимально допустимую толщину стенки труб;

‒ определить расстояние между двумя соседними опорами;

‒ принять вариант прокладки воздухопровода на участке.

Замечания руководителя

Содержание

Задание на курсовой проект 1

Замечания руководителя 2

1.2 Построение схемы воздухораспределительной сети 6

1.3 Расчет главной магистрали 7

1.4 Определение давления воздуха на выходе из КС в связи с охлаждением 18

2 Прочностной расчет 26

2.1 Определение минимально допустимой толщины стенки труб 26

На всех участках предварительно выбранная толщина стен больше, чем минимально допустимая. 29

2.2 Определение расстояния между опорами 30

Заключение 38

Список литературы 39

системы воздухоснабжения 38

Приложение Б Схема разветвленной воздухораспределительной сети 39 38

Введение
Работоспособность и эффективность систем, работающих с использованием сжатого воздуха, во многом зависит именно от правильности расположения объектов воздухораспределительной сети. Поэтому, при проектировании важно подобрать оптимальное решение поставленной задачи, которое будет отвечать всем необходимым требованиям и условиям.

При разработке воздухораспределительной сети составляется схема прохождения воздухопроводов. Далее по разработанной заранее схеме рассчитывают основные характеристики воздухораспределительной сети: сопротивление в сети и количественные потери воздуха.

Целью данного курсового проекта являются гидравлический и прочностной расчеты разветвленной тупиковой воздухораспределительной сети.

Гидравлический расчет в себя включает определение количественных потерь среды вследствие утечек и потерь давления на участках. Исходя из нагрузок потребителей, необходимо вычислить диаметры воздухопроводов, в соответствии с которыми принимаются стандартные размеры труб. Необходимо определить давление на компрессорной станции, которая, с учетом всех потерь, должна обеспечить потребителей сжатым воздухом требуемых параметров в заданном количестве.

Прочностной расчет заключается в определении минимально допустимой толщины стенки труб. Принятые в гидравлическом расчете стандартные размеры трубопровода должны удовлетворять требованиям (условиям прочности), полученным в прочностном расчете. Необходимо определить максимальное расстояние между двумя соседними опорами с учетом всех нагрузок, оказывающих воздействие на трубу на данном участке воздухопровода. Выбирается способ прокладки труб в зависимости от длины участка сети.

Исходными данными является расход воздуха на каждом потребителе и схема их расположения в промышленной зоне.

1 Гидравлический расчет

1.1 Определение места расположения компрессорной станции

Координаты оптимального расположения компрессорной станции

, м находим, учитывая отдаленность и загруженность отдельных потребителей

, (1.1)

, (1.2)
где

– количество потребителей;

– максимальный расход воздуха

-того потребителя, м³/с.

– координаты расположения

-того потребителя, м.

Определяем координаты компрессорной станции

, м по формулам (1.1) и (1.2)

Отсюда, координата

, м

м.
Для координаты

, м повторяем те же математические операции

Отсюда, координата

, м

м.

1.2 Построение схемы воздухораспределительной сети

Имея координаты компрессорной станции и потребителей, строим схему их относительного расположения. Соединяя потребителей с КС, формируем разветвленную воздухораспределительную сеть, стараясь достичь минимальной длины магистралей.

При построении схемы используем программу КОМПАС-3D V16.15.2. Чертеж схемы полученной воздухораспределительной сети приведен в качестве приложения к курсовому проекту.

1.3 Расчет главной магистрали

Из схемы извлекаем длины участков

, м

м,

м.
Главной будем считать магистраль, конечный потребитель которой наиболее удален от компрессорной станции. Потребитель № 8 ‒ самый отдаленный.

Длина главной магистрали составит

Расчет главной магистрали начинаем последнего участка И-8. Задаваясь удельным падением давления на участке

, Па/м определяем гидравлические потери давления на участке

, Па по формуле

, (1.3)
где

‒ расчетная длина участка, м. Определяем по следующей формуле

, (1.4)

м.
Принимаем удельное падение давления для участков главной магистрали

Па/м.
Определяем гидравлические потери давления на участке

Па по формуле (1.3)

Па.
Находим давление в узле И, зная избыточное давление у потребителей, равное

МПа

, (1.5)

Па,

Па.
Зная избыточное давление на границах участка, определяем среднее избыточное давление на участке

. Па по формуле

, (1.6)

Па.
Определяем количественные потери (утечки) на участке

, м³/с по формуле

, (1.7)

м³/с.
Определяем количественные потери в местах присоединения потребителя на участке

, м³/с по формуле

(1.8)

м³/с.
Фактический расход на участке

, м³/с составит

, (1.9)

м³/с,

м³/с.
Внутренний диаметр трубы на участке

, м определяется по формуле

, (1.10)
где

‒ скорость течения среды, м/с;

‒ среднее абсолютное давление на участке, Па;

‒ абсолютное давление сжатого воздуха при нормальных условиях, Па;

‒ абсолютные температуры сжатого воздуха и при нормальных условиях, К.

Принимаем температуру окружающей среды

К.

Температура нормальных условий

К.

Скорость течения воздуха принимается в зависимости от давления на участке [1]:

‒ если давление на участке

МПа, скорость принимают 15 м/с;

‒ в том случае, когда

МПа, скорость соответствует 10 м/с.

Для данного участка принимаем скорость

м/с.

Определяем абсолютное давление на участке

, Па по формуле

, (1.11)
где

‒ давление нормальных условий, Па.

Принимаем атмосферное давление при Н. У.

Па.

Определяем внутренний диаметр трубы на участке

, м по формуле (1.10)

м.
Пользуясь [3] выбираем стандартную трубу, с внутренним диаметром не менее рассчитанного выше.

К расчету принимаем стандартную трубу с размером

мм.

Итак, вычисляем стандартный диаметр проходного сечения

, м

, (1.12)

м.
Уточненное давление в узле

, Па будем находить из формулы

(1.13)
где

‒ абсолютное давление в начале и конце участка, Па;

‒ коэффициент аэродинамического сопротивления на участке;

‒ температура окружающей среды и температура Н.У., К;

‒ плотность воздуха при температуре окружающей среды, кг/м³;

‒ коэффициент сжимаемости (принимаем

).

Коэффициент аэродинамического сопротивления

определяем по формуле для турбулентного течения

, (1.14)
где

‒ эквивалентная абсолютная шероховатость (принимаем

м);

‒ критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса

определяем по формуле

, (1.15)
где

‒ кинематический коэффициент вязкости среды, м²/с. Считаем постоянным и принимаем

м²/с.

Определяем критерий Рейнольдса

по формуле (1.15)

.
Вычисляем коэффициент аэродинамического сопротивления

по формуле (1.14)

.
Плотность воздуха при температуре окружающей среды принимается

кг/м³.

Из формулы (1.13) выражаем абсолютное давление в начале участка

,
Отсюда найдем уточненное избыточное давление в узле

, Па

, (1.16)

У потребителя 8 устанавливаем автоматический регулятор давления для его редуцирования до требуемой величины (1,6 МПа). По аналогичной схеме рассчитываются остальные участки главной магистрали с учетом того, что в качестве начального давления последующего участка используется конечное давление предыдущего. Результаты расчета приведены в Приложении А.

Рассмотрим расчет участка, примыкающего к КС Ж-КС. Прежде чем приступить к расчету участка Ж‒КС, необходимо вычислить фактические количественные потери в ответвлении Ж‒Д. Участок Ж‒Д‒Г‒В‒Б‒А‒10 ‒ условная главная магистраль сложного ответвления.

Участок А‒10.

м³/с, м,

Па.

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок А‒9.

м³/с, м,

Па.

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок А‒Б.

м,

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок Б‒5.

м³/с, м,

Па.

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок Б‒В.

м,

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок В‒2.

м³/с, м,

Па.

Па,

м³/с,

м³/с.

Участок В‒Г.

м.

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок Г‒4.

м³/с, м,

Па.

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок Г‒Д.

м,

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок Д‒3.

м³/с, м,

Па.

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок Д‒Ж.

м,

Па.

Па,

м³/с,

м³/с.
Участок Ж‒КС.

м,

Па.

м³/с,

м,

Па,

м³/с,

м/с,

м,

мм,

м,

Расчет главной магистрали закончен.

1.4 Определение давления воздуха на выходе из КС в связи с охлаждением

Воздух, выходящий из компрессорной станции, не редко имеет температуру, превышающую температуру окружающей среды. По мере движения по воздухопроводу он постепенно охлаждается, теряя при этом давление.

Давление воздуха на выходе из КС в связи с охлаждением

, Па определяем по формуле

, (1.17)
где

‒ температура сжатого воздуха на выходе из компрессорной станции, К. Обычно находится в пределах от 40 до 45 ^оС.

‒ показатель адиабаты. Для воздуха

.

Принимаем температуру воздуха на выходе из компрессорной станции

К.
Определяем давление воздуха на выходе из КС в связи с охлаждением

, Па по формуле (1.17), давление на выходе из компрессорной станции

Па.
Это давление будем учитывать при механическом расчете участка Ж-КС.

1.5 Расчет ответвлений

1.5.1 Расчет простого ответвления
Длина участка И‒1 составляет 198 м и расход потребителя

м³/с. Находим среднее давление на участке И‒1, зная избыточное давление у потребителя, равное

МПа, давление в узле И ‒

Па, по формуле (1.6)

Па.
Определяем количественные потери (утечки) на участке

, м³/с по формуле (1.7)

м³/с.
Определяем количественные потери в местах присоединения потребителя на участке

, м³/с по формуле (1.8)

м³/с.
Фактический расход на участке

, м³/с находится по формуле (1.9)

м³/с.
Задаемся скоростью на участке

м/с. Определяем остальные величины аналогично п. 1.3.

м,

мм,

м,

%.
Погрешность не превышает 2 % ‒ это означает, что на участке сечение трубы обеспечивает необходимые потери давления.

Для всех следующих участков – простых ответвлений расчет проводится аналогично.

Результаты расчета всех участков простых ответвлений представлены в виде таблицы в приложении А.

1.5.2 Расчет сложного ответвления

В сложном ответвлении определяется основная магистраль – трубопровод к самому отдаленному потребителю. Для этой магистрали определяем удельное падение давления в соответствии с которым находим избыточное давление в узлах основной магистрали.

Сложное ответвление Ж-Д-Г-В-Б-А-10.

Определяем давление в узлах ответвления на участках.

Потребитель № 10 – самый отдаленный. Длина основной магистрали в ответвлении

, м определяется суммированием длин участков ее составляющих

Вычисляем удельное падение давления для участков данной магистрали

, Па/м по формуле

(1.18)
Определяем расчетную длину основной магистрали в ответвлении Ж-Д-Г-В-Б-А-10

, м по формуле (1.4)

м.
Вычисляем удельное падение давления для участков магистрали

, Па/м по формуле (1.18)

Па/м.
Определяем расчетную длину участков

, м, составляющих основную магистраль ответвления Ж-10 по формуле (1.4)

м,
Таблица 1 – Расчетные длины участков

	Д-Ж	Г-Д	В-Г	Б-В	А-Б	А-10
, м	134	59,59	60	190	60	124,73
, м	147,4	65,549	66	209	66	137,203

Определяем гидравлические потери давления

. Па на тех же участках по формуле (1.3)

Па,

Таблица 2 – Потери давления на участках главной магистрали ответвления

	Д-Ж	Г-Д	В-Г	Б-В	А-Б	А-10
, Па	32840,856	14604,378	14704,378	46565,392	14704,861	30568,955

Определяем давление в узлах

, Па основной магистрали ответвления Ж-10 из формулы (1.5)

.

Таблица 3 – Давления в узлах сложного ответвления и дальнего потребителя

	Д	Г	В	Б	А	10
, Па	1753989,3	1734096,76	1727809,1	1718675,13	1680576,63	1665068,34
, Па	32840,85	14604,378	14704,378	46565,392	14704,861	30568,955
, Па	1721148,5	1719492,38	1713104,24	1672109,73	1665871,77	1634499,38
	1737568,9	1726794,6	1720456,7	1695392,4	1673224,2	1649783,9

Ориентировочные фактические потери на участках сложного ответвления Ж-10 были определены аналогично нахождению фактических потерь в предыдущей главе при расчете участка Ж-КС

, м³/с.
Таблица 4 – Ориентировочные фактические потери на участках сложного ответвления и его ответвлениях

	А–10	А–9	А-Б	Б–5	Б–В	В–2	В–Г	Г–4	Г–Д	Д–3	Д–Ж
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
, м³/с	0,9	1	1,976	1,8	3,825	2	5,889	0,7	6,631	1,2	7,88
Продолжение таблицы 4
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
, м³/с	0,02469	0,01091	0,01205	0,01687	0,03865	0,00683	0,01239	0,00912	0,01235	0,01717	0,02794
, м³/с	0,021	0,021	–	0,021	–	0,021	–	0,021	–	0,21	–
, м³/с	0,945	1,032	2	1,838	3,864	2,028	5,902	0,73	6,643	1,238	7,908

Вычисляем остальные величины для участков сложного ответвления Ж–10.

Участок Д–Ж.

м/с,

м.
Принимаем стандартный размер трубы на участке [3]. Подбираем внутренний диаметр сечения таким образом, чтобы потери давления не превышали допустимых, а потребитель получил воздух требуемых параметров (

Па)

мм,

м,

%.
Погрешность не превышает 2 % ‒ это означает, что на участке сечение трубы обеспечивает необходимые потери давления.

Для всех последующих участков данного ответвления расчет проводится аналогично.

Результаты расчета всех участков данного сложного ответвления Ж‒Д‒Г‒В‒Б‒А‒10 представлены в виде таблицы в приложении А.

1 2