Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Энергетический аудит»
на тему: «Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем»
СОДЕРЖАНИЕ
1.Определение энергоэффективности 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
1 Величины расходов Q, м3/з, высоты НГ, м, подъема жидкости и длины L2, м, нагнетательного трубопровода следует принять равными:
где n - (n=93);
длина всасывающего участка трубопровода.
где n - число.
Диаметры труб в пределах всасывающего и 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.
2 Определяем диаметр труб для участков системы:
Приймаємо d1=160 мм и d2=80 мм.
3 Уточняем величины истинных скоростей течения жидкости в трубах:
.
4 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 н=1,01·10-6 м2/с - кинематический коэффициент вязкости для воды при температуре 20°С.
Режим движения жидкости на участках - турбулентный, так как .
Коэффициент лi потерь на трение можно определить по графику зависимости л от Re для шероховатых труб:
и .
где - значение абсолютной шероховатости для бесшовных стальных труб, принимаем .
При Re1=110891 - л1=0,023.
При Re2=200990 - л2=0,025.
5 Потери напора на отдельных участках при движении жидкости по трубам вычисляем по формуле:
где g=9,81 м/с2 - ускорение свободного падения тел.
6 Выбираем коэффициенты местных сопротивлений на всасываемом участке:
где коэффициенты местных сопротивлений:
- всасывающего клапана с сеткой при
- коэффициент сопротивления колена при
7 На нагнетательном участке:
коэффициент сопротивления задвижки при
коэффициент сопротивления диафрагмы при ;
коэффициент сопротивления охладителя;
коэффициент сопротивления обратного клапана (при );
коэффициент сопротивления "выход из трубы";
коэффициент сопротивления колена при ;
- коэффициент сопротивления отвода.
.
8 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 - Результаты гидравлического расчета системы для разных значений подачи
|
| | | | | | | | | | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 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 | 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 %.
9 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;
порядковый номер участка.
Таблица 1. Исходные данные
|
Точка присоединения | Потребитель | Расход воздуха на единицу оборудования | Количество | |
D | Молоток пневматический КЕ-16 | 1,6 | 3 | |
Е | Молоток отбойный ОМП - 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-кусачки ПНК-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 с удельным расходом воздуха на участке і-м участке трубопровода (і=3…5).
;
3 Определяем расчетный расход компрессора суммированием расходов по участкам
.
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<10, 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:
,
7 Потери давления по магистрали:
,
,
,
,
.
Потребное давление Р, развиваемое компрессором, должно быть не менее
8 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 | |
|
4 Емкость воздухосборника V:
,
где производительность компрессора, .
5 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
1 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.
2 Каталог справочник насосы. Соколова Т.Ф., Тихонов А.Я., 1953.