Материал: Воздухоснабжение промышленного предприятия. учебное пособие. Портнов В.В., Орловцева О.А

6.5. Гидравлический расчет межцеховых тупиковых воздухораспределительных сетей

В результате гидравлического расчета сетей воздухоснабжения определяются качественные и количественные потери при транспортировке сжатого воздуха (СВ) от места выработки до места использования, а так же диаметры трубопроводов на каждом участке сети.

6.5.1. Методика расчета воздухопроводов

Расчет воздухопровода сводится к определению его диаметра и потерь давления.

Расчет сети воздухопроводов производится в следующем порядке.

-составляется в изометрии схема воздухопроводной сети с нанесением длин участков, расходов протекающего воздуха и установленной арматуры;

-задаются падением давления по всей длине трубопровода и распределяют это давление пропорционально длинам участков;

-по формулам или номограмме находятся диаметры труб всех участков воздухопроводной сети и скорости движения сжатого воздуха в них;

-найденные расчетные размеры диаметров округляются до ближайших стандартных;

-определяются эквивалентные и приведенные длины участков;

-находятся действительные потери давления на участках с учетом сопротивления арматуры;

-определяются суммарные потери давления по магистрали (от компрессора до максимально удаленной точки и до других потребителей).

85

6.5.2. Количественные потери

Потери на участках от неплотностей и утечек Qут , м3/с,

определяются как [1]

где l- длина участка, м;

pcp - среднее избыточное давление на участке, Па.

Потери в местах присоединения потребителей Qпр , м3/с,

где pп - избыточное давление в месте подключения по-

требителей, Па.

6.5.3. Качественные потери

Качественные потери связаны с потерями энергии:

-в связи с охлаждением СВ после выхода из компрессорной станции (КС);

-гидравлическими потерями при течении СВ по трубам

ипотерями на преодоление местных сопротивлений;

После воздухоохладителей СВ обычно имеет темпера-

туру на 15-20 превышающую температуру окружающей среды. С достаточной степенью точности потери, связанные с охлаждением воздуха, можно считать происходящими на выходе из компрессорной станции. Снижение давления при ох-

86

лаждении газа рассчитывается по уравнению политропного процесса:

где p, pKC - давление воздуха с учетом охлаждения и на выходе из компрессорной станции, Па;

T , TKC - температуры воздуха в сети и на выходе из

станции, К;

n - показатель политропы (для воздуха принимается равным 1,6).

Температуру воздуха в сети следует принимать равной средней температуре окружающего воздуха за год [9] в случае надземной прокладки трубопроводов либо средней температуре воздуха в канале в случае канальной прокладки [12] .

Для определения гидравлических потерь используем формулу для расчета газопроводов среднего и высокого давления в турбулентной области течения газа [8]:

где p1, p2 - абсолютные давления в начале и в конце участков, Па;

- коэффициент аэродинамического сопротивления; Q0 - расход при нормальных условиях, м3/с;

d - внутренний диаметр трубопровода, м; Lp - расчетная длина участка, м;

87

T, T0 - температура среды и температура при нормаль-

ных условиях, К.

0 - плотность среды при нормальных условиях, кг/м3; p0 -давление при нормальных условиях, Па;

z - коэффициент сжимаемости газов.

Коэффициент аэродинамического сопротивления может быть определен по формуле:

где n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности труб (для бывших в эксплуатации стальных труб – 0,001 м, для полимерных труб – 7∙10-6 м);

Re - критерий Рейнольдса, определяемый как

где - коэффициент кинематической вязкости, м2/с, (для воздуха 1,33*10-5 м2/с);

w - скорость воздуха на участке, м/с.

Для сетей воздухоснабжения с внутренним давлением до 10 атм (1 МПа) формула (23) может быть упрощена на основании следующих данных:

- нормальные условия это T0 273 К и p0 101325 Па; - плотность воздуха при давлении до 1 МПа можно по-

лагать как 0 1.23 кг/м3;

88

- величина гидравлических потерь на преодоление местных сопротивлений в несколько раз меньше чем линейные гидравлические потери, поэтому их учет ведется путем увеличения геометрической длины участка:

kпот - коэффициент потерь на местные сопротивления

(0,05…0,1).

Коэффициент сжимаемости воздуха согласно [13] при давлениях до 25 МПа и в диапазоне температур от 270 до 300

Кс достаточной степенью точности можно считать какz 1.

Сучетом допущений и формул (24), (25) и (26) формула (23) преобразуется к виду:

Для определения гидравлических потерь необходимо предварительно выбрать скорость воздуха и диаметр трубопровода на участке.

Внутренний диаметр воздухопровода dвн , м, рассчиты-

вается по выражению:

где Q0 - расход на участке при нормальных условиях,

м3/с;

p, p0 - абсолютные давления воздуха сжатого воздуха и при нормальных условиях, Па;

T, T0 - абсолютные температуры сжатого воздуха и при нормальных условиях, К.

89