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



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. 

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=1,01·10-6 м2/с – кинематический коэффициент вязкости для воды при температуре 20°С. 









Режим движения жидкости на участках – турбулентный, так как .

Коэффициент λi потерь на трение можно определить по графику зависимости λ от Re для шероховатых труб: 



и .

	

	где  - значение абсолютной шероховатости для бесшовных стальных труб, принимаем .

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:







где коэффициенты  местных сопротивлений:

- всасывающего клапана с сеткой  при 

- коэффициент сопротивления колена  при 









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.





.



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 %.

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:



,





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.