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 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.
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.
|