Курсова робота
з дисципліни «Енергетичний аудит»
на тему: «Визначення енергоефективності гідравлічних і пневматичних систем»
ЗМІСТ
1.Визначення енергоефективності гідравлічних і пневматичних систем
2.Визначення енергоефективності системи стисненого повітря
Список використаної літератури
1 ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ гідравлічних і пневматичних систем
Розрахувати трубопровідну мережу (рис.1) і підібрати насосний агрегат 1 для подачі рідини у виробничих умовах з резервуара 2 в бак 8, розташований на висоті над віссю насоса. Величини абсолютних тисків на вільних поверхнях рідини в резервуарі і баці рівні відповідно
і
На всмоктуючої лінії є приймальний клапан 3 із захисною сіткою, на нагнітальної лінії - дискова засувка 4 і зворотний клапан 7. У системі можлива установка витратомірний шайби (діафрагми) 5 або охолоджувача 6.
Малюнок 1.1 - Схема трубопровідної мережі
Таблиця 1.1 - Вихідні дані
Величини | Варіант | |
Позначення | Розмірності | 7 |
Рідина | __ | Вода |
Температура рідини | ° C | 20 |
Тиск: | МПа | 0,20 |
МПа | 0,0,9 | |
Висоти: | м | 1,2 |
м | 0,8 | |
м | 1,0 | |
Кути | градус | 15; 60 |
Відношення R / d відводів | __ | 6 |
Ступінь h / d відкриття засувки | __ | 0,75 |
Ставлення So / S площ діафрагми | __ | 0,4 |
Коефіцієнт опору охолоджувача | __ | 4 |
Матеріал і стан труб | __ | Мідні |
Призначення трубопроводу | __ | Допоміжні трубопроводи для технічної води |
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОЗРАХУНКУ
Величини витрат Q, м 3 / з, висоти Н Г, м, підйому рідини та довжини L 2, м, нагнітального трубопроводу слід прийняти рівними:
де n - (n = 93);
довжина всмоктувальної ділянки трубопроводу.
де n - число.
Діаметри труб в межах всмоктуючого і нагнітального ділянок вважати постійними, кути відводів прийняти рівним
Орієнтовні значення допустимих швидкостей течії рідини в технічних трубопроводах 0,6 - 0,8 м / с на всмоктуваному ділянці, допустимі швидкості течії рідини в напірних трубопроводів на нагнітальному ділянці 1,0 - 3,0.
Визначаємо діаметр труб для ділянок системи:
Пріймаємо d 1 = 160 мм і d 2 = 80 мм.
Уточнюємо величини істинних швидкостей течії рідини в трубах:
.
Сумарні втрати на всіх ділянках системи визначаємо з урахуванням режиму руху рідини, матеріалів і стану поверхонь труб, характеру місцевих опорів.
Значення чисел Рейнольдса обчислюємо за формулою:
де ν = 1,01 · 10 -6 м 2 / с - кінематичний коефіцієнт в'язкості для води при температурі 20 ° С.
Режим руху рідини на дільницях - турбулентний, так як .
Коефіцієнт λ i втрат на тертя можна визначити за графіком залежності λ від Re для шорстких труб:
і
.
де - Значення абсолютної шорсткості для безшовних сталевих труб, приймаємо
.
При Re 1 = 110 891 - λ 1 = 0, 023.
При Re 2 = 200 990 - λ 2 = 0,0 25.
Втрати напору на окремих ділянках при русі рідини по трубах обчислюємо за формулою:
де g = 9,81 м / с 2 - прискорення вільного падіння тіл.
Вибираємо коефіцієнти місцевих опорів на всмоктуваному ділянці:
де коефіцієнти місцевих опорів:
- Всмоктувального клапана з сіткою при
- Коефіцієнт опору коліна при
На нагнітальному ділянці:
коефіцієнт опору засувки при
коефіцієнт опору діафрагми при
;
коефіцієнт опору охолоджувача;
коефіцієнт опору зворотного клапана (при
);
коефіцієнт опору "вихід з труби ";
коефіцієнт опору коліна за
;
- Коефіцієнт опору відводу.
.
Необхідний напір Н насоса визначаємо за формулою:
де різницю рівнів вільних поверхонь рідини в баку і резервуарі,
щільність води при температурі
.
,
.
.
Для значень подачі 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25 розраховуємо напір насоса.
Таблиця 1.2 - Результати гідравлічного розрахунку системи для різних значень подачі
| | | | | | | | | |
| 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 | 0,02 5 | 0, 43 |
28 | 64,5 |
Малюнок 1.2 - Характеристика насоса
За значеннями Q і H вибираємо відцентровий насос типу К горизонтальний одноступінчатий, консольного типу з робочим колесом одностороннього входу.
Насос 4К -8, з частотою обертання 2900 об / хв.
Потужність на валу насоса 17,5 кВт; на валу електродвигуна - 28 кВт.
Коефіцієнт корисної дії - 65,5%.
Визначаємо втрати:
,
Т - час експлуатації на рік (5000 год);
С - вартість . Приймаються С = 0,5 грн.
Втрати потужності:
,
Необхідна потужність електродвигуна з урахуванням запасу по можливих перевантажень:
,
к = 1,05-1,2 - коефіцієнт запасу. Приймаються до = 1,2.
.
Визначаємо ціну перевитрати електричної енергії на рік одним електродвигуном:
.
Сумарний перевитрата електричної енергії на рік:
,
.
Отримані дані свідчать про невеликі втрати енергії при роботі насоса.
Для підвищення енергоефективності гідравлічної системи необхідно:
- Зменшення опору мережі трубопроводу (місцеві і по довжині трубопроводу) за рахунок збільшення діаметра труб, зменшення кількості відводів, колін;
- Зменшити втрати води при її подачі в оптимальному режимі, а також шляхом заміни фланцевих ущільнень;
- Підвищення ККД насоса до паспортних даних за рахунок точної балансуванню робочих коліс, а також за рахунок заміни старих ущільнень новими.
2 ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМИ СТИСНУТОГО ПОВІТРЯ
Розрахувати наведену на схемі малюнка 2.1 мережу і підібрати компресор на споживання стисненого повітря з робочим тиском у ремонтному цеху хімічного комбінату.
Рисунок 2.1 - Схема компресорної мережі
Довжини ділянок АВ, ВС, СД, CF, BE обчислюємо за формулою:
число з двох останніх цифр номера залікової книжки (
);
варіант завдання;
порядковий номер ділянки.
Таблиця 1. Вихідні дані
Точка приєднання | Споживач | Витрата повітря на одиницю обладнання | Кількість |
D | Молоток пневматичний КЕ-16 | 1,6 | 3 |
Е | Молоток відбійний ЗМЗ - 10 | 2,3 | 1 |
F | Машина шліфовальнаяШР - 2 | 2,8 | 2 |
F | Гайковерт ручний ДП - 14 | 0,5 | 1 |
E | Пістолет - пульверизатор ПУ - 1 | 0,03 | 2 |
D | Ножиці-кусачки ПНК-3 | 1,3 | 1 |
D | Пила ручна РПТ | 1,9 | 1 |
E | Пилосос для виробничого сміття ПП - 3 | 1,3 | 1 |
1 Визначаємо довжину ділянки мережі ABCD:
;
;
;
;
.
2 Знаходимо розрахункову витрату повітря на ділянках:
,
де число споживачів з питомою витратою повітря
на ділянці і-й дільниці трубопроводу (і = 3 ... 5).
;
3 Визначаємо розр етний витрата компресора підсумовуванням витрат по ділянках
.
4 Обчислюємо величину потрібного повітря з урахуванням умов одночасності роботи кожного виду устаткування і втрат стиснутого повітря від витоків.
Потрібних витрата по ділянках
коефіцієнт одночасності роботи;
при z <10,
при z = 11 ... 20,
при z> 20.
коефіцієнт витоків;
Загальний витрата
Потрібних витрата компресора - це витрата повітря на ділянці АВ магістралі.
5 Розрахунок орієнтовних діаметрів трубопроводів на кожній з ділянок мережі:
Ділянка | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| |||||
Обчислень | 0,048 | 0,043 | 0,033 | 0,028 | 0,023 |
Прийнятий | 0,050 | 0,050 | 0,040 | 0,04 | 0,025 |
6 Втрати тиску в мережі від тертя в мережі і на місцевих опорах зазвичай не перевищує 6-8% від середнього тиску у трубопроводі.
Наведені довжини учкстков мережі:
де еквівалентна довжина, відповідна наявності на ділянці довжиною
кількістю m певного виду місцевих опорів з питомою характеристикою
.
.
.
Приведена довжина магістралі:
,
Втрати тиску по магістралі:
,
,
,
,
.
Потрібне тиск Р, що розвивається компресором, має бути не менш
За основними параметрами Q і P підбираємо тип і марку необхідного компресора.
Таблиця 2.6 - Технічні характеристики компресора
Тип компресора | ВП3-20 / 9 | |
Продуктивність, | 20 | |
Кінцевий тиск, МПа | 0,87 | |
Маса, кг | 4800 | |
Габарити, мм | 2370х1670х2230 | |
Двигун | Потужність, кВт | 132 |
Тип | ДСК-12-24-12 | |
Частота обертання, | 500 | |
Ємність повітрозбірника V:
,
де продуктивність компресора,
.
Визначаємо втрати:
,
продуктивність компресора і розрахункова продуктивність
;
кінцевий тиск і розрахункове тиск компресора, МПа;
Т - час експлуатації на рік (5000 год);
С - вартість . Приймаються С = 0,5 грн.
Визначаємо ціну перевитрати електричної енергії на рік:
.
Отримані дані свідчать про досить великі втрати енергії при роботі компресора.
Для підвищення енергоефективності гідравлічної системи необхідно:
- Збільшення діаметра нагнітають повітроводів, дає економію 6%;
- Зменшення кількості відводів, колін;
- Можна ефективно використовувати тепло від компресорної системи стисненого повітря для опалення виробничих приміщень, а також для підігріву води на технологічні потреби. Це підвищує енергетичний ККД компресора на 4-5%.;
- Тому що навантаження компресора не постійна за часом, то його продуктивність повинна контролюватися;
- Чи є доцільним встановити ресівер
СПИСОК використання літератури
Методичні вказівки до практичних занять з проведення гідравлічних розрахунків трубопровідних мереж, вибору насосних, вентиляційних і компресорних установок промислових підприємств з курсу «Гідравліка та гідравлічні машини». Волков Н. І., 1989.
Каталог довідник насоси. Соколова Т.Ф., Тихонов А.Я., 1953.