Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем
Рисунок 2.1 — Схема компрессорной сети В соответствии со схемой в сети имеются семь колен (поворотов потока), два тройника и пять вентилей. Количество потребителей сжатого воздуха, места их присоединения, а также расход воздуха на единицу оборудования приведены в табл.2.1. Вероятно, в отдельных случаях есть смысл изучить возможность замены пневмоинструмента, например, инструментом… Читать ещё >
Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ СУМСЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра прикладной гидроаэромеханики КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Энергетический аудит»
на тему: «Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем»
Вариант 7
Сумы — 2009
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 | ||
Жидкость | __ | Вода | |
Температура жидкости | °C | ||
Давление: в баке в резервуаре | МПа | 0,07 | |
МПа | 0,14 | ||
Высоты: | м | 0,7 | |
м | 1,1 | ||
м | 0,6 | ||
Углы б, в колен | градус | 50;35 | |
Отношение R/d отводов | __ | ||
Степень h/d открытия задвижки | __ | 0,4 | |
Отношение So/S площадей диафрагмы | __ | 0,3 | |
Коэффициент сопротивления охладителя | __ | ___ | |
Материал и состояние труб | __ | Стальные бесшовные | |
Назначение трубопровода | __ | Для жидких химических продуктов | |
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 — число из двух последних цифр номера зачетной книжки (n=53);
длина всасывающего участка трубопровода.
где n — число из двух последних цифр номера зачетной книжки.
Диаметры труб в пределах всасывающего и нагнетательного участков считать постоянными, углы отводов принять равным
Ориентировочные значения допустимых скоростей течения жидкости в трубопроводе для жидких химических продуктов 3,0−5,0.
2 Определяем диаметр труб для участков системы:
Принимаем d1=65 мм и d2=50 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=0,7· 10-6 м2/с — кинематический коэффициент вязкости для воды при температуре 40 °C.
Режим движения жидкости на участке — переходной, поскольку .
Режим движения жидкости на участке — 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=2832 — л1=0,029.
При Re2=369 286 — л2=0,0283.
Потери напора на отдельных участках при движении жидкости по трубам вычисляем по формуле:
где g=9,81 м/с2 — ускорение свободного падения тел.
5 Выбираем коэффициенты местных сопротивлений на всасываемом участке:
где коэффициенты местных сопротивлений:
— всасывающего клапана с сеткой при
— коэффициент сопротивления колена при
6 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.
.
7 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
15,96 | ||||||||||
9,125 | 0,0076 | 1,3 | 0,036 | 0,0285 | 0,3 | 4,66 | 20,6 | |||
18,25 | 0,0153 | 2,6 | 0,032 | 0,0285 | 0,13 | 18,64 | 34,6 | |||
27,38 | 0,0229 | 3,88 | 0,0295 | 0,0285 | 0,0003 | 41,52 | 57,48 | |||
36,5 | 0,0305 | 5,17 | 0,0285 | 0,0285 | 0,0005 | 73,65 | 89,6 | |||
45,63 | 0,0381 | 6,46 | 0,0285 | 0,0285 | 0,0008 | 115,1 | 131,06 | |||
где nчисло из двух последних цифр номера зачетной книжки студента (n=53);
Vвариант задания (V=7)
Рисунок 1.2 — Характеристика сети и насоса
8 По каталогам выбираем насос для значений Q=36,5 м3/ч и H=89,6 м. Наиболее подходящим является насос центробежный многоступенчатый секционного типа ЦНСг. Насос 1ЦНСг40−88 .
Таблица 1.3 — Технические данные 1ЦНСг40−88 .
Допустимые перекачиваемые жидкости | предназначен для перекачивания воды, имеющей водородный показатель рН 7…8,5 с температурой не более 378 К (105°С), с массовой долей механических примесей не более 0,1% | |
Подача, [м3/ч] | ||
Напор, [м] | ||
Частота вращения, [об /мин] | ||
Максимальная потребляемая мощность, [кВт] | ||
Масса насоса, [кг] | ||
Таблица 1.4 — Данные электродвигателя насоса 1ЦНСг40−88
Частота сети, [Гц] | ||
Номинальное напряжение, [В] | 3 ~ 400 | |
Потребляемая мощность, [кВт] | 5,5 | |
11 На рис. 1.2 точка 1 — рабочая точка сети трубопровода, её расход соответствует точке 2 на напорной характеристике насоса.
При заданном значении подачи Q=36,5 м3/ч выбранный насос обеспечивает напор H=98 м
12 Из рис. 1.2 видно, что при рабочих параметрах сети выбранный насос имеет следующие технические данные:
— подача — Q=36,5 м3/ч
— напор — H=98 м
— КПД ;
— мощность ;
13. Определим требуемую мощность электродвигателя с учётом запаса по возможным перегрузкам по формуле:
где — коэффициент запаса электродвигателя.
что не превышает мощности двигателя, которым комплектуется выбранный насос.
14. Потери мощности при использовании данного насоса:
15 Потери мощности, выраженные в денежном эквиваленте:
где Т=7000ч — время эксплуатации в год;
с=0,75грн. — стоимость энергии.
Полученные данные свидетельствуют о потерях энергии при работе насоса.
16. Среди методов повышения эффективности гидравлической системы можно предлагать:
— усовершенствовать способ регулирования работы насоса с помощью
изменения частоты вращения насоса или периодическими отключениями;
— уменьшить сопротивления сети трубопровода (местные и по длине трубопровода) за счёт увеличения диаметра труб, уменьшения количества отводов, колен;
— повысить КПД насоса за счёт точной балансировки рабочих колёс и замены уплотнений;
— оптимизировать нагрузку насоса.
трубопроводный сеть компрессор
2. Определение энергоэффективности системы сжатого воздуха
2.1 Задание и исходные данные Рассчитать приведенную на схеме (рис. 2.1) сеть и подобрать компрессор на потребление сжатого воздуха с рабочим давлением Р0=0,5МПа в ремонтном цехе промышленного предприятия.
Длины, м участков AB, BC, CD, CF, BE вычислять как:
,
где n — число из двух последних цифр номера зачётной книжки (n=53);
V — вариант задания (V=7);
i=1,…, 5 — порядковый номер участка.
В соответствии со схемой в сети имеются семь колен (поворотов потока), два тройника и пять вентилей. Количество потребителей сжатого воздуха, места их присоединения, а также расход воздуха на единицу оборудования приведены в табл. 2.1.
Рисунок 2.1 — Схема компрессорной сети В соответствии со схемой в сети имеются семь колен (поворотов потока), два тройника и пять вентилей. Количество потребителей сжатого воздуха, места их присоединения, а также расход воздуха на единицу оборудования приведены в табл.2.1.
Таблица 2.1- Количество и характеристика потребителей сжатого воздуха
Точка присоединения | Потребитель | Расход воздуха на единицу оборудования, 102 Qуд, м3/с | Количество | |
D | Молоток пневматический КЕ-16 | 1,6 | ||
E | Подъемник пневматический | 4,5 | ||
Пистолет-пульверизатор ПУ-1 | 0,03 | |||
Пылесос для производственного мусора ПП-3 | 1,3 | |||
F | Молоток для зачистки сварочных швов МЗС | 0,6 | ||
Машина шлифовальная ШР-2 | 2,8 | |||
Гайковерт ручной ГП-14 | 0,5 | |||
Лом пневматический ПЛ-1М | 2,0 | |||
2.2 Расчёт компрессорной сети, выбор компрессора
i — порядковый номер участка (i=1,…, 5)
Вычисленные длинны участков сети приведены в табл.2.2.
Таблица 2.2 — Длинны участков сети
Участок | AB (1) | BC (2) | CD (3) | CF (4) | BE (5) | |
Длинна L, м | 495,6 | 991,2 | 1486,8 | 1982,4 | ||
1 В качестве магистрали выберем участок ABCD и определим его длину:
(м).
2 Определим расчетный расход воздуха на участках, где присоединены потребители:
где — число потребителей на i-м участке трубопровода (i=3,…, 5);
— удельный расход воздуха.
.
.
3 Определим расчетный расход компрессора Q(р), суммируя расходы по участкам:
.
4 Определим потребный расход на участках:
гдекоэффициент одновременности работы (учитывает уменьшение расхода воздуха при периодической остановки отдельных видов оборудования). В зависимости от числа потребителей z ориентировочно можно принять при z<10 ;
— коэффициент утечки ().
.
Определим потребный расход компрессора как сумму потребных расход на участках:
.
По условию донного задания потребный расход компрессора Q будет расходом на участке АВ магистрали.
5 Определим ориентировочно диаметры di на каждом из участков трубопровода:
.
Значения диаметров трубопроводов на каждом из участков сети (округляем до ближайших стандартных значений) приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3 -Диаметры трубопроводов на участках сети.
Номер участка, i | ||||||
d, мм | ||||||
6 Определим приведенные длинны участков сети:
гдедлинна i-го участка;
— эквивалентная длинна i-го участка, которая определяется по формуле:
где mколичество местных сопротивлений определенного вида;
— удельная характеристика местных сопротивлений определенного вида (табл.Б, 5 [1]).
Определим
тогда
.
Определим приведенную длину магистрали:
.
7 Определим действительные потери давления с помощью номограммы (рис.П.4.3 [1]), зная ее ключ, также величины для каждого из характерных участков сети. Действительные потери давления для каждого участка сети представлены в табл. 2.4.
Таблица 2.4- Действительные потери давления на участках сети
Номер участка, i | ||||||
Потери давленияат | 0,17 | 0,2 | 0,27 | 0,09 | 0,1 | |
Тогда определим потери давления по магистрали:
Потребное давление Р, развиваемое компрессором, должно быть не менее
.
8 По основным параметрам Q=9,7 и P =0,96 МПа выбираем в каталоге компрессоров[4] тип и марку требуемого компрессора. Технические характеристики выбранного компрессора приведены в табл.2.5.
Таблица 2.5- Технические характеристики компрессора
Тип компрессора | ВКУ 75 -10 | |
Производительность, м3/мин | 10,8 | |
Конечное давление, МПа | 1,0 | |
Масса, кг | ||
Габариты, мм | 1900×1250×1700 | |
Мощность двигателя, кВт | ||
9 Определим ориентировочно емкость W воздухосборника
гдепроизводительность компрессора;
м3
10 Определим потери
где Qk Qр — производительность компрессора и расчетная производительность соответственно;
Pk Pр — конечное давление компрессора и расчетное соответственно;
зk — коэффициент полезного действия компрессора;
Трасчетное время работы компрессора ;
С-стоимость 1кВт электроэнергии (С=0,75 грн.).
11 Полученные данные свидетельствуют о довольно больших потерях энергии при работе компрессора. Для уменьшения потерь можно предложить следующие мероприятия по энергосбережению в системе сжатого воздуха:
11.1 Увеличение диаметра нагнетающих воздуховодов на отдельных участках даёт экономию до 6%.
11.2 Уменьшение количества отводов приведёт к уменьшению местных сопротивлений в сети, что сократит потери давления, а соответственно уменьшит потребление электроэнергии.
11.3 Так как нагрузка компрессора не постоянна по времени, то его продуктивность должна контролироваться и управляться.
11.4 Снижение нагрузки путём отключения пневмоинструмента, который не используется.
11.5 Регулярная очистка всасывающего фильтра на входе в компресор.
11.6 Усовершенствование системы управления работой сети компрессора для достижения оптимальной приоритетности процессов включения и выключения.
11.7 Вероятно, в отдельных случаях есть смысл изучить возможность замены пневмоинструмента, например, инструментом с электроприводом. Его эксплуатация на 90% дешевле. Заменим пневматические подъёмники электрическими, что обеспечит экономию в 3−4 раза.
11.8 Можно эффективно использовать тепло от компрессоров системы сжатого воздуха для отопления производственных помещений, а также для подогрева воды на технологические нужды. Это увеличит энергетический КПД компрессора на 4−5%.
11.9 Воздух для сжатия необходимо брать из сухого, чистого, прохладного места.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Методические указания и задания к курсовой работе по дисциплине «Гидравлика и гидропневмосистемы» /Составитель Н. И. Волков. — Сумы: Изд-во СумГУ, 2003. — 41с.
2. Методичні вказівки до виконання кваліфікаційної випускної роботи бакалавра /Укл.: А.О. Євтушенко, С.В. Сапожніков. — Суми: Вид-во СумДУ, 2004. — 22 с.
3. Каталог насосов http://www.espa.com.ru/catalog/pumps.php?id=726
4. Каталог компрессоров http://www.akroprom.ru/vku.php