Определение энергоэффективности гидравлических и пневматических систем

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

Порядок проведения расчета

1 Величины расходов Q, м³/з, высоты Н_Г, 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 л_i 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

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 .

Таблица 1.4 — Данные электродвигателя насоса 1ЦНСг40−88

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

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

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 d_i 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.

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

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

9 Определим ориентировочно емкость W воздухосборника

гдепроизводительность компрессора;

м³

10 Определим потери

где Q_k Q_р — производительность компрессора и расчетная производительность соответственно;

P_k P_р — конечное давление компрессора и расчетное соответственно;

з_k — 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