 |
Аэродинамический расчет воздухопровода
|
|
|
|
Аэродинамический расчет отличается от гидравлического только тем, что в аэродинамическом расчете учитывается сжимаемость нагнетаемой среды.
Цель аэродинамического расчета состоит в определении диаметров всасывающего, нагнетательного, подающего и магистрального трубопроводов. Кроме того, на основании этого расчета определяется расчетное давление нагнетания воздуха компрессорами станции.
Сечение любого воздухопровода определяется с помощью уравнения неразрывности (расхода):
,
откуда находится внутренний диаметр D вн , м, трубопровода круглого сечения:
, (13.2)
где Q – объемный расход воздуха в трубопроводе, м3/с; w опт – оптимальная скорость течения воздуха в нем, м/с.
Для всасывающего трубопровода за расчетный объемный расход принимается объемная производительность компрессорной установки Q вк.
Для нагнетательного и магистрального трубопроводов объемный расход необходимо вычислять с учетом сжимаемости газа. Для этого по условиям всасывания определяется массовая производительность компрессора G к, кг/с:
, (13.3)
где плотность воздуха rвк, кг/м3, вычисляется по параметрам на всасывании:
. (13.4)
Здесь параметры с индексом "ноль" относятся к стандартным условиям для воздуха: T 0 = 273 К; P 0 = 0,1013 МПа; r0 = 1,293 кг/м3.
Далее для каждого нагнетательного трубопровода (если их несколько) и для каждого участка сети рассчитываются средние объемные расходы, соответствующие средним параметрам воздуха на этих участках: P ср, T ср, rср.
Так как к началу расчета неизвестно давление нагнетания, которое зависит от сопротивления сети, то аэродинамический расчет ведется методом последовательных приближений. При этом изменением температуры воздуха в трубопроводах пренебрегают, т.е. T ср = T кс = T п, где T кс и T п – температуры воздуха в нагнетательном трубопроводе КС и коллекторе потребителя соответственно.
|
|
|
Давление в коллекторе компрессорной станции P кс в первом приближении определяется как сумма давления у потребителя P п и потерь давления в воздушной магистрали D P с, величина которых не должна превышать 0,05 МПа:
P кс = P п+D P с. (13.5)
В первом приближении гидравлические потери в воздухопроводе оцениваются с помощью усредненных удельных потерь давления и приведенной длины трубопровода. Значения этих потерь выбираются в диапазоне D P уд = 40 – 70 Па/м (чем больше расход, тем меньше значение D P уд).
Приведенная длина трубопровода l пр первоначально оценивается по соотношению: l пр= (1,05 – 1,2) l тр, где l тр – суммарная длина прямых участков трубопровода, м. Числовой коэффициент учитывает влияние местных сопротивлений (чем короче трубопровод, тем коэффициент больше).
Тогда общие потери давления в воздушной сети D P с, Па, составят:
, (13.6)
а среднее давление в сети в первом приближении может быть принято:
. (13.7)
Далее для этого давления вычисляются плотность rср, кг/м3, и объемный расход воздуха в магистрали Q ср, м3/с:
; (13.8)
, (13.9)
где n к – число компрессоров, работающих на данную магистраль.
Задаются значением экономически оптимальной скорости потока w опт=12-15 м/с и определяется расчетный внутренний диаметр трубопровода 
, м:
. (13.10)
По ГОСТу подбирается труба с подходящим диаметром и толщиной стенок. Оцениваются ее абсолютная D (0,8–1,0 мм) и относительная 
шероховатости (м/м).
По уравнению расхода вычисляется фактическая средняя скорость воздуха в трубопроводе w ср, м/с:
. (13.11)
Далее определяются режимы течения и границы применимости формул расчета коэффициентов трения:
; 
; 
,
где mв – коэффициент динамической вязкости воздуха, зависящий от его температуры, Па×с, определяется по справочнику, например [8].
|
|
|
Рассчитываются коэффициенты трения – l. Например, если 
, то по формуле Шифринсона [8]
. (13.12)
Уточняется приведенная длина трубопровода l пр, м, по которому подается воздух от КС до потребителя:
(13.13)
где S l экв – суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений магистрали (отводы, задвижки, тройники и пр.), м, вычисляется по соотношению
. (13.14)
Здесь zм.с – коэффициенты местных сопротивлений, значения которых принимаются по справочникам [1, 3, 4, 9 и др.].
Вычисляется уточненное значение падения давления в магистрали D P с, Па, по формуле Дарси:
. (13.15)
Определяется действительное давление воздуха в начале магистрали, т.е. за компрессорной станцией P кс, МПа:
. (13.16)
Уточняется среднее давление воздуха в магистрали по формуле (13.6) или по соотношению:
. (13.17)
По формуле (13.8) вычисляется новое значение средней плотности воздуха rср, которое сравнивается с ранее полученным значением.
Достоверность расчета оценивается по величине расхождения значений средней плотности. Если оно превышает 2,5 %, то расчет повторяют, начиная с формулы (13.9).
После достижения заданной точности, полученное значение давления P к.с по формуле (13.16) считается фактическим и в дальнейшем (с учетом потерь давления в системе осушки воздуха) используется для определения давления нагнетания компрессора.
|
|
|
