Расчет воздухопроводных сетей

При движении сжатого воздуха по трубам имеют место потери количественные — истока воздуха через разные неплотности в трубах; качественному — утечки давления воздуха, вызванные гидравлическими сопротивлениями в трубах, их фасонных частях и арматуре; тепловые — связанные с охлаждением сжатого воздуха в трубах окружающей воздушной средой. Количественные и тепловые потери увеличивают качественные потери.

Количественные потери — утечки сжатого воздуха из воздухопроводной сети есть важным показателем экономичности эксплуатации ее. Они имеют место через разные неплотности в воздухопроводе: в местах фланцевых соединений труб; в отверстиях, которые образовались в результате коррозии труб; в незаглушенных ли плохо заглушенных патрубках на магистральном трубопроводе, которые раньше были необходимые для присоединения временных трубопроводов; из трещин, которые образовались в процессе эксплуатации, в шлангах; в местах соединения распределительных шлангов с магистральным трубопроводом и с шлангами потребителей и т.д.

Истоку сжатого воздуха зависят от длины воздухопровода, конструкции и материала прокладок в фланцевых соединениях, суммарной площади указанных прежде разных отверстий в трубах и шлангах, давления воздуха в воздухопроводе и т.д.

Следует заметить, что: 1) увеличение давления сжатого воздуха приводит к росту утечек через неплотности в воздухопроводе, включая и фланцевые соединения с плоскими прокладками, и наоборот — снижает утечки через фланцевые соединения с прокладками, которые самоуплотняются; 2) удельный вес утечек через соединение с прокладками, которые самоуплотняются, маленький в сравнении с истоками через другие неплотности в воздухопроводе.

Объем утечек сжатого воздуха с воздухопровода [м³ /(мин · км)], как показывают исследование, подчиняется зависимости

(158)

где — средний избыточное давление в воздухопроводе, равное полусумме давления в начале и конце воздухопровода, МПа.

В среднем при проектировании можно принимать при плоских прокладках в фланцевых соединениях коэффициент зависимости а = 0,75...0,9, а показатель зависимости Ь = 1.15... 1,07; при прокладках, которые самоуплотняются, а = 0,63…0,75;Ь = 1,1...1,02. Для уже существующих воздухопроводов значение а и Ь определяются на основании выражения (158) по двух измерениям , и при разных значениях и

(159)

(160)

Уравнение (158) есть характеристикой воздухопровода по истокам сжатого воздуха.:

Герметичность воздухопровода характеризует коэффициент относительных истоков — отношение истоков V_УТ из всего воздухопровода шахты к производительности компрессорной станции V_К.С:

(161)

Исследования показывают, что K_y = 0,41...0,50. При проектировании шахтных воздухопроводов следует принимать Vут = 4...5 м³ /(мин·км) ли дифференцированно: 3м³ /мин на 1 км магистрального воздухопровода и 0,4 м³ мин в местах присоединения каждого потребителя к воздухопроводу.

Общие утечки по всей длине воздухопровода не должны превышать 20 % производительности компрессорной станции.

При эксплуатации воздухопроводов фактические истоки часто превышают указанные нормативные величины их.

Необходимо постоянно контролировать утечки и принимать меры по их снижению: заменять шланги, которые пришли в непригодность трубы и, обеспечивать герметичность соединения труб, отстранять отверстия в трубах, использовать антикоррозийные покрытия труб и применять трубы с стойких к коррозии материалов.

Существует несколько способов определения утечек сжатого воздуха: с помощью воздухомеров и дифманометров, по интенсивности (скорости) падение давления в воздухопроводе при отключенных потребителях.

Качественные потери — потери давления сжатого воздуха в трубах есть вторым показателем экономичности эксплуатации воздухопровода. Большие потери давления в воздухопроводе приводят к недопустимому снижению давления у потребителей, который ухудшает показатели их работы. Для обеспечения необходимого давления у потребителей при больших потерях необходимо повышать давление у компрессоров, что неэкономично и опасно.

На ряде шахт потери давления от компрессоров к потребителям составляют 0,25...0,32 МПа, то есть рекомендуются выше нормами проектирования 0,2 МПа. Это объясняется, главным образом, несоответствием диаметра прежде проложенного воздухопровода новым условиям, которые возникли в результате увеличения производительности компрессорных станций. На угольных шахтах средневзвешенный диаметр воздухопровода за последние годы увеличился в 1,2...1,4 раза, а производительность компрессорных станций выросшая в 2...2,5 раза.

Для уменьшения потерь давления рядом с заменой несоответствующих по диаметру труб желатель: применять трубы с покрытием их внутренней поверхности материалами, которые уменьшают гидравлические сопротивления; прокладывать трубы по наиболее короткому пути; избегать лишних фасонных частей

и арматуры; не допускать провисания труб; в местах переходов от одного диаметра труб к другому применять конусные: переходы.

Тепловые потери при транспортировании сжатого воздуха имеют место в связи с тем, что температура воздуха при выходе из компрессоров значительно выше температуры окружающей среды. Снижение температуры воздух приводит также и к снижению его давления.,

Чем меньше диаметр труб и ниже скорость движения воздух в трубах, тем інтенсивніше снижается температура сжатого воздуха. Исследования показывают, что снижение температуры сжатого воздуха в трубах к температуре атмосферного воздуха происходит на расстоянии 860 ... 1 200 г от компрессоров.

Тепло сжатого воздуха целесообразно использовать, применяя утилизационную установку для кондиционирования.

Характеристика воздухопроводной сети представляет собой зависимость. между затратой сжатого воздуха в трубопроводе и давлением в нем.

Рис. 122. Характеристика воздухопровода.

В отличие от трубопроводов шахтного вентилятора и насоса до одного конца воздухопровода присоединенные компрессоры производительностью V_К.С , к другому — потребители что используют V_П.С воздуха. Для воздухопровода характерные истоки сжатого воздуха V_УТ == V_К.С — V_П.С и разветвленная конфигурация. Кроме того, в воздухопроводе имеют место гидравлические сопротивления.

Итак, характеристика воздухопроводной сети- состоит из трех компонентов (рис. 122): а) характеристики воздухопровода к истокам сжатого- воздух 1; б) расходной характеристики потребителей 2 — зависимости затраты воздух потребителями от давления; в) характеристики 3 воздухопровода же» гидравлическим сопротивлениям . Характеристика воздухопровода в осях р — V строится в такой способ: а) добавлением абсцисс кривых 1 и 2 находится кривая 4 — характеристика трубопровода без учета гидравлических сопротивлений в нем; б) добавлением ординат кривых 4 и 3 выходит характеристика воздухопровода 5.

С помощью характеристик воздухопровода и характеристик компрессоров решаются задачи при проектировании и эксплуатации пневматических установок.

Экономичность эксплуатации воздухопроводной сети оценивается через ее к.п.д., под которым понимается отношение энергии воздушного потока при поступлении в потребителей к энергии его на выходе из компрессора.

В предположении изотермического процесса в воздухопроводе к.п. д. неразветвленного воздухопровода, один кінець которого присоединенный к компрессорам, а другой — к потребителям:

(162)

где р₂ и р₁ — давление воздуха в компрессоре соответственно конечное и начальное; — потери давления в воздухопроводе.

Для разветвленного воздухопровода

(163)

где V_П.С — затрата воздуха потребителями на конце каждого участка; — потери давления на участке воздухопровода компрессора — потребители.

Относительно угольных шахт а средневзвешенное значение его

Целью расчета воздухопроводной сети есть определение потерь давления и диаметров труб на все участках ее.

Потери давления (Па) по длине на участке воздухопровода

(164)

где — коэффициент гидравлического трения (при расчетах шахтных воздухопроводов принимают ); l — расчетная длина участка воздухопровода (м), равная сумме фактической и эквивалентной длин, эквивалентная длина учитывает сопротивления в арматуре и фасонных частях воздухопровода и принимается равной 10 % фактической длины; v — скорость движения воздух, м/с; — средняя плотность сжатого воздуха, кг/м³; d — внутренний диаметр трубы, м.

Скорость движения воздух (м/с)

(165)

где — плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³; V — объемная затрата воздуха при нормальных условиях, м³/мин.

Можно считать, что средняя плотность сжатого воздуха на всех участках воздухопровода одинаковая и равняется

(166)

где р_К.С и р_П — абсолютные давления соответственно у компрессорной станции и у потребителей, Па; Тср — средняя температура воздуха в сети, К; можно считать, что температура воздуха по всей сети одинаковая и равняется температуре окружающего воздуха в изготовлениях; в расчетах принимают Тср = 293 К (20 °С);

R = 287 Дж/(кг·К) — газового постоянная воздух. На основании (164) и (165)

,

откуда

(167)

Имея полученный по формуле (167) диаметр, принимают стандартную трубу большего диаметра.

Для упрощения расчетов воздухопроводов используют номограммы.