Расчета производительности компрессорной станции

 

 Здравствуйте уважаемые посетители сайта:"Помощь электрикам". Приведем пример Расчета производительсноти компрессорной станции.

Курсовой проект включает в себя два раздела: горно-технологический и расчётный раздел.

Целью данного проекта в горно-технологическом разделе является рассмотрение и описание принципа действия работы компрессионной станции с расчетом ее производительности, а в расчетном разделе поставлена цель выбора электродвигателя для компрессионной станции с проверкой синхронного двигателя на нагрев с составлением расчета и построением нагрузочной диаграммы и тахограммы.

 

 1.Механический  раздел

Описание выбранного оборудования

Компрессорная станция — стационарная или подвижная (другое наименование — передвижная или самоходная) установка, предназначенная для получения сжатых газов. Получаемый сжатый газ или воздух может использоваться как энергоноситель (для пневматического инструмента), сырье (получение отдельных газов из воздуха), криоагент (азот).Основными потребителями сжатого воздуха рудничных пневматических установок являются пневмоприводы горных машин и механизмов- комбайнов, выемочных комплексов, породопогрузочных машин, пневмомолотков и бурильных машин, конвейеров, участковых вентиляторов и насосов, пневматических цилиндров различного рода толкателей и поддержек, проходческих машин и агрегатов. Компрессорами называются нагнетатели, служащие для подачи сжатого воздуха или газа под избыточным давлением более 0,2—0,3 МПа. Повышенная степень сжатия в компрессорах обусловливает изменение термодинамических условий состояния воздуха или газов. По конструктивным особенностям и принципу действия компрессоры, применяемые в пищевой промышленности, подразделяются на поршневые и центробежные. Области применения поршневых и центробежных компрессоров различны и соответствуют особенностям этих машин. Так, поршневые компрессоры, воздействующие с помощью поршня на определенный замкнутый, объем воздуха в цилиндре в период нагнетания, могут создавать значительную степень сжатия при относительно ограниченной подаче воздуха или газа. Поршневые компрессоры обладают высоким коэффициентом полезного действия и применение их наиболее целесообразно при давлениях более 1 МПа и при малых подачах (не более 100—150 м3/мин).Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры) конструктивно и по принципу действия сходны с многоступенчатыми центробежными насосами. Отличие заключается в том, что рабочим телом является сжимаемый газ и поэтому имеют место тепловые процессы. Использование центробежных компрессоров наиболее целесообразно при подаче больших количеств воздуха (не менее 50 м3/мПа) при сравнительно невысоком давлении (0,7–0,8 МПа). Поршневой компрессор— тип компрессора, энергетическая машина для сжатия и подачи воздуха или жидкостей (масла, хладагента и др.) под давлением. Компрессоры данного типа широко применяются в машиностроении, текстильном производстве, в химической, холодильной промышленности и криогенной технике. Многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам.

 

2.Кинематическая схема электропривода

Исходными данными для выбора компрессоров являются расчетные производительность и давление компрессорной станции. В общем случае наиболее экономичным и рациональным в отношении технического оборудования считается такой вариант выбора компрессоров, когда они однотипны, а их число на компрессорной станции минимально.

Выбор типа компрессора для стационарных компрессорных станций производится на основе технико-экономического сравнения вариантов. Специальными исследованиями установлено, что при расчетной производительности компрессорной станции менее 200 м³/мин наиболее целесообразно применять однотипные поршневые компрессоры горизонтального или прямоугольного типа с номинальной подачей от 10 до 50 м³/мин. При расчетной производительности 200-500 м³/мин следует применять горизонтальные поршневые компрессоры со сжатым воздухом марки 4М10-100/8 с номинальной подачей 100 м³/мин. При производительности 500-1000 м³/мин целесообразны центробежные компрессоры ЦК-115/9 и К-250-61-2 с подачей соответственно 115 и 250 м³/мин. При производительности станции более 1000 м³/мин следует ориентироваться на центробежные компрессоры К-500-61-1 с номинальной подачей 500 м³/мин.

Для обеспечения надежной работы компрессорной станции предусматриваются резервные компрессорные агрегаты, количество которых зависит от типа выбранных компрессоров.  Если в качестве рабочих приняты поршневые, то при их количестве от 1 до 3 в резерве достаточно иметь один компрессорный агрегат, однотипный с рабочими. При количестве рабочих поршневых компрессоров 4-6 и выше устанавливают два резервных агрегата.

Выбор компрессоров производится по расчетной производительности компрессорной станции Q_кс=367,8 м³/мин и расчетному давлению р=6,073 бар.

Выбираем 4 поршневых рабочих компрессора с водяным охлаждением марки 4ВМ10-110/9 и два резервных той же марки, с техническими характеристиками: производительность Q_к=110 м³/мин; избыточное давление р=9 бар; мощность электропривода -630 кВт. Поршневые компрессоры относятся к разряду компрессоров объемного действия, в которых процесс сжатия и перемещения газа происходят в замкнутом пространстве за счет изменения его объема.

Крейцкопфных машинах (рис. 2) поршень приводится в движение от коленчатого вала через кривошипно-шатунный механизм, крейцкопф (ползун) и шток. При этом нормальная составляющая от усилия шатуна воспринимается крейцкопфом, что уменьшает силу трения на боковой поверхности поршня и позволяет сократить его длину и уменьшить износ. Это, как правило, компрессоры непрямоточные, двойного действия, с вертикальным, прямоугольным и горизонтальным расположением цилиндров. Компрессор представляет собой четырехрядную поршневую машину двухступенчатого сжатия с четырьмя цилиндрами двойного действия.

 

Рисунок 1 - Общий вид компрессора 4ВМ10-110/9:

1-компрессор; 2,3- опора в сборе; 4- влагомаслоотделитель; 5- электродвигатель; 6- труба соединительная; 7- клапан предохранительный; 8- холодильник промежуточный; 9,10- агрегат смазки; 11- холодильник

Рисунок 2 - Кинематические схемы поршневых компрессоров

а – воздушный бескрейцкопфный компрессор с V-образным расположением цилиндров (ВУ); б – воздушный крейцкопфный с прямоугольным расположением цилиндров (ВП); в – воздушный крейцкопфный с горизонтальным оппозитным расположением цилиндров (ВМ).

Смазка механизма движения цилиндров и сальников компрессора осуществляется от двух автономных агрегатов смазки. Охлаждение компрессора водяное с открытым сливом. Компрессор оборудован системой автоматизации и системой ступенчатого регулирования производительности с интервалами в 100%, 75%, 50%, 25% и 0%. Регулирование осуществляется путем перепуска воздуха из рабочей полости цилиндров во всасывающую полость и путем присоединения дополнительного вредного объема. Система автоматизации включает в себя комплекс устройств для пуска компрессора, блокировки и сигнализации.

 

3. 3. Расчет производительности оборудования

Общее количество потребителей сжатого воздуха:

n_c=∑n_i=n₁+n₂+…+n_m,                                                         (1)

где n_i- количество одноименных потребителей указанного типа;

n_c =2+4+34+5+8+4+8+2+1=68

Средневзвешенный коэффициент включения потребителей:

K_в=                                                (2)

К_в =  =0,806

 

где - номинальный расход сжатого воздуха одним потребителем указанного типа, м³/мин; - коэффициент загрузки; -коэффициент, учитывающий увеличение расхода воздуха из-за износа машин и механизмов; - коэффициент включения машин и механизмов; m- количество групп однотипных потребителей.

=2·48·1·1,10·1+4·22·0,25·1,1·0,4+34·1,4·1·1,15·

·0,4+5·3,5·1·1,15·0,65+8·5·0,7·1·1+4·2,5·0,8·1,05·1+8·3,3·0,8·1,05· ·0,65+2·27·1·1,10·1+1·5·0,25·1,10·0,4=260,4 м³/мин;

=323,07 м³/мин;

Коэффициент одновременности работы потребителей К₀ определяется графически по заданным n_c и к_в. Принимаем К₀=0,9.                  

Расчетный суммарный расход воздуха потребителями:

Q_п= µ К₀(3)

Q_п = 1,1·0,9·323,07= 319,8 м³/мин;

где µ=1,05-1,15- коэффициент запаса на неучтенные потребители сжатого воздуха в шахте и на поверхности.

Суммарная протяженность трубопроводов пневматической сети:

L₁₂+L₂₃+…= 520 + 160 + 420 + 180 + 240 + 640 + 580 + 340 + 460 + +420 + 440 + 320 + 400 + 420 + 510 + 440 + 460 = 6950 м.

Величина утечек из-за не герметичности системы и трубопроводов пневматической сети:

Q_ус= а(4)

0,003·6950 = 20,8 м³/мин;

где  р = 5 бар –наибольшее давление в пунктах потребления; а = 0,003 м³/(мин·м) – допустимая величина удельных потерь сжатого воздуха при расчетном давлении у потребителей 5 бар, отнесенная  к единице длины трубопровода; -суммарная протяженность трубопроводов пневматической сети.

Величина утечек в пунктах воздухопотребления:

Q_уп= b                                                             (5)

Q_уп =·0,4·68= 27,2 м³/мин;

где b=0,4 м³/мин – нормативная величина утечек в присоединительных элементах при давлении сжатого воздуха 5 бар.

Расчетная производительность компрессорной станции:

Q_кс= Q_п+ Q_ус+ Q_уп                                                             (6)

Q_кс = 319,8+20,8+27,2=367,8 м³/мин;

 

 

Расчетный раздел

Выбор электродвигателя

 

В тех случаях, когда компрессор не комплектуется специальным фланцевым электродвигателем и его привод осуществляется через муфту или иным образом, то, зная номинальную мощность компрессора и скорость вращения вала (n), двигатель необходимо подобрать по каталогам. Учитывая возможность перегрузки компрессора в работе мощность двигателя выбирают несколько большей. Для компрессоров малой производительности запас мощности обычно выбирается в пределах 15-25%.

Согласно указанному, приводом проектируемого компрессора выбираем синхронный электродвигатель серии СДК2 – 17-26-12К УХЛ4

Условные обозначения двигателя:

СДК - синхронный двигатель компрессорный;

2 - номер серии;

17 - условное обозначение габарита;

26 - длина сердечника статора;

12 - число полюсов;

К - консольное исполнение;

УХЛ4 - Климатическое исполнение двигателя;

Таблица 1 – Исходные данные двигателя типа СДК2 – 17-26 – 12К УХЛ4

 

2.2 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы

Нагрузочной диаграммой двигателя называют зависимость, определяющую его статические и полные нагрузки как функцию времени в процессе работы, т.е. называют зависимость момента статической нагрузки от времени M = f(t).  Зависимость угловой скорости от времени называют тахограммой.

Для построения нагрузочной диаграммы и тахограммы необходимо определить время пуска – t_пуск, время торможения – t_т, момент торможения – М_т.

Время пуска электродвигателя, когда :

(7)

,                           

где  .                 

Найдем синхронную угловую скорость двигателя:

(8)

Номинальный момент:

(9)

Пусковой момент:

Определим время торможения электродвигателя:         

,с;                                         (10)

                                                      

Для определения тормозного момента определим сначала динамический момент:

                                             (11)

                                            

тогда момент торможения:

                       -.          

 

 По полученным данным строим нагрузочную диаграмму и тахограмму.

 

Рисунок 3 - Нагрузочная диаграмма и тахограмма

       В данном разделе выбран двигатель и была произведена проверка двигателя по нагреву, так же построены по данным расчета нагрузочная диаграмма и тахограмма.

 

2.3 Проверка двигателя по нагреву

При выборе синхронного двигателя, предназначенных как для продолжительных, так и повторно-кратковременного режима, рекомендуется проверить его нагрев.

В этом случае используется метод средних потерь, которые определяются за время цикла нагружения по формуле:

                                          (12)

, где  – потери энергии при пуске, торможении;  – потери мощности при установившейся частоте вращения;  – коэффициент, характеризующий различные условия охлаждения при паузе и торможении (), то есть с охлаждением от собственного вентилятора, принимаем  – время пуска, работы (установившегося режима), торможения и останова (паузы) соответственно.

 

Коэффициент при пуске находится по следующей формуле:

                                                        (13)

 

Коэффициент при номинальной нагрузке находят:

                                              (14)                         

, где  – угловая скорость идеального холостого хода, (рад/с)

Потери мощности при установившейся частоте вращения:

                                            (15)

, где  – коэффициент полезного действия (КПД);  – потери за цикл

                                                        (16)       

, где  – номинальный КПД электродвигателя.

Время цикла найдем по следующей формуле:

                                                     (17)                                      

, где  – время одного цикла,  е – относительная продолжительность включения, е=90%

                                                                (18)                                 

(19)

, где  – пусковой момент, (Н);  – момент торможения, (Н);  – минимальный момент, (Н);  - относительный момент инерции, (кг);

                                                      (20)                            

, где  – момент инерции ротора,(кг);  – момент инерции механизма,(кг);  – передаточное отношение привода

                                                                 (21)                                     

, где  – номинальная угловая скорость вращения ротора АД, (рад/с),

                                                          (22)

(кг);

Из следующего соотношения найдем тормозной момент:

Из следующего соотношения найдем минимальный момент сопротивления двигателя:

                              (23)

Из следующего соотношения найдем тормозной момент:

(24)

                                                  (25)                                 

(26)

, где  – коэффициент при пуске и динамическом торможении, ;

 – приведенный момент сопротивления механизма, в режимах,

                                                           (27)

Средние потери за цикл  не превышают номинальных  , это указывает на то, что двигатель по нагреву выбран правильно.

 

 

Заключение

 

В курсовом проекте мы изучили принцип действия работы компрессионной станции и произвели расчет производительности оборудования.При выборе синхронного двигателя марки СДК2-17-26-12 КУХЛ4, предназначенных как для продолжительных, так и повторно-кратковременного режима была произведенапроверка по нагреву, где выяснили по результатам, что двигатель по нагреву выбран правильно и на сновании данных построена нагрузочная диаграмма и тахограмма.