Воздухораспределительные сети

Для снабжения цеховых потребителей сжатого воздуха сооружаются разветвленные воздухопроводы.

Воздухопроводы промышленных предприятий подразделяются на внутренние газопроводы компрессорной станции, межцеховые и внутрицеховые.

Внутренние газопроводы компрессорной станции включают всасывающие и нагнетательные воздухопроводы компрессоров, промежуточные нагнетательные воздухопроводы в многоступенчатых компрессорах, вспомогательные воздухопроводы (наддува, продувки, предохранительные и байпасные линии).

Всасывающая магистраль компрессора начинается от фильтра или фильтркамеры до места соединения с всасывающим патрубком.

При выборе диаметра всасывающего воздухопровода необходимо стремиться к тому, чтобы потери давления во всасывающем воздухопроводе не превышали 30 – 50 мм. вод. ст., а скорость воздуха не превышала 10 – 12 м/с – для компрессоров двойного действия и 5 – 6 м/с – для компрессоров простого действия.

Для уменьшения потерь давления длина всасывающего воздухопровода не должна превышать 10 м. При длине всасывающего трубопровода более 10 м потери давления в трубопроводе увеличиваются и, соответственно, снижается коэффициент подачи компрессора. Радиус поворота всасывающего трубопровода должен быть равным трем наружным диаметрам трубопровода. У быстроходных компрессоров всасывающий трубопровод должен быть короче, чем у тихоходных машин.

За всасывающим трубопроводом необходимо осуществлять постоянный контроль: измерять температуру всасывающего воздуха и следить за устойчивостью и плотностью соединения трубопровода с всасывающим патрубком компрессора, чтобы не было подсоса теплого и пыльного воздуха из других мест помещения, минуя фильтр.

Нагнетательным воздухопроводом компрессора считается отрезок трубопровода от нагнетательного патрубка компрессора до первого фланца на вспомогательном оборудовании (конечном охладителе, масловодоотделителе или воздухосборнике). Нагнетательный трубопровод должен быть достаточного сечения, коротким и по возможности прямым, скорость воздуха в нагнетательном трубопроводе не должна превышать 10 – 15 м/сек для компрессоров двойного действия и 6 м/сек – для компрессоров простого действия. При длине нагнетательного трубопровода от компрессора до воздухосборника, превышающей 25 м, получается значительная потеря давления вследствие пульсирующего потока сжатого воздуха. Этот дефект снижает производительность компрессора и повышает расход электроэнергии на сжатие воздуха на 1,5 – 3 % от общего расхода. По существующим нормам допускаемое падение давления сжатого воздуха по длине воздухопровода находится в пределах 0,06 – 0,07 МПа на 1 км (при скорости не более 10 м/сек). При прохождении воздуха от компрессора по нагнетательному воздухопроводу до конечного охладителя давление воздуха снижается примерно на 10 кПа.

В многоступенчатых компрессорах имеются промежуточные нагнетательные воздухопроводы (между нагнетательными патрубками цилиндров и промежуточными охладителями). Промежуточные нагнетательные трубопроводы в пределах компрессорного агрегата рассчитываются, изготовляются и поставляются заводом-изготовителем компрессора вместе с последним.

Межцеховые воздухопроводы за редким исключением прокладываются по тупиковой схеме, согласно которой сжатый воздух подается по магистрали, идущей от компрессорной станции к отдельным цехам (рис. 32).

Длина воздухопровода должна быть наименьшей и иметь минимальное количество поворотов. Каждый участок ответвления от магистрального воздухопровода должен иметь задвижку.

Внутрицеховые воздухопроводы начинаются от ввода в цех, который оборудован задвижкой, отсоединяющей цех от межцеховой сети, манометром для замера давления поступающего воздуха, а также измерительной шайбой с дифманометром для замера расхода воздуха. В том случае, когда цех потребляет воздух более низкого давления, чем давление в межцеховой сети, ввод должен быть оборудован цеховым клапаном.

 

Рис. 32. Схема межцеховой воздушной сети

Цеховая система разводки воздухопроводов может быть выполнена тупиковой и кольцевой. Предпочтение отдается кольцевой как более надежной, несмотря на некоторое увеличение расхода труб.

Для изготовления воздухопроводов, находящихся под давлением до 35 МПа, применяются стальные трубы.

По способу производства стальные трубы подразделяются на бесшовные трубы по ГОСТ 8731, ГОСТ 8732, ГОСТ 8733, ГОСТ 8734 (наружный диаметр труб 1–820 мм, специального назначения – 1420 мм), изготовляемые из слитков и трубных заготовок прессованием или прокаткой, сварные трубы по ГОСТ 10704, ГОСТ 10705, ГОСТ 10707, ГОСТ 3262, ГОСТ 8639, ГОСТ 8645, ГОСТ 8642 (наружный диаметр труб 8 – 1620 мм, специального назначения – до 2500 мм и более) из листовой и полосовой стали с предварительной формовкой на прессах или формовочных станах, литые трубы (наружный диаметр труб 50 –1000 мм), получаемые на труболитейных машинах.

Стальные трубы делятся на 6 классов. Трубы 1 – 2-го классов изготовляются из углеродистых сталей.

Трубы стальные 1-го класса, так называемые стандартные трубы и газовые трубы, используют в тех случаях, когда не предъявляются специальные требования, например при сооружении строительных лесов, ограждений, опор, для прокладки кабелей, ирригационных систем, а также локализованного распределения и подачи газообразных и жидких веществ.

Трубы стальные 2-го класса применяют в магистральных трубопроводах высокого и низкого давления для подачи газа, нефти и воды, нефтехимических продуктов, топлив, твердых.

Воздухопроводы всех давлений, предназначенные для транспортирования воздуха с температурой – 50 ºС и ниже, изготовляются из латунных или медных труб.

4.3. Расчет воздухопроводов сжатого воздуха

 

Расчет межцеховых и цеховых воздухопроводов сводится к определению их диаметров и потерь давления.

В общем случае диаметр воздухопровода определяется по формуле

 м,                                               (55)

где V – действительный расход воздуха в трубопроводе при фактическом состоянии, т. е. при заданных его давлении и температуре, м³/с;

W – рекомендуемая скорость сжатого воздуха по технико-экономическим расчетам (табл. 14), м/с.

Таблица 14

Рекомендуемые скорости воздуха в воздухопроводах [1]

Наименование участка  воздухопровода	Рабочее давление, МПа	Скорость воздуха, м/с
Всасываемый трубопровод	вакуум	не более 10
Нагнетательный трубопровод	до 0,6	12 – 15
Прочие трубопроводы	до 0,6	не более 20
Прочие трубопроводы	до 1,0	не более 15
Прочие трубопроводы	до 1,0 – 2,0	не более 10

 

 Найденные расчетные размеры диаметров принимаются из ближайших стандартных величин по справочным данным. Затем уточняются по справочным диаметрам значения скоростей воздуха в трубопроводах и рассчитываются потери давления в сетях.

При гидравлическом (аэродинамическом) расчете прямолинейных воздухопроводов в основу расчета берется формула Дарси для определения потерь давления на трение [1]:

 Па.                                        (56)

Здесь λ – коэффициент трения, зависящий от характера движения, от величины критерия Рейнольдса и относительной шероховатости труб ;

    l, d _вн – длина и внутренний диаметр воздухопровода, м;

     W – средняя действительная скорость, м/с;

     ρ – плотность воздуха, кг/м³(при заданных условиях);

     e – абсолютная шероховатость стенок труб, м.

Формула (56) справедлива для несжимаемой среды и поэтому может быть использована для расчета воздухопроводов низкого давления (до 5000 Па). Коэффициент трения для ламинарного движения при определяется по формуле Пуазейля [1]

.                                                    (57)

Для переходного режима при  – по формуле Зайченко [13]

.                                           (58)

Для турбулентного режима при – по формуле Альтшуля [13]

.                                     (59)

Кроме потерь от трения на прямых участках воздухопровода имеет место потери местные: при поворотах, при изменении сечений, в вентилях и задвижках и т. п. Местные потери рассчитываются по формуле [1]

 Па.                                       (60)

где ξ _i – коэффициенты местных потерь, значение которого берется из справочников.

При расчете местные потери удобно учитывать увеличением длины воздухопровода, заменяя каждую потерю эквивалентной длиной

.                                             (61)

Общая длина (расчетная), следовательно, равна сумме , скорость W и расход воздуха V меняются по длине воздухопровода, поэтому вывод расчетной формулы следует выполнить в дифференциальной форме. Формула Дарси имеет для бесконечно малого участка вид

.                                        (62)

Пользуясь уравнением Клапейрона, можно написать

.                                       (63)

Индекс «0» означает, что соответствующие величины относятся к нормальным условиям. Подставляя уравнение (63) в выражение (62) и интегрируя в пределах от P _н до P _к имеем:

                                (64)

или

.                               (65)

Расчет воздухопроводов очень удобно производить с помощью номограмм, которые строятся по вышеприведенным зависимостям.

Расчет сети воздухопроводов по номограммам производится в следующем порядке [1].

1. Составляется в изометрии схема воздухопроводной сети с нанесением длин участков, количества протекающего воздуха и необходимой арматуры.

2. Задаются падением давления по всей длине трубопровода и распределяют это давление пропорционально длинам участков.

3. По номограмме находятся диаметры труб всех участков воздухопроводной сети и скорости движения сжатого воздуха в них.

4. Найденные расчетные размеры диаметров округляются до ближайших стандартных.

5. Определяются эквивалентные и приведенные длины участков.

6. Находятся действительные потери давления на участках с учетом сопротивления арматуры.

7. Определяется потеря давления по магистрали (от компрессора до максимально удаленной точки).