wiki-fire.org - Электронная энциклопедия пожарного дела. Энергия сжатого воздуха формулаХраним энергию мешками / ХабрИнженер-конструктор Maxim de Jong проверяет пятиметровый накопитель энергии CAES во время первоначальных испытаний в Thin Red Line Aerospace в Канаде. Литий безумно дорог и не слишком долговечен. Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) не всегда удобны и требуют больших единовременных капзатрат, хотя их идея может быть использована в других областях. Напомню, она заключается в том, что в моменты пониженного энергопотребления (например, ночью) установка запасает в каком-либо виде (в случае ГАЭС – закачивает воду в верхний бассейн) часть избыточной энергии энергосистемы, а в периоды максимума потребления энергии (например, утренние и вечерни пики), возвращает в энергосистему (на ГАЭС это делается путем сброса поднятой воды в нижний бассейн через турбины, вырабатывающие энергию). Существует идея аккумуляции энергии при помощи сжатого воздуха. Необходимо какое-то хранилище воздуха. При накоплении энергии ее подают на электродвигатель, который приводит в действие компрессор. Сжатый воздух охлаждается и хранится при давлении 60-70 атмосфер. При необходимости расходовать запасенную энергию, воздух извлекается из накопителя, нагревается, а затем поступает в специальную газовую турбину, где энергия сжатого и нагретого воздуха вращает ступени турбины, вал которой соединен с электрическим генератором, выдающим электроэнергию в энергосистему. Концепция не нова, хранение сжатого воздуха в подземной пещере было запатентовано еще в 1948 году, а первый завод с накопителем энергии сжатого воздуха (CAES — compressed air energy storage) с мощностью 290 МВт работает на электростанции Huntorf в Германии с 1978 года. В Массачусетском технологическом институте (США) уже пробовали сделать нечто подобное с полыми бетонными шарами, но те оказались подвержены химической деградации и плохо переносили нагрузки на растяжение. Еще одна установка CAES мощностью 110 МВт также работает в городе McIntosh штата Алабама с 1991 года. Но, не смотря на амбиции и претензии на то, что это «зеленые» решения, в этих проектах в настоящее время как часть технологического процесса используется и энергия углеводородного топлива. На этапе сжатия воздуха большое количество энергии теряется в виде тепла. Эта утерянная энергия должна быть компенсирована сжатому воздуху до этапа расширения в газовой турбине, для этого и используется углеводородное топливо, с помощью которого повышают температуру воздуха. Это значит, что установки имеют далеко не стопроцентный КПД. Существует перспективное направление для повышения эффективности CAES. Оно заключается в удержании и сохранении тепла, выделяющегося при работе компрессора на этапе сжатия и охлаждения воздуха, с последующим его повторным использованием при обратном нагреве холодного воздуха (т.н. рекуперация). Тем не менее, этот вариант CAES имеет существенные технические сложности, особенно в направлении создания системы длительного сохранения тепла. В случае решения этих проблем, AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) может проложить путь для крупномасштабных систем хранения энергии, проблема была поднята исследователями по всему миру. Исследователи из Ноттингемского университета (Великобритания) под руководством профессора Seamus Garvey, предложили новую идею, которая выгоднее ранее рассматривавшихся. Они испытывают Energy Bag — огромный надувной мешок, заякоренный на небольшой глубине неподалёку от Оркнейских островов (Шотландия). Подводные мешки являются интересным вариантом, потому что море выступает в качестве сосуда под давлением, а плотность энергонакопления пневматического аккумулятора растет прямо пропорционально давлению. Нет расходов на полную инфраструктуру, только конструкционные материалы, необходимые для удержания мешка на дне. Не нужно ни метра суши. Независимо от того, полон или пуст контейнер, давление остается прежним, и это облегчает работу оборудования на поверхности моря. «Причины, по которым мы не храним сжатый воздух в резервуарах под давлением на поверхности — в основном стоимость такого решения», — поясняет профессор. «CAES потенциально может стать самой дешевой системой запасения энергии по капитальным затратам на кВт•ч, которая составляет от 1 до 10 евро. На ГАЭС такие удельные капитальные затраты составляют обычно более 50 евро/кВт•ч, а электрохимические аккумуляторы – до 500 евро/кВт•ч. Использование надводных кораблей для хранения воздуха высокого давления в системе CAES обычно ведет к затратам, сопоставимым с использованием электрохимических аккумуляторов. В решении Garvey тепло накапливается специальном хранилище, имеющем 9 слоев. Три внешних слоя состоят, в основном, из морской воды, они пригодны для температуры до 100 ° C. Еще три слоя содержат теплоноситель из минеральных масел в пористом слое измельченных горных пород и могут использоваться для температуры до 250 ° C. Три внутренних слоя используют расплавленную соль в качестве теплоносителя и могут служить до 450 ° C. Такая система накопления тепла позволяет обеспечить КПД в 75–85% — пока высшее достижение Energy Bag. Правда, в отличие от обычных аккумуляторов, здесь нет эффекта саморазряда: пневматический запорный клапан не потребляет энергии. А когда накопленное нужно извлечь, требуется лишь открыть клапан, и вода сама вытеснит воздух с шестисотметровой глубины. Накопители воздуха для этого эксперимента спроектированы и выполнены канадской компанией Thin Red Line, которая также выпускает ткани для аэрокосмической промышленности. Выполнены они из бутилового каучука, а наружный слой из полиэфирной армированной ткани. Сталь со специальным покрытием или арамидные ремни обеспечивают необходимую прочность конструкции. Сами шары могут быть и небольшими, и в пару десятков метров. Разработчики Energy Bag считают проект вполне подходящим для малого и среднего бизнеса: по стоимости такая система будто бы много дешевле аварийного дизель-генератора, работающего во время блэкаута и резко повышающего стоимость электроэнергии (солярка!). Развёртывание подобных сооружений целесообразно в прибрежных районах. На глубине в 600 м, где и проходят испытания, самый большой 20 метровый Energy Bag пока накапливает 70 МВт•ч энергии, что эквивалентно 300-тонному литиевому аккумулятору стоимостью в десятки миллионов долларов. Одного мешка уже хватает для компенсации неравномерности работы даже самого мощного ветряка, причём стандартная ветряная турбина необходимое количество воздуха накачает всего за 14 часов. А ведь неравномерное поступление энергии ветра является одной из проблем, значительно осложняющей конструкцию и работу ветряной электростанции. Так что, как говорят изобретатели, система скоро найдёт себя и как нишевое приложение к ветрякам, рядом с которыми вдоволь и лишней пиковой генерации, и нужных глубин. И в заключении небольшой видеосюжет: Источники:Раз, два, три habr.com Расчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудованияЗадача № 1. Вычисление величины вредного объема газа поршневого компрессора Условия: Поршень одноступенчатого одноцилиндрового компрессора одинарного действия имеет диаметр d = 200 мм, а ход поршня составляет s = 150 мм. Вал компрессора вращается со скоростью n = 120 об/мин. Воздух в компрессоре претерпевает сжатие от давления P1 = 0,1 мПа до P2 = 0,32 мПа. Производительность компрессора составляет Q = 0,5 м3/мин. Принять показатель политропы m равным 1,3. Задача: Необходимо вычислить величину вредного объема газа в цилиндре Vвр. Решение: Сперва определим площадь сечения поршня F по формуле: F = (π · d²)/4 = (3,14 · 0,2²)/4 = 0,0314 м2 Также определим объем Vп, описываемый поршнем за один ход: Vп = F · s = 0,0314 · 0,15 = 0,00471 м3 Из формулы расчета производительности компрессора найдем значение коэффициента подачи λ (поскольку компрессор простого действия, то коэффициент z = 1): Q = λ · z · F · s · n λ = Q/(z · F · s · n) = 0,5/(1 · 0,0314 · 0,15 · 120) = 0,88 Теперь воспользуемся приближенной формулой расчета коэффициента подачи, чтобы найти объемный КПД насоса: λ = λ0 · (1,01 - 0,02·P2/P1) λ0 = λ / (1,01 - 0,02·P2/P1) = 0,88 / (1,01 - 0,02·0,32/0,1) = 0,93 Далее из формулы объемного КПД выразим и найдем величину вредного объема цилиндра: λ0 = 1 – с·[(P2/P1)1/m-1] где c = Vвр/Vп Vвр = [(1-0,93) / ([0,32/0,1]1/1,3-1)] · 0,00471 = 0,000228 м3 Задача №2. Определение расхода и потребляемой мощности компрессорного оборудования Условия: Одноступенчатый двухцилиндровый компрессор двойного действия имеет поршни с диаметром d = 0,6 м, величина хода которых составляет s = 0,5 м, а величина вредного пространства с = 0,036. Вал компрессора вращается со скоростью n = 180 об/мин. Воздух при температуре t = 200 в компрессоре претерпевает сжатие от давления P1 = 0,1 мПа, до P2 = 0,28 мПа. При расчетах принять показатель политропы m равным 1,2, а механический ηмех и адиабатический ηад КПД взять равными 0,95 и 0,85 соответственно. Задача: Необходимо определить расход Q и потребляемую мощность N компрессора. Решение: Вначале определим площадь поперечного сечения поршня F по формуле: F = (π · d²)/4 = (3,14 · 0,6²)/4 = 0,2826 м2 Далее перед расчетом производительности компрессора необходимо найти коэффициент подачи, но сперва определим объемный КПД: λ0 = 1 – с·[(P2/P1)1/m-1] = 1 - 0,036·[(0,28/0,1)1/1,2-1] = 0,95 Зная объемный КПД, воспользуемся найденным значением и с его помощью определим величину коэффициента подачи по формуле: λ = λ0 · (1,01 – 0,02·P2/P1) = 0,95 · (1,01 – 0,02 · 0,28/0,1) = 0,91 Теперь подсчитаем производительность компрессора Q: Q = λ · z · F · s · n Поскольку компрессор двойного действия, то коэффициент z будет равен 2. Поскольку компрессор двухцилиндровый, то итоговое значение производительности необходимо также помножить на 2. Получим: Q = 2 · λ · z · F · s · n = 2 · 0,91 · 2 · 0,2826 · 0,5 · 180 = 92,6 м3/мин Массовый расход воздуха G будет равняться , где ρ – плотность воздуха, при данной температуре равная 1,189 кг/м3. Рассчитаем это значение: G = Q · ρ = 92,6 · 1,189 = 44 кг/мин Часовой расход будет равен 60·G = 60·44 = 2640 кг/час. Чтобы рассчитать потребляемую мощность компрессора, предварительно необходимо вычислить величину работы, которая должна быть затрачена на сжатие газа. Для этого воспользуемся следующей формулой: Aсж = k/(k-1) · R · t · [(P2/P1)(k-1)/k-1] В этой формуле k – показатель адиабаты, который равняется отношению теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме (k = СPP/CV), и для воздуха этот показатель равен 1,4. R – газовая постоянная, равная 8310/M Дж/(кг*К), где М – молярная масса газа. В случае воздуха М берется равной 29 г/моль, тогда R = 8310/29 = 286,6 Дж/(кг*К). Подставим полученные значения в формулу работы по сжатию и найдем ее значение: Aсж = k/(k-1) · R · t · [(P2/P1)(k-1)/k-1] = 1,4/(1,4-1) · 286,6 · (273+20) · [(0,28/0,1)(1,4-1)/1,4-1] = 100523 Дж/кг После нахождения значения затрачиваемой на сжатие воздуха работы становится возможным определение потребляемой компрессором мощности по следующей формуле: N = (G · Aсж) / (3600 · 1000 · ηмех · ηад) = (2640 · 100523) / (3600 · 1000 · 0,85 · 0,95) = 91,3 кВт Итого получим, что расход компрессора составляет 92,6 м3/мин, а потребляемая мощность – 91,3 кВт Задача №3 Определение количества ступеней сжатия компрессора и значения давлений на каждой ступени Условия: Необходимо осуществлять подачу аммиака в размере 160 м3/час под давлением 4,5 мПа. Начальное давление азота составляет 0,1 мПа, а начальная температура – 20°C. При расчетах принять максимальную степень сжатия x равной 4. Задача: Необходимо определить количество ступеней сжатия компрессора и значения давлений на каждой ступени. Решение: Сперва рассчитаем необходимое количество ступеней n, воспользовавшись формулой для определения степени сжатия: xn = Pк/Pн Выразим и рассчитаем значение n: n = log(Pк/Pн) / log(x) = log(4,5/0,1) / log(4) = 2,75 Округлим получившееся значение до ближайшего большего целого числа и получим, что в компрессоре должно быть n = 3 ступени. Далее уточним степень сжатия одной ступени, положив, что степень сжатия на каждой отдельной ступени одинаково. x = n√(Pк/Pн) = ∛(4,5/0,1) = 3,56 Рассчитаем конечное давление первой ступени Pn1 (n = 1), которое является также начальным давлением второй ступени. Pк1 = Pн · xn = 0,1 · 3,561 = 0,356 мПа Рассчитаем конечное давление второй ступени Pn2 (n = 2), которое является также начальным давлением второй ступени. Pк1 = Pн · xn = 0,1 · 3,56² = 1,267 мПа Итого в компрессоре должно быть три ступени, причем на первой ступени давление повышается с 0,1 мПа до 0,356 мПа, на второй – с 0,356 мПа до 1,267 мПа и на третьей – с 1,267 мПа до 4,5 мПа. Задача №4. Подбор компрессора по заданным условиям Условия: Требуется обеспечить подачу азота Qн в размере 7,2 м3/час с начальным давлением P1 = 0,1 мПа под давлением Р2 = 0,5 мПа. В наличие имеется только одноступенчатый поршневой компрессор двойного действия. Поршень имеет диаметр d равный 80 мм, а длина его хода s составляет 110 мм, при этом объем вредного пространства равен 7% от описываемого поршнем объема. Скорость вращения вала компрессора n составляет 120 об/мин. При расчетах принять показатель политропы m равным 1,3. Задача: Необходимо выяснить, подходит ли имеющийся в наличии компрессор для выполнения поставленной задачи. В случае если компрессор не подходит, рассчитать, насколько необходимо увеличить частоту вращения вала, чтобы его применение стало возможным. Решение: Поскольку объем вредного пространства равен 7% от описываемого поршнем объема, то по определению следует, что величина вредного пространства с равна 0,07. Также предварительно вычислим площадь поперечного сечения поршня F: F = (π · d²)/4 = (3,14 · 0,08²)/4 = 0,005 м2 Для дальнейших расчетов необходимо рассчитать объемный КПД компрессора λ0: λ0 = 1 – с·[(P2/P1)1/m-1] = 1 – 0,04·[(0,5/0,1)1/1,3-1] = 0,9 Зная λ0, далее найдем коэффициент подачи λ: λ = λ0 · (1,01 – 0,02·(P2/P1)) = 0,9 · (1,01 – 0,02·0,5/0,1) = 0,82 Далее становится возможным найти производительность компрессора Q. Поскольку компрессор двойного действия, то коэффициент z будет равен 2: Q = λ · z · F · s · n = 0,82 · 2 · 0,005 · 0,11 · 120 = 0,11 м3/мин Выражая Q в часовом расходе, получим значение Q = 0,11 · 60 = 6,6 м3/час. Поскольку требуемая величина подачи составляет 7,2 м3/час, то можно сделать вывод, что имеющийся в наличии компрессор не способен выполнять поставленную задачу. В таком случае рассчитаем, насколько нужно увеличить число оборотов вала для удовлетворения требованиям применимости. Для этого найдем необходимое число оборотов из соотношения: nн/n = Qн/Q nн = n · Qн/Q = 120 · 7,2/6,6 = 131 В таком случае имеющийся компрессор можно будет применять, если увеличить скорость вращения его вала на 131-120 = 11 об/мин. Задача №5. Расчет фактической производительности поршневого компрессора Условия: Дан трехцилиндровый поршневой компрессор двойного действия. Диаметр поршней d равен 120 мм, а величина их хода s составляет 160 мм. Скорость вращения его вала n равна 360 об/мин. В компрессоре происходит сжатие метана от давления P1 = 0,3 мПа до давления P2 = 1,1 мПа. Известно, что объемный коэффициент λ0 равен 0,92. Задача: Необходимо рассчитать фактическую производительность поршневого компрессора. Решение: Предварительно вычислим площадь поперечного сечения поршней компрессора F по формуле: F = (π · d²)/4 = (3,14 · 0,12²)/4 = 0,0113 м2 На основе исходных данных найдем величину коэффициента подачи λ по формуле: λ = λ0 · (1,01 – 0,02 ·(P2/P1)) = 0,92 · (1,01 – 0,02·(1,1/0,3)) = 0,86 Теперь можно воспользоваться формулой для расчета производительности поршневого компрессора: Q = λ · z · F · s · n Здесь z – коэффициент, зависящий от числа всасывающих сторон отдельного поршня. Поскольку данный в условии задачи компрессор двойного действия, то в этом случае величина z равна 2. Кроме того, поскольку в рассматриваемом случае компрессор трехцилиндровый, то есть три цилиндра работают параллельно друг другу, то итоговая суммарная производительность всего компрессора будет в 3 раза выше производительности отдельного поршня, поэтому в расчетную формулу необходимо добавить коэффициент три. Суммируя все вышесказанное, имеем: Q = 3 · λ · z · F · s · n = 3 · 0,86 · 2 · 0,0113 · 0,16 · 360 = 3,6 м3/мин. Итого получим, что производительность рассматриваемого поршневого компрессора составляет 3,6 м3/мин или 216 м3/час. Задача №6. Расчет производительности двухступенчатого поршневого компрессора Условия: В наличии имеется двухступенчатый поршневой компрессор простого действия. Поршень ступени низкого давления имеет диаметр dн = 100 мм, а его ход sн равен 125 мм. Диаметр поршня высокого давления dв равен 80 мм при величине хода sв = 125 мм. Скорость вращения вала n составляет 360 об/мин. Известно, что коэффициент подачи компрессора λ составляет 0,85. Задача: Необходимо рассчитать производительность компрессора. Решение: В случае многоступенчатых поршневых компрессоров для расчетных зависимостей используются данные ступени низкого давления, так как именно на ней происходит первичный всас газа, определяющий производительность компрессора в целом. При расчете производительности данные последующих ступеней не используются, так как на них не происходит дополнительного всаса сжимаемого газа. Отсюда следует, что для решения данной задачи достаточно знать диаметр dн и ход поршня sн ступени низкого давления. Вычислим площадь поперечного сечения поршня ступени низкого давления: Fн = (π · dн²)/4 = (3,14 · 0,1²)/4 = 0,00785 м2 Рассматриваемый компрессор не является многопоршневым и имеет простой тип действия (величина z = 1), отсюда следует, что конечный вид формулы расчета производительности в конкретном случае будет иметь вид: Q = λ · Fн · sн · n = 0,85 · 0,00785 · 0,125 · 360 = 0,3 м3/мин Получим, что производительность данного поршневого компрессора составляет 0,3 м3/мин или, при пересчете на часовой расход, 18 м3/час. Задача №7. Расчет действительной производительности двухвинтового компрессора Условия: Дан двухвинтовой компрессор. Ведущий вал компрессора вращается со скоростью n=750 об/мин и имеет z=4 канала длиной L=20 см. Также известно, что площадь поперечного сечения канала ведущего вала составляет F1=5,2 см2, а аналогичная величина для ведомого вала F2 равна 5,8 см2. При расчетах коэффициент производительности λпр принять равным 0,9. Задача: Необходимо рассчитать действительную производительность двухвинтового компрессора Vд. Решение: Перед расчетом действительной производительности найдем значение производительности теоретической, не учитывающей неизбежно возникающих обратных протечек газа сквозь зазоры между роторами и корпусом компрессора. Vт = L·z·n·(F1+F2) = 0,2·4·750·(0,052+0,058) = 66 м3/мин Поскольку известен коэффициент производительности, учитывающий обратные протечки газа, то становится возможным определить действительную производительность данного двухвинтового компрессора: Vд = λпр·Vт = 0,9·66 = 59,4 м3/мин В итоге получим, что производительность данного двухвинтового компрессора равняется 59,4 м3/мин. Задача №8. Расчет потребляемой мощности винтовым компрессором Условия: В наличии имеется винтовой компрессор, предназначенный для повышения давления воздуха с P1=0,6 мПа до P2=1,8 мПа. Теоретическая производительность компрессора Vт составляет 3 м3/мин. При расчетах адиабатический КПД ηад принять равным 0,76, а показатель адиабаты воздуха k принять равным 1,4. Задача: Необходимо рассчитать потребляемую компрессором мощность Nп. Решение: Для расчета теоретической мощности адиабатического сжатия винтового компрессора воспользуемся формулой: Nад = P1 · VT · [k/(k-1)] · [(P2/P1)(k-1)/k - 1] = 600000 · 3/60 · 1,4/(1,4-1) · [(1,8/0,6)(1,4-1)/1,4 - 1] · 10-3 = 38,7 кВт Теперь, когда известно значение Nад, можно рассчитать потребляемую мощность компрессора сухого сжатия: N = Nад/ηад = 38,7/0,76 = 51 кВт Итого получим, что потребляемая мощность данного двухвинтового компрессора равна 50 кВт. Задача №9. Расчет потребляемой мощности двухвинтовым компрессором Условия: Дан двухвинтовой компрессор, работающий с производительностью Q=10 м3/мин. Рабочая среда – воздух при температуре t=200 C. Сжатие воздуха в компрессоре происходит от давления P1=0,1 мПа до давления P2=0,6 мПа. Известно, что величина обратных протечек βпр в компрессоре составляет 0,02. Внутренний адиабатический КПД компрессора ηад равен 0,8, а механический КПД ηмех равен 0,95. При расчетах показатель адиабаты воздуха k принять равным 1,4, а величину газовой постоянной для воздуха R взять 286 Дж/(кг*К). Задача: Необходимо рассчитать потребляемую компрессором мощность N. Решение: Определим значение удельной работы компрессора Aуд: Aуд = R · Tв · [k/(k-1)] · [(P2/P1)(k-1)/k-1] = 286 · [20+273] · [1,4/(1,4-1)] · [(0,6/0,1)(1,4-1)/1,4-1] = 196068 Дж/кг Далее вычислим массовый расход воздуха G положив, что при 20°C плотность воздуха ρв составляет 1,2 кг/м3: G = Q·ρв = 10·1,2 = 12 кг/мин При расчете мощности компрессора необходимо учитывать наличие в нем обратных протечек рабочей среды, компенсация которых влечет за собой дополнительный расход мощности. Рассчитаем суммарный расход компрессора Gсум с учетом обратных протечек: Gсум = G·(1+βпр) = 12·(1+0,02) = 12,24 кг/мин Теперь становится возможным определение мощности компрессора с учетом адиабатического и механического КПД: N = (Gсум·Aуд) / (ηад·ηмех) = (12,24·196068) / (60·1000·0,8·0,95) = 52,6 кВт В итоге получим, что мощность данного компрессора составляет 52,6 кВт. Задача №10. Расчет потребляемой мощности центробежным компрессором Условия: Дан центробежный трехступенчатый односекционный компрессор, рабочие колеса которого идентичны друг другу. Компрессор работает с объемным расходом V равным 120 м3/мин воздуха при температуре t=20°C (плотность воздуха ρ при этом будет равна 1,2 кг/м3). Также известно, что окружная скорость рабочего колеса u составляет 260 м/с, а коэффициент теоретического напора ступени ϕ равен 0,85. Общий КПД компрессора η составляет 0,9. Для первой ступени коэффициент потерь на трение βт составляет 0,007, коэффициент потерь на протечки βп равен 0,009, и при расчете принять, что для последующих степеней потери будут увеличиваться на 1%. Задача: Необходимо рассчитать потребляемую компрессором мощность N. Решение: Мощность, расходуемая на сжатие газа, может быть рассчитана по формуле: Nвн = V · ρ · ∑[u²i · φi · (1+βT+βп)i] Где i – количество ступеней. Поскольку в условиях задачи сказано, что все колеса в пределах секции одинаковы, то они имеют равные окружные скорости u и коэффициенты теоретического напора ϕ, поэтому данную формулу можно преобразовать: Nвн = V · ρ · u² · φ · ∑(1+βт+βп)i Для первой ступени: 1 + βт + βп = 1 + 0,007 + 0,009 = 1,016 Далее, воспользовавшись допущением, что потери на последующей ступени возрастают на 1%, рассчитаем величину 1+βт+βп для второй ступени: 1,016·1,01 = 1,026 Для третьей ступени: 1,026·1,01 = 1,036 Итого получим: Nвн = 120/60 · 1,2 · 260² · 0,85 · (1,016+1,026+1,036) · 10-3 = 424,5 кВт Теперь становится возможным нахождение потребляемой мощности компрессора: N = Nвн/η = 424,5/0,9 = 471,7 Вт Итого получим, что мощность данного компрессора составляет 471,7 кВт. Задача №11. Расчет КПД центробежного компрессора Условия: Дан центробежный двухступенчатый односекционный компрессор, рабочие колеса которого идентичны друг другу. Компрессор перекачивает воздух при температуре t=20°C (плотность ρ при этих условиях равна 1,2 кг/м3) при расходе V=100 м3/мин от начального давления P1=0,1 мПа до конечного давления P2=0,25 мПа. Окружная скорость колес u равняется 245 м/с, коэффициент теоретического напора ϕ равен 0,82. Общий коэффициент потерь на трение и протечки (1+ βт + βп) для первой ступени равен 1,012, для второй ступени этот коэффициент равен 1,019. Сжатие газа происходит в изоэнтропном процессе. При расчетах показатель адиабаты воздуха k принять равным 1,4, а величину газовой постоянной для воздуха R взять 286 Дж/(кг*К). Газ в условиях задачи считать несжимаемым (коэффициент сжимаемости z=1). Задача: Необходимо рассчитать изоэнтропный КПД компрессора ηиз. Решение: Изоэнтропный КПД есть отношение мощности сжатия газа в изоэнтропном Nиз процессе к внутренней мощности сжатия компрессора Nвн. Отсюда следует, что для нахождения искомой величины предварительно требуется расчет Nвн и Nиз. Мощность сжатия газа в изоэнтропном режиме может быть определена по формуле: Nвн = V · ρ · z · R · (273+t) · k/(k-1) · [(P2/P1)(k-1)/k-1] == 100/60 · 1,2 · 1 · 286 ·(273+20) · 1,4/(1,4-1) · [(0,25/0,1)(1,4-1)/1,4-1] · 10-3 = 175,5 кВт Внутреннюю мощность компрессора определим по формуле: Nвн = V · ρ · ∑[ui2 · φi · (1+βт+βп)i] = 100/60 · 1,2 · 245² · 0,82 · (1,012+1,019) = 200 кВт. Далее определим искомую величину: ηиз = Nиз/Nвн = 175,5/200 = 0,88 Итого получим, что изоэнтропный КПД данного двухступенчатого односекционного компрессора равен 0,88. Расчет и подбор трубопроводов. Оптимальный диаметр трубопровода Вакуумные компрессорные системы, вакуумные компрессорыВентиляторы. Турбовентиляторы. Расчет и подбор вентиляторовВинтовые компрессорыДожимная компрессорная станцияКомпрессорные установки для кислого газа, водорода, агрессивных газов, коксового газа, кислородаМембранные компрессорыОсновные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессораПередвижные компрессорыРасчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудованияРотационные воздуходувкиПаровые турбины Shin Nippon Machinery (SNM)ТурбодетандерыТурбокомпрессорыЦентробежная компрессорная установкаЦентробежные воздуходувки и газодувкиЦентробежные компрессорыУстановки для получения азотаУстановки для получения сжатого воздуха Классификация компрессоровЛопастные компрессорыОбъемные компрессорыПрименение винтовых компрессоровПрименение поршневых компрессоровПрименение центробежных компрессоровРоторные компрессорыСмазка цилиндров поршневых компрессоров Классификация компрессоровОбъемные компрессорыПрименение винтовых компрессоровПрименение поршневых компрессоровПрименение центробежных компрессоровРоторные компрессорыСмазка цилиндров поршневых компрессоровВинтовые компрессорные установкиМембранные компрессорыОсновные характеристики компрессора. Производительность компрессора. Мощность компрессораПередвижные дизельные (винтовые) компрессорыПоршневые компрессорыРасчет компрессоров. Подбор компрессорного оборудованияСравнительный анализ компрессоровЦентробежные компрессоры. Азотные компрессоры intech-gmbh.ru Коэффициент сжимаемости воздуха - wiki-fire.orgКоэффициент сжимаемости воздуха - показатель степени сжимаемости воздуха в зависимости от давления и температуры. Используется при проведении расчетов параметров работы в средствах индивидуальной защиты органов дыхания Обозначается - Ксж Коэффициент сжимаемости воздуха (Далее – Коэффициент) используется при расчете времени работы в СИЗОД, и предназначен для определения реального объема закачанного в баллоны воздуха.
Vб – объем баллонов, л; P – давление в баллонах, атм. Коэффициент при любых условиях расчета параметров работы в СИЗОД принимается равным 1,1.
Термин «сжимаемость» также используется в термодинамике для описания отклонений термодинамических свойств реальных газов от свойств идеальных газов. Коэффициент сжимаемости определяется как:
T — температура, V — молярный объём. Коэффициент зависит как от температуры вещества, так и от давления. Таким образом, при давлениях 200 атм и 300 атм коэффициент будет разным. При этом даже при различной температуре воздуха коэффициент так же меняется!Таблица значений коэффициентаЗначения коэффициента сжимаемости воздуха при различных давлениях и температурах Значения коэффициента сжимаемости воздуха при различных давлениях и температурах Зависимость коэффициента сжимаемости воздуха от давления (по оси x, атм) и температуры (согласно графиков) Зависимость коэффициента сжимаемости воздуха от давления (по оси x, атм) и температуры (согласно графиков) Голубой - данные получены интерполяцией экспериментальных значений Серый - экспериментальные значенияЖирным цветом с подчеркиванием выделены значения наиболее интересные с точки зрения ГДЗС.Скачать таблицу в Excel Из приведенной информации видно, что в большинстве интересующих ГДЗС случаев, коэффициент отличается от единицы на тысячные доли, что может быть пренебрежимо. И только при давлениях приближающихся к 300 атмосферам, он начинает увеличиваться и приближаться к 1,1 используемому в расчетах. Важно понимать, что расчет реального запаса сжатого воздуха уместно делать только в момент, когда баллон только что был наполнен, так как в дальнейшем при работе в аппарате, воздух расходуется, давление в баллонах уменьшается, а следовательно и коэффициенты изменяются. С точки зрения формул 1 и 4, должен измениться и запас воздуха в баллонах, однако это не возможно! Именно поэтому, сейчас, при расчетах для ДАСВ коэффициент принимается равным 1,1 (так как рабочее давление баллонов достигает 300атм) при любых условиях, а для ДАСК - 1 (давление баллонов не превышает 200атм). По этой же причине ранее, в расчетах, для дыхательных аппаратов АИР-2, коэффициент принимался 1 - так как рабочее давление в баллонах данного ДАСВ было 200атм[6].
Вверх Куратор(ы) страницы:Obsidianwiki-fire.org Энергия - сжатый воздух - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2Энергия - сжатый воздухCтраница 2 В этом случае энергия сжатого воздуха, несмотря на ее значительно большую стоимость по сравнению с электроэнергией, является наиболее приемлемой. [16] В поршневых двигателях энергия сжатого воздуха передается от поршня через шатун на коленчатый вал. У такого двигателя, кроме цилиндра с поршнем ( плунжерная пара), шатунов и коленчатого вала, имеется распределительное устройство. Распределительное устройство впускает сжатый воздух в цилиндр или выпускает из него в зависимости от положения поршня в цилиндре. [17] Первый вид: энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию движущейся жидкости посредством механического элемента, который является проводником энергии. В этом случае сжатый воздух используется как привод к обычным поршневым или центробежным насосам. [18] В зубильном молотке энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую с помощью воздухораспределительного устройства и поршня-бойка, перемещающегося. [19] Пневмосверлилки работают от энергии сжатого воздуха. [21] В воздушных выключателях энергия сжатого воздуха используется и как движущая сила, перемещающая контакты, и как дугогасящая среда. [22] Принцип двукратного преобразования энергии сжатого воздуха положен в основу конструкций пневматических отбойных молотков и амортизационных устройств. Мембранные, называемые также диафрагмовыми, двигатели широко применяются в конструкциях насосов для жидкости, пульпы, ила, бетонных и штукатурных растворов, контрольно-измерительных и тормозных приборов и во многих других случаях при необходимости обеспечить пульсационное движение или разовое малое перемещение. [23] Пневматический привод использует энергию сжатого воздуха, перемещающего поршень. Особенностями и преимуществами этого привода являются большие усилия, возможность изменения в широких пределах скорости перемещения, простота кинематики и, наконец, гибкость управления, осуществляемого с помощью золотников, передвигаемых какой-либо деталью автомата или небольшим электромагнитом. [24] Приводы, использующие энергию сжатого воздуха, имеют преимущества по сравнению с приводами других типов. [25] Газлифты, использующие энергию сжатого воздуха или газа, широко применяются в нефтедобывающей промышленности при компрессорной добыче нефти. [26] В пневматических системах используется энергия сжатого воздуха. Выходной сигнал датчика передается к вторичному прибору по трубопроводу, внутренний диаметр которого 6 мм. [27] В пневматических регуляторах используется энергия сжатого воздуха. Эти регуляторы надежны в работе и безопасны в пожарном отношении. [29] Страницы: 1 2 3 4 5 www.ngpedia.ru Энергия из воздуха - реальность?Обратная связь Однако при расчете устройств линейную скорость молекул ис пользовать нельзя. Необходимо учитывать ско рость диффузии, которая суще ственно меньше средней скоро сти молекул. Хотя... на принцип сортировки молекул по скоростям это не влияет. И более высоко скоростные молекулы все равно имеют более высокую вероят ность попасть в тангенциальный поток, нежели низкоскоростные. Ну, так и что? Энергию из воз духа мы получать научились. Но в нашей энергетической установке, кажется, чего-то не хватает.... Вот чего! Установка потребляет энергию извне - сжатый воздух. Но, поскольку на выходе энергии получается больше, почему бы нам не вернуть часть энергии обратно на вход, организовав тем самым обратную связь между потоками энергоносителя? Каким образом? Да просто: часть или весь горя чий поток отправить обратно в компрессор. Вследствие этого повысится давление и температура входя щего сжатого воздуха, и, следова тельно, увеличится тангенциаль ная скорость потока и усилится эффект сортировки молекул. Следует помнить, что, кроме этого, в компрессор обязательно должен поступать атмосферный воздух - ведь энергию мы заби раем у него. Кроме того, потерь тепла (энергии) в компрессоре также быть не должно, т. е. сжатие воздуха должно быть адиабати ческим. При этом воздух, возможно, бу дет нагреваться до существенных значений (500-1000 °С). Но ведь и температура рабочей смеси в цилиндрах двигателя обычного автомобиля также около 800 °С. Как же отобрать излишки энер гии для движения автомобиля? Использовать разницу темпера тур горячего и холодного потоков для работы в тепловой машине? Ни в коем случае! Формула Карно «съест» всю добытую с таким трудом энергию. Один из вариантов отбора энер гии - установить на периферии тангенциального потока турби ну, которая одновременно будет питать двигатель автомобиля и компрессор. При эффективной обратной связи скорость тангенциального потока будет достаточно высокой, чтобы покрыть все энергетиче ские издержки машины. После отработки на турбине тангенци альный поток уже должен будет иметь малую скорость, низкое давление и пониженную темпе ратуру. Торнадо А теперь давайте посмотрим на смерч! Вот он - «демон Максвелла» - в чистом виде! Количество энергии в ноосфере планеты всегда практически одинаково, од нако постоянно в ней возникают сгустки энергии (торнадо, смер чи, тайфуны, циклоны). Смерч «высасывает» энергию из окру жающего его воздуха, имеющего большую энтропию, чем он сам, и уменьшает энтропию внутри себя! Кто с этим будет спорить? Остается загадкой, как при таких условиях можно было сде лать вывод, что энтропия всегда растет. А ведь это и есть второй закон термодинамики, почти на полтора века определивший на правление развития энергетики на планете! Аналогия торнадо и трубы Ранка почти полная. Середина - «глаз» - смерча значительно охлаждается со значительным понижением давления внутри него. Возникает восходящий поток, направленный от поверхности земли вверх. До полнительную энергию смерч получает от приповерхностного воздуха, «засасываемого» им у своего основания. Простое ли это совпадение? Этот эффект перераспределения энергии проявляется при любой скорости спирально закрученной материи. При увеличении скорости - в большей степени. После распадения одного вихря возни кает следующий, который вновь перераспределяет всю энергию, и так - до бесконечности.
Примечание: все вышепри веденные расчеты сделаны для идеального газа.
www.wewees.ru Энергия - сжатый воздух - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Энергия - сжатый воздухCтраница 1 Энергия сжатого воздуха в конце хода штока расходуется на упругую деформацию, и полезное усилие на штоке становится равным нулю. [1] Энергия сжатого воздуха издавна привлекала внимание ученых. [2] Энергия сжатого воздуха используется также при пуске пнев-мостартером, который представляет собой расширительную машину роторно-лопастного типа. Пневмостартеры применяются на двигателях грузовых автомобилей большой грузоподъемности, на которых сжатый воздух используется также для торможения и привода различных вспомогательных механизмов. По сравнению с пуском электростартером этот метод имеет преимущество при низких температурах, когда энергия аккумуляторных батарей сильно уменьшается. Пневмостартеры используют также на двигателях мотово-зов, работающих во взрывоопасных помещениях, в тахтах и рудниках, где применение электростартеров исключено. Установка пневмостартера и соединение с коленчатым валом осуществляются так же, как и электрического стартера. [4] Энергия сжатого воздуха полнее всего используется при разгоне частей до конца хода. [5] Энергия сжатого воздуха будет максимально использоваться для транспортирования пыли, если факел воздуха, исходящего из сопла питателя, будет иметь на входе транспортного трубопровода поперечное сечение, соответствующее внутреннему сечению транспортного трубопровода. [6] Энергия сжатого воздуха преобразуется в этих двигателях в кинетическую энергию бойка, который играет роль поршня, свободно перемещающегося внутри цилиндра. [7] Энергией сжатого воздуха давлением 5 - 6 am, подводимого в форсунку непосредственно от заводской сети, абразивные частицы выбрасываются из форсунки на обрабатываемую поверхность детали 5 со скоростью 50 - 70 м / сек. [8] Использование энергии сжатого воздуха, как об этом будет сказано ниже, очень удобно в многошпиндельных инструментах, в связи с возможностью создания специальных малогабаритных ротационных двигателей, хорошо устанавливающихся по нескольку штук в одном корпусе инструмента. Подобная же компоновка из нескольких электродвигателей обычно получается более громоздкой и тяжелой. [9] Использование энергии сжатого воздуха обеспечивает выходному звену пневмопривода высокую скорость. В приводах с цикловым позиционным управлением поршень исполнительного двигателя подходит к заданной точке останова с максимальной скоростью. Если не предусматривать специальных средств торможения, то останов поршня происходит за счет механического упора, что вызывает механические вибрации груза, повышенный уровень шума и резкие динамические нагрузки на конструкцию двигателя. [10] При использовании энергии сжатого воздуха необходимо, чтобы он был очищен и осушен до температуры точки росы - 40 С, а давление ( так же, как при использовании гидроэнергии) должно быть постоянным и находиться в диапазоне допустимых значений. [11] Для использования энергии сжатого воздуха в приспособлениях требуется соответствующая силовая, регулирующая и воздухоподводящая аппаратура. Сжатый воздух за редким исключением получается от общецеховой или общезаводской воздушной магистрали. Для нормальной работы аппаратуры требуется воздух, по возможности освобожденный от влаги, кислот и всяких механических включений. Несоблюдение этих требований приводит к засорению аппаратуры, окислению ее рабочих каналов и полостей и в результате к нарушению зажимных свойств приспособлений. [12] Газомотокомпрессоры запускаются энергией сжатого воздуха и имеют несколько периодов, когда надо включать или отключать некоторые устройства. Для ручного управления пуск и остановка газомотокомпрессора сложны. Поэтому часть периода пуска автоматизирована. Перед пуском компрессора необходимо вручную подать насосом масло к движущимся и трущимся узлам. После этого нажимается кнопка Пуск, и автоматический пуск производится в следующем порядке. [13] В эрлифтах используется энергия сжатого воздуха. [14] Кроме того, энергия сжатого воздуха совершенно безопасна в шахтах с выделением метана. Это приобретает особое значение в настоящее время в связи с переходом к разработке угольных пластов на больших глубинах, где возможны внезапные выбросы метана и угольной пыли. [15] Страницы: 1 2 3 4 5 www.ngpedia.ru Как оценить расход сжатого воздуха?Как определить расход сжатого воздуха? Как узнать расход сжатого воздуха?Очень часто при расширении производства и планировании покупки компрессорного оборудования возникает вопрос, какая мощность компрессора необходима? Сколько воздуха нужно для подключения оборудования? Предлагаю рассмотреть один из вариантов расчёта, который позволяет с максимальной точностью посчитать расход сжатого воздуха.Сразу отмечу, что данный Вариант подходит не всегда, а только в том случае, когда у Вас есть уже какой-нибудь компрессор с ресивером и Вы планируете увеличить размеры производства и соответственно потребление сжатого воздуха.
Расчёт достаточно прост, для этого нужно: Где: Q – потребление сжатого воздуха системой, л/мин; Pн – давление начала измерения, бар; Pк – давление окончания измерения, бар; Vр – объем ресивера, л; t – Время, за которое давление опускается с Pн до Pк В итоге мы получили точное потребление сжатого воздуха нашей системой. Конечно, замеры для такого расчёта, необходимо проводить во время максимальной загрузки производства. Это позволит избежать ошибок и недооценки потребления. Если, по каким-либо причинам Вы не можете отключить компрессор, Вы тоже можете воспользоваться этой формулой. Для этого необходимо вычесть из полученного результата производительность компрессора. Не забудьте про размерности чисел, из л/мин вычитайте л/мин. Когда Вы планируете, расширение производства, к полученному результату прибавляем потребление нового оборудования (как его посчитать читайте в статье) и получаем суммарный расход будущего производства. После получения результата, можно высчитать необходимую производительность будущего компрессора. Для этого достаточно к рассчитанному потреблению прибавить запас. Обычно 10-15%. Зачем делать запас?Запас необходим, чтобы компенсировать неточности, допускаемые при замере производительности и для того, система регулирования компрессора обеспечивала оптимальное количество включений и выключений компрессора. О системах регулирования компрессором мы расскажем в следующих статьях. Следуя указанному методу, мы получим значение расхода воздуха, которое позволит оптимально подобрать компрессор в полном соответствии с требованиями производства. Следует также отметить, что измеряя потребление, таким образом, мы получаем потребление системы вместе с потерями и часть из них мы можем оценить. Почему часть? Дело в том, что потери можно разделить на две группы: постоянные, возникающие в результате утечек в соединениях трубопроводов и переменные, которые возникают по мере износа оборудования. С помощью описанных выше измерений можно легко посчитать постоянные потери. Для этого накачиваем давление в ресивер и прекращаем работу всего оборудования. Как и в предыдущем случае засекаем время падения давления, в ресивере и, воспользовавшись формулой, получаем результат. Чтобы получить полную картину не перекрывайте краны на входе в оборудование, это позволит оценить потери не только в трубопроводах, но и в пневмошлангах и соединениях на самом оборудовании. Зачем нам оценивать потери?Напомню, что компрессор – крайне не эффективная система и его КПД не превышает 10%. Это значит, что всего 10% энергии мы можем использовать в виде энергии сжатого воздуха. Всё остальное уходит на нагрев в результате работы по сжатию воздуха. Даже если в пневмомагистрали нет утечек и все соединители и быстросъёмные муфты исправны и меняются по мере необходимости, утечки всё равно возникнут и связаны они не с трубопроводами, а с пневмоинструментом. В процессе эксплуатации инструмента происходит его естественный износ, увеличение зазоров и старение прокладок и т.д., что влечёт за собой увеличение расхода воздуха при работе. Произведя несложные расчеты, получим, что энергия сжатого воздуха примерно в 10 раз дороже электроэнергии. Т.е. энергия сжатого воздуха очень дорогая и, соответственно, потери в системе сжатого воздуха обходятся очень дорого. Получив числовые данные о потерях, Вы сами можете оценить, стоит с ними бороться или потери не существенны и их стоимость не велика. Пример из практики:На одном из предприятий по выпуску ЖБИ мы проводили замену компрессоров для цеха по сварке сетчатых карт. В цехе стояло 6 аппаратов контактной сварки сетки с пневматическим прижимом электродов. Воспользовавшись приведённым в данном разделе расчётом, мы оценили расход цеха в процессе работы (для повышения точности проводили несколько замеров за смену). Расход оказался равным 11500 л/мин. Затем мы произвели замеры по окончание смены, для того чтобы оценить потери в цеху. Потери оказались около 1200 л/мин, на уровне 11%. Многовато. Обследовав магистраль сжатого воздуха, оказалось, что эти потери легко устранимы. Травили воздух большинство соединений в системе. Подмотка, подтяжка и замена некоторых соединений дали отличные результаты. После проведённых работ потери составили 30 л/мин. Один день работ по устранению утечек и отличный результат. Сокращение расходов на электроэнергию компрессорной более чем на 10%. Далее, устранив постоянные потери, мы сравнили полученный расход всего цеха с паспортным расходом стоящего в нём оборудования. В данном случае это было не сложно. В цехе было не много потребителей. Это сравнение дало впечатляющие цифры. Потери сжатого воздуха в пневмоцилиндрах составили 2300 л/мин, 23 % от общего потребления сжатого воздуха. Для устранения этих потерь потребовался ремонт оборудования. Он был произведён собственными силами предприятия. На этом примере чётко видно, сколько энергии предприятие тратило в пустую. Потери только в одном цеху составили 3500 л/мин. Это примерно 22 кВт. Т.е. предприятие теряло постоянно 22 кВт/час электроэнергии только в одном цеху. В завершение нужно отметить, что данный метод достаточно точен, и позволяет обойтись без расходомера и вместе с тем, его применение не всегда возможно. Его сложно применять на больших предприятиях с разветвлённой пневмосистемой и неравномерным потреблением сжатого воздуха, хотя для отдельных цехов он вполне применим. Главное, чтобы у Вас был достаточного объёма ресивер. www.enteksys.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
