Режим работы компрессорного цеха

Режим работы компрессорного цеха

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт транспорта

Кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов»

Контрольная работа

по дисциплине: «Сооружение насосных и компрессорных станций»

Тюмень 2013 г

Расчет режима работы КС с центробежными нагнетателями

Цель работы: Рассчитать режим работы компрессорного цеха.

Дано: температура Т=298К, давление на входе Рвх=5,2 МПа, номинальная частота вращения ротора nн=4200 об/мин, фактическая частота вращения ротора n=3700 об/мин, относительная плотность газа ∆в=0,6, агрегат ГПА-25

Газовая постоянная R'=R/∆в = 286,8/0,6=478 Дж/(кг∙К); R=268,8 - газовая постоянная воздуха; ∆в - относительная плотность газа по воздуху.

Коэффициент сжимаемости природного газа от приведенных давления и температуры z = 0,92.

Плотность газа при температуре 20° С и давлении 0,1013 МПа:

ρн= ∆в∙1,205=0,6∙1,205=0,723 (3.1)

Плотность газа при всасывании:

ρ= Pвх/(ZRT)=5,2 ∙106/(0,92∙478∙298)=39,6 кг/м3 (3.2)

вх - абсолютное давление на входе;

Т - температура на входе в К.

Коммерческая подача группы нагнетателей:

 33,3 млн м3/сут (3.3)

kc - коммерческая подача КС;- число параллельно работающих групп.

Объемная подача нагнетателя первой ступени:

(3.4)

Приведенная объемная подача нагнетателя:

 (3.5)

н - номинальная частота вращения ротора.

Приведенная частота вращения:

 (3.6)

Находим по графикам степень сжатия ɛ, приведенную относительную мощность и КПД политропический ηпол:

ɛ=1,44;

ηпол=0,86;

=695 КВт/кг∙м3

Внутренняя мощность потребляемая нагнетателем:

(3.7)

Мощность на муфте привода:

=Ni+Nмех=15261,7+250=15511,7 КВт (3.8)

Nмех - механические потери для газотурбинного привода 250 КВт.

Давление на выходе из нагнетателя:

Рвых=Рвх =5,2=7,5 МПа. (3.9)

Температура на выходе из нагнетателя:

 = 56,4 С (3.10)

Вывод: Допустимая температура меньше 60 С, а допустимое давление (7,5 МПа) не больше допустимого рабочего давления в газопроводе.

Расчет траверсы сплошного сечения, работающей на сжатие

Цель работы: Выполнить расчет траверсы сплошного сечения, работающей на сжатие, выбрать номер двутавра и провести проверку траверсы на устойчивость. Дано: m - масса траверсы, 18 т;

α - угол, 450;

φ0 - коэффициент устойчивости стержня при продольном изгибе, 0,4; - расчетное сопротивление материала траверсы, 210 МПа;

 - коэффициент приведения расчетной длины, 1; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2

. Находим натяжение в каждой канатной подвеске, соединяющей траверсу с крюком грузоподъемного механизма, задавшись углом α =45°:

 (3.11)

где m - масса поднимаемого груза, т;  - угол, 0.

2. Подсчитываем разрывное усилие, взяв канатную подвеску в две нити и определив по ГОСТ коэффициент запаса прочности, как для грузового каната с легким режимом работы, кз = 5:

 (3.12)

Рис. 1 - Схема траверсы

. По найденному разрывному усилию, пользуясь таблиц ГОСТ 7668-80, подбираем стальной канат типа ЛК-РО конструкции 6 X 36 (1 + 7 + 7/7 + 14) + 1 о. с. для подвесок с характеристиками:

δ - временное сопротивление разрыву, МПа 1960разрывное усилие, кН 638,5- диаметр каната, мм 33масса 1000 м каната, кг 4155

. Выбираем профиль сечения траверсы из одного швеллера, двутавра, или спаренных швеллеров.

5. Определяем сжимающее усилие в траверсе:

 (3.13)

где kП - коэффициент перегрузки (kП=1,1); kД - коэффициент динамичности (kД = 1,1).

. Находим требуемую площадь поперечного сечения траверсы для траверсы, задаваясь коэффициентом продольного изгиба φ0 = 0,4:

 (3.14)

где - коэффициент устойчивости стержня при продольном изгибе; k- коэффициент условий работы траверсы, равный 0,85;расчетное сопротивление материала траверсы, МПа.

. По принятому профилю и Fтр выбираем двутавр № 14 По ГОСТ 8239-89 с произвольным поперечным сечением Fтр=17,4 см2. Радиус инерции сечения rх=5,73 см.

. Находим расчетную длину траверсы считая, что концы траверсы закреплены шарнирно:

 (3.15)

где µ - коэффициент приведения расчетной длины; l- фактическая длина стержня траверсы, l = 3м.

. Определяем гибкость траверсы:

Причем необходимо, чтобы . Здесь максимально допустимая гибкость стержня траверсы для траверс из проката =150. Условие  выполняется.

. По найденному () находим в таблице коэффициент продольного изгиба φ. При изменении ()от 0 до 2000 (φ) изменяется от 0,19 до 1. φ=0,212.

11. Полученное сечение траверсы проверяем на устойчивость:

; 108,9/0,212·17,4 ≤ 0,85·210; 29,5 ≤ 178,5. (3.17)

Условие устойчивости выполняется, следовательно, получено правильное сечение траверсы.

Вывод: Определили, что при работе двутавровой балки на сжатие устойчивость не нарушается.

Расчет траверсы на изгиб

Цель работы: Выполнить расчет траверсы, работающей на изгиб, выбрать профиль сечения балки и проверить на условие

Дано: т - масса груза, 32 т; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; R - расчетное сопротивление материала траверсы, 550 МПа; k - коэффициент условий работы, 0,85.

. Определяем нагрузку (Р), действующую на траверсу, по формуле:

 (3.18)

где G- вес поднимаемого груза; т - масса самого тяжелого поднимаемого груза, т; g- ускорение свободного падения, м/с2; п - коэффициент перегрузки (п =1,1);  - коэффициент динамичности (= 1,1).  

2. Рассчитываем максимальный изгибающий момент Мтах, возникающий в центральном сечении траверсы, по формуле:

,  (3.19)

. Вычисляем требуемый момент сопротивления сечения траверсы

 (3.20)

где k - коэффициент условий работы; R - расчетное сопротивление материала траверсы, МПа.

 (3.21)

. Выбираем профиль сечения балки - двутавр.

. По полученному значению требуемого момента сопротивления выбираем профиль сечения с моментом сопротивления,Wx., соблюдая при этом условие:

Выбираем по с ГОСТ 8239-89 двутавр №30 с моментом сопротивления 472 см3.

Вывод: Определили, что при работе двутавровой балки на изгиб устойчивость не нарушается.

Расчёт балочного крана

Дано: пролет крана LK= 10,6 м; скорость передвижения V = 0,48 м/с; высота подъема Н= 10 м; режим работы средний; управление с пола.

Выберем кинематическую схему однобалочного мостового крана (кран-балки) с центральным приводом и передвижной электрической талью.

Расчет механизма передвижения крана:

. Определяем размеры ходовых колес по формуле:

 (3.22)

Максимальную нагрузку на колесо вычисляем при одном из крайних положений электротали.

По ГОСТ 22584-96 принимаем массу тали mт=180 кг = 0,18т (ее вес G7 = mTg ≈0,18×10 = 1.8кН) и длину L = 870 мм. Массу крана с электроталью выбираем приближенно по прототипу mк ≈ 2,15т. Тогда вес крана Gк=mкg ≈ 2,15 × 10 = 21,5 кН. Ориентировочно принимаем l ≈ L ≈ 0,87 м.

Для определения нагрузки Rmax пользуемся уравнением статики

∑M2 = 0 или - RmaxLк+ (GГ+ GT)×(Lк -l) + (Gк - GT) × 0,5Lк =0 (3.23)

откуда Rmax= (3.24)=≈ 40,8 кН

При общем числе ходовых колес Zk= 4 нагрузка приходится на те два колеса крана, вблизи которых расположена тележка. Тогда

R = Rmax/2,R = 40,8/2 = 20,4 кН = 20400 Н. Следовательно,

;

Согласно ГОСТ 3569 - 74 выбираем крановое двухребордное колесо диаметром Dк = 250 мм. Диаметр цапфы dц= Dк/(4...6) ≈ (50...35) мм. Принимаем dц= 50 мм.

Для изготовления колес используем сталь 45, способ термообработки нормализация (НВ ≈ 200). Колесо имеет цилиндрическую рабочую поверхность и катится по плоскому рельсу. При Dк ≤ 250 мм принимаем плоский рельс прямоугольного сечения, выбирая размер а по условию: а < В. При DK ≤ 250 мм ширина поверхности качения B = 60 мм. Принимаем а = 50 мм. Рабочая поверхность контакта b = а - 2R= 50 - 2 × 9 = 32 мм.

Коэффициент влияния скорости Kv=1 +0,2 V = 1 + 0,2 ×0,48= 1,096.

Для стальных колес коэффициент пропорциональности а1= 190.

Предварительно выбранные ходовые колеса проверяем по контактным напряжениям. При линейном контакте

σк.л = аlσк.л = = 450 МПа (3.25)

Поскольку допустимые контактные напряжения для стального нормализованного колеса [σкл] =450...500 МПа, то условие прочности выполняется.

. Определяем статическое сопротивление передвижению крана.

Поскольку кран работает в помещении, то сопротивление от ветровой нагрузки Wв не учитываем, т. е.

У = Wтр + Wук(3.26)

Сопротивление от сил трения в ходовых частях крана:

 (3.27)

Принимаем, μ = 0,3 мм, а для колес на подшипниках качения ƒ=0,015, Кр= 1,5. Тогда,

Сопротивление движению от возможного уклона пути.

Wyк = (G+ Gк)×α; Wyк = (32 + 21,5)×0,08 = 0,08 кН = 80 Н (3.28)

Таким образом, получаем Сила инерции при поступательном движении крана:

и= (Q + mк)v/tп;Fи= (3200 + 2150) х 0,48/5 = 418 Н (3.29)

где tп- время пуска; Q и mк- массы соответственно груза и крана, кг.

Усилие, необходимое для передвижения крана в период пуска (разгона),

;  (3.30)

3. Подбираем электродвигатель по требуемой мощности

;  (3.31)

Предварительно принимаем η = 0,85 и ψп.ср.= 1,65 (для асинхронных двигателей с повышенным скольжением).

Выбираем асинхронный электродвигатель переменного тока с повышенным скольжением 4АС71А6УЗ с параметрами:

номинальная мощность Рт= 0,4 кВт; номинальная частота вращения nдв = 920мин-1; маховой момент ротора (mD2)р= 0,00068 кг×м2; Tп/Tн = 2; Tmax/Tн= 2. Диаметр вала d= 19 мм. Номинальный момент на валу двигателя

;  (3.32)

Статический момент

;  (3.33)

. Подбираем муфту с тормозным шкивом для установки тормоза. В выбранной схеме механизма передвижения муфта с тормозным шкивом установлена между редуктором и электродвигателем. Подбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с наибольшим диаметром расточки под вал 22 мм и наибольшим передаваемым моментом [Тм] = 32 Н×м.

Проверяем условие подбора [Тм] ≥ Тм. Для муфты Тм= 2,1×Тн = 2,1×4,16 = 8,5 Н×м. Момент инерции тормозного шкива муфты Iт = 0,008 кг-м2. Маховой момент (mD2)T= 4×Iт = 0,032 кг-м2.

5. Подобранный двигатель проверяем по условиям пуска. Время пуска

;  (3.34)

 (3.35)

Относительное время пуска принимаем в зависимости от коэффициента α=Тс/Тн. Поскольку α = 2,23/4,16 = 0,54, то tп.о=1.

Ускорение в период пуска определяем по формуле:

= v/tn = 0,48/2,85=0,168 м/с2, что удовлетворяет условию.

. Проверяем запас сцепления приводных колес с рельсами по условию пуска при максимальном моменте двигателя без груза

 (3.36)

Статическое сопротивление передвижению крана в установившемся режиме без груза

 (3.37)

Ускорение при пуске без груза:

 (3.38)

Время пуска без груза:

 (3.39)

Общий маховой момент крана, приведенный к валу двигателя без учета груза,

 (3.40)

Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя при установившемся движении крана без груза

;  (3.41)

При α = Тс'/Тн = 1,633/4,16 = 0,393 получаем tп.о.= 1,тогда время пуска

 (3.42)

Ускорение при пуске:  (3.43)

Суммарная нагрузка на приводные колеса без учета груза

 (3.44)

Коэффициент сцепления ходового колеса с рельсом для кранов, работающих в помещении, φсц = 0,15.

Запас сцепления:  (3.45)

что больше минимально допустимого значения 1,2. Следовательно, запас сцепления обеспечен.

. Подбираем редуктор по передаточному числу и максимальному вращающему моменту на тихоходном валу Трmax. определяемому по максимальному моменту на валу двигателя:

 (3.46)

Выбираем горизонтальный цилиндрический редуктор типа Ц2У. При частоте вращения n = 1000 мин-1и среднем режиме работы ближайшее значение вращающего момента на тихоходном валу Ттих = 0,25 кН м = 250 Н м, что больше расчетного Тр mах. Передаточное число uр= 18.Типоразмер выбранного редуктора Ц2У-100.

. Выбираем тормоз по условию [Тт] >Тти устанавливаем его на валу электродвигателя. Расчетный тормозной момент при передвижении крана без груза:

 (3.47)

Сопротивление движению от уклона: =32,3НСопротивление от сил трения в ходовых частях крана

(3.48)

Общий маховой момент

 (3.49)

Время торможения:

Максимально допустимое ускорение:

 (3.50)

Число приводных колес znp= 2. Коэффициент сцепления φсц = 0,15. Запас сцепления Кц = 1,2. Фактическая скорость передвижения крана:

компрессорный станция балочный кран

;  (3.51)

т.е. сходна с заданным (исходным) значением. Расчетный тормозной момент:

Выбираем тормоз ТКТ-100 с номинальным тормозным моментом [TТ] = 10H·м, максимально приближенным к расчетному значению Тт и проверяем его по условиям торможения при работе крана с грузом. Проверка по времени торможения:

 (3.52)

Маховой момент масс:

 (3.53)

Статический момент сопротивления движению при торможении:

 (3.54)

Сопротивление движению при торможении:

 (3.55)

Сопротивление от сил трения:

 (3.56)

Сопротивление от уклона:

 (3.57)

Следовательно

Тогда статический момент сопротивления: , а время торможения: , что меньше допустимого [tт] = 6...8 с.