Гидравлический расчет теплоэнергетического агрегата

="text-align:center">Р_к =578704-(-258)= 578962

 

15) Плавный поворот на 90°

Р_к = 578962- 1053 = 577909

16) Трение на участке ℓ7

= 577909 – 574007 = 3902

Согласно заданию, увеличим суммарные  потери давления на 20%

Окончательное давление газа перед  горелкой будет равно:

Р = 410331 Па или 410,331 кПа

        Рассчитанные потери давления  и определённые коэффициенты  местных сопротивлений разных  участков газопровода занесём  в таблицу 1.1. [1]

Изменение давления газа по длине газопровода представлено на рисунке1.2.

 

 

Рисунок 1.2 – Изменение давления газа по длине всего газопровода

 

 

Таблица 1.1 – Расчет гидравлических сопротивлений газопровода

Вид сопротивления	Длина участка L,м	Коэффициент местного сопротивления  Км.с	Давление Ризб, Па			Потери давления ∆Р, Па
			в начале участка	в конце участка
1. Вход в газопровод	-	1,1	729085	726018		3067
2. Трение на участке L1	3	−	726018	722916		3102
3. Задвижка	-	6	722916	706045		16871
4. Трение на участке L2	1	−	706045	704983		1062
5. Потери геометрического напора	-	−	704983	704847		136
6. Плавный поворот на 90⁰	-	0,3	704847	703982		865
7. Трение на участке L3	20	−	703982	682368		21614
8. Измерительная диафрагма	-	7	682368	661515		20853
9. Трение на участке L4	9	−	661515	651244		10272
10. Регулирующая заслонка	-	18	651244	595060		56184
11. Трение на участке L5	2	−	595060	592537		2523
12. Плавный поворот на 90⁰	-	0,3	592537	591508		1029
13. Трение на участке L6	10	−	591508	578704		12803
14. Потери геометрического напор  (H= L6)	-	−	578704	578962		-258
15. Плавный поворот на 90⁰	-	0,3	578962	577909		1053
16. Трение на участке L7	3	−	577909	574007		3902
ИТОГО, с учетом 10-20% запаса						178340
Конечное давление газа перед горелкой					421660

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ПРИРОДНОГО  ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ЧЕРЕЗ  СОПЛО ЛАВАЛЯ

 

Комбинированное сопло (Лаваля) имеет суживающуюся и расширяющуюся  части (рисунок 2.1).

В первой части достигается критическая  скорость, равной местной скорости звука, во второй – максимальная скорость движения газа. Сопло Лаваля применяется  в том случае, если отношение давлений ( - абсолютное давление перед соплом, Па; - абсолютное давление среды, в которую происходит истечение), меньше критического:

                                                                                      (2.1)

В противном  случае расширяющаяся часть выполняет  роль диффузора, в котором скорость снижается вследствие увеличения площади  сечения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 - Выходная часть горелки

В узком сечении сопла Лаваля достигается критическая скорость, м/с:

                                            (2.2)

Максимальная  расчетная скорость, м/с:

                                       (2.3)

Скорость на выходе из сопла Лаваля:

                                              (2.4)

где - коэффициент, учитывающий потери при истечении газа.

При расчете сопла Лаваля используют газодинамические функции, которые  могут быть определены по графикам, или из отношений относительная  скорость:

                                    (2.5)

 

относительное давление:

                                             (2.6)

относительная плотность:

                                             (2.7)

относительный удельный объем: 

                                         (2.8)

относительная температура:

                                  (2.9)

 

 

 

В критическом сечении ( ) газодинамические функции принимают вид:

                                             (2.10)

                                            (2.11)

                                            (2.12)

                                                   (2.13)

                                                   (2.14)

Площади поперечного сечения и  диаметры сопла в узком месте  и на выходе определяют, используя  закон неразрывности (сплошности):

                               (2.15)

                                                    (2.16)

                                                  2.17)

                                                       (2.18)

                                                    (2.19)

                                                   (2.20)

Длина расширяющейся части сопла  находится по углу раскрытия, который  принимают в пределах 7÷11º.

                                                (2.21)

                                                   (2.22)

Перед входом в сопло Лаваля у газа были сл. термодинамические параметры:

Расчеты

Определим относительное давление в критическом сечении сопла  Лаваля, а также абсолютные давления в критическом сечении сопла  и на выходе из него. Изменение давления газа по длине сопла Лаваля отображено на рисунке 2.3.

_{Найдём плотность  газа на входе в  сопло Лаваля, в  его критическом  сечении, а также  на выходе из него. На рисунке 2.5 показано, как изменяется плотность газа в сопле Лаваля. Величина, обратная плотности газа- его удельный объём. Изменение удельного объёма газа по длине сопла Лаваля изображено на рисунке 2.6.}

_{Рассчитаем массовый расход газа в сопле  Лаваля:}

_{Рассчитаем скорости истечения газа на входе, выходе и в критическом сечении сопла Лаваля, а также рассчитаем относительную скорость. На рисунке 2.2 показано , как изменяется скорость газа по длине сопла Лаваля}

    

_{Найдём температуру  газа в критическом  сечении сопла  Лаваля, а также, зная его относительную  скорость, определим  температуру на выходе из него. Изменение  температуры газа по длине сопла  мы можем наблюдать  на рисунке 2.4.}

_{Рассчитаем диаметр  критического сечения  сопла Лаваля:}

 

 

_{Найдём  длину расширяющейся  части сопла Лаваля, приняв угол раскрытия  β равным 10°.}

_{На  рисунках 2.2 – 2.6 приведено  изменение скорости истечения газа, его  давления, температуры, плотности и удельного  объема по длине сопла  Лаваля.}

Рисунок 2.2–  Изменение скорости истечения газа в сопле Лаваля

 

Рисунок 2.3 – Изменение давления газа в  сопле Лаваля

Рисунок 2.4 – Изменение температуры газа в сопле Лаваля

 

Рисунок 2.5 – Изменение плотности  газа в сопле Лаваля

 

Рисунок 2.6 – Изменение удельного  объёма газа в сопле Лаваля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 РАСЧЕТ ИСТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА  (ГАЗА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ) ЧЕРЕЗ  ЩЕЛЕВОЕ СОПЛО

 

Если абсолютное давление среды  не более чем на 10% выше атмосферного, то его условно называют низким. Плотность и температуру воздуха  в процессе истечения принимают  неизменными. Скорость истечения (м/с), рассчитывается по формуле:

                                       (3.1)

где =0,85÷0,9 – коэффициент, учитывающий потери при истечении;

- скорость перед соплом, которую  предварительно можно принять  равной 0;

- плотность воздуха, приведенная  к действительным условиям.

Расход воздуха, подаваемого в  горелку и необходимого для сжигания топлива, определяется по формуле:

                                             (3.2)

Площадь поперечного сечения кольцевой  щели для истечения воздуха F определяется из уравнения неразрывности (сплошности):

                                      (3.3)

Диаметр кольцевой щели D рассчитывается с учетом наружного диаметра сопла  Лаваля:

 

                                          (3.4)

 

 

 

 

Расчеты:

Рассчитаем скорость истечения  воздуха через щелевое сопло, предварительно найдя плотность  и прияв φ равным 0,85.

 

_{Зная  коэффициент расхода  воздуха, его теоретический  расход, а также  расход природного газа, определим массовый расход воздуха в  щелевом сопле.}

 

 

_{С учётом наружного  диаметра сопла Лаваля, определим диаметр  кольцевой щели:}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  ДЫМОВОГО ТРАКТА 

 

Гидравлический расход дымового тракта заключается в определении разрежения, создаваемого в конце тракта дымовыми газами и в соответствии с этим выбор способа вывода продуктов  сжигания в атмосферу. Зная величину разрежения, вычисляют приблизительную  высоту дымовой трубы (первый способ отведения продуктов сгорания) и  если она не соответствует принятым нормам, тогда выбирают дымосос (второй способ) в зависимости от полученного  расхода в конце дымового тракта.

Общее сопротивление дымового тракта рассчитывается как сопротивление  газохода низкого давления и состоит  из потерь давления на трение, в местных  сопротивлениях и потерь геометрического  давления:

                          (4.1)

Потери на трение рассчитывается по формуле:

                       (4.2)

где l=0,04…0,05 для бетонных и кирпичных каналов при турбулентном режиме течения (примем l=0,05);

Р_дин – динамическое давление, Па;

В – барометрическое давление, кПа; В=101325Па;

Р^изб – избыточное давление (разрежение), кПа, в начале участка;

d_г – гидравлический диаметр канала, м,

                                             d_г=4F_расч/П                                                 (4.3)

F_расч – расчетное поперечное сечение канала, м²;

П – периметр сечения, м.

Скорость газа при нормальных условиях на любом участке 

                                                                                                     (4.4)

Рисунок 4.1 – Схема дымового тракта.

          1- теплоэнергетический  объект (печь);  2 – дымовой канал; 3 – рекуператор;