Устройство воздуховодов

Воздухопроводы – это трубопроводы, предназначенные для транспортирования по ним воздуха. Воздухопроводы подразделяются на всасывающие, нагнетательные и магистральные. Всасывающий воздухопровод – это участок трубопровода от фильтра до всасывающего патрубка компрессора, нагнетательный – от нагнетательного патрубка компрессора до фланца вспомогательного оборудования, магистральный – от ресивера до потребителя сжатого воздуха.

Конструкция и материалы применяемой арматуры должны соответствовать условиям её работы и определяются в зависимости от рабочего давления, температуры и условного диаметра трубы, на которой арматура устанавливается. Для воздухопроводов, давление на которых достигает 2,5 МПа, а температура 300°С, рекомендуется применять арматуру с корпусами из чугуна. Бронзовую запорную арматуру допускают на трубопроводах при условии, что давление в трубопроводе не более 1,3 МПа, а диаметр его не превышает 200 мм, или не более 0,8 Мпа при диаметре до 500 мм.

Трубопроводы сжатого воздуха монтируют из гладких сварных стальных труб общего назначения. Соединения труб фланцевые с прокладками из резины, картона, на муфтах и сварные. При устройстве воздухопроводов должна быть предусмотрена возможность их температурного удлинения во избежание деформации и возникновения дополнительных усилий в соединениях.

Для обеспечения надёжной работы компрессорной станции схема воздуховодов должна предусматривать индивидуальную работу каждого компрессора с соответствующим вспомогательным оборудованием. Все трубопроводы, подвергающиеся нагреву и располагающиеся на высоте, на которой человек может получить ожог, должны иметь тепловую изоляцию. В помещениях компрессорной станции запрещается прокладка газопроводов с природным и искусственным горючим газом, так как при утечке газа и засасывании его воздушным компрессором может произойти взрыв.

В воздухопроводах не должно быть зон, где могут скапливаться конденсат и масло. Для их стока воздухопроводы монтируют с уклоном от 1: 200 до 1: 300 в направлении движения сжатого воздуха. На отдельных участках воздухопроводов должны быть установлены водомаслоотделители с автоматической или ручной продувкой воздухопровода. Рекомендуется трубопроводы сжатого воздуха закольцовывать.

Поскольку давление в воздухопроводах может меняться в широких пределах, то при расчёте необходимо учитывать изменение плотности воздуха. Для каждого участка воздухопроводов рассчитывается средняя плотность воздуха по формуле

 

. (2.12)

 

где и - плотность воздуха в начале и конце трубопровода.

В расчетах сетей сжатого воздуха удобно иметь дело с массовым расходом воздуха, так как он не зависит от температуры и давления.

Внутренний диаметр и площадь проходного сечения воздухопровода определяется по формулам

 

(2.13)

 

F =G/ (w ), (2.14)

 

где G – массовый расход воздуха, w – средняя скорость воздуха.

Падение давления в трубопроводе определяется из следующего выражения:

 

Δ р = Δ р тр + Δ р м.с, (2.15)

 

где Δ р тр – падение давления от трения на прямых участках трубопровода; Δ р м.с – падение давления на местных сопротивлениях.

Падение давления на прямых участках трубопроводов от трения при протекании любой однофазной среды с постоянной плотностью и вязкостью рассчитывается по формуле

 

Δ р тр =λ l w²;/(2 d вн), (2.16)

 

где λ – коэффициент сопротивления трения; l – длина участка; – плотность воздуха; w – скорость потока; d вн - внутренний диаметр проходного сечения вздухопровода.

В зависимости от режима течения среды коэффициент сопротивления трения определяется из следующих соотношений:

при Re = wd вн/ v < 2300 (ламинарное течение) по формуле Пуазейля

 

λ = 64/Re, (2.17)

 

при 2300< Re < 568/Δ (переходная область) по формуле А.Д. Альтшуля

 

λ = 0,11 (k э/ d вн + 68/Re)^0,25, (2.18)

 

при Re > 568/Δ (квадратичный закон течения) по формуле Б. Л. Шифринсона

 

λ = 0,11 (k э/ d вн), (2.19)

 

где Re – число Рейнольдса; v – коэффициент кинематической вязкости; Δ;= k_э / d вн– относительная эквивалентная шероховатость стенки; k э- абсолютная эквивалентная шероховатость стенки трубопровода.

Для воздухопроводов сжатого воздуха k э = 0,8 мм.

Падение давления на местных сопротивлениях

 

Δ р м. с = ξ w ² / 2, (2.20)

 

где ξ – коэффициент местного сопротивления.

Скорость воздуха для магистральных воздухопроводов рекомендуется принимать при давлениях, близких к атмосферному, w = 20...40 м/с, при давлении 1 МПа w = 12... 16 м/с.

При этом проектировании воздухопроводов часто приходится по располагаемому перепаду давлений и заданному расходу находить площади проходных сечений трубопроводов. Расчёт при этом ведётся методом последовательных приближений. В настоящее время расчёт воздухопроводов

выполняется с помощью программ, облегчающих работу, а также на ЭВМ.