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:

сн= ?в•1,205=0,6•1,205=0,723 (3.1)

Плотность газа при всасывании:

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

Pвх — абсолютное давление на входе;

Т — температура на входе в К.

Коммерческая подача группы нагнетателей:

33,3 млн м3/сут (3.3)

Qk kc — коммерческая подача КС;

m — число параллельно работающих групп.

Объемная подача нагнетателя первой ступени:

(3.4)

Приведенная объемная подача нагнетателя:

(3.5)

nн — номинальная частота вращения ротора.

Приведенная частота вращения:

(3.6)

Находим по графикам степень сжатия ?, приведенную относительную мощность и КПД политропический зпол:

?=1,44;

зпол=0,86;

=695 КВт/кг•м3

Внутренняя мощность потребляемая нагнетателем:

(3.7)

Мощность на муфте привода:

N=Ni+Nмех=15 261,7+250=15 511,7 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;

б — угол, 450;

ц0 — коэффициент устойчивости стержня при продольном изгибе, 0,4;

R — расчетное сопротивление материала траверсы, 210 МПа;

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

1. Находим натяжение в каждой канатной подвеске, соединяющей траверсу с крюком грузоподъемного механизма, задавшись углом б =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

3. 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:

д — временное сопротивление разрыву, МПа 1960

Gразрывное усилие, кН 638,5

d — диаметр каната, мм 33

mмасса 1000 м каната, кг 4155

4. 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).

6. Находим требуемую площадь поперечного сечения траверсы для траверсы, задаваясь коэффициентом продольного изгиба ц0 = 0,4:

(3.14)

где — коэффициент устойчивости стержня при продольном изгибе; kкоэффициент условий работы траверсы, равный 0,85;

Rрасчетное сопротивление материала траверсы, МПа.

7. 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.

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

(3.15)

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

9. Определяем гибкость траверсы:

(3.16)

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

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

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

(3.18)

где Gвес поднимаемого груза; т — масса самого тяжелого поднимаемого груза, т; gускорение 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)

3. Вычисляем требуемый момент сопротивления сечения траверсы

(3.20)

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

(3.21)

4. Выбираем профиль сечения балки — двутавр.

5. 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:

1. Определяем размеры ходовых колес по формуле:

(3.22)

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

По ГОСТ 22 584–96 принимаем массу тали mт=180 кг = 0,18 т (ее вес G7 = mTg ?0,18Ч10 = 1.8кН) и длину L = 870 мм. Массу крана с электроталью выбираем приближенно по прототипу mк? 2,15 т. Тогда вес крана Gк=mкg? 2,15 Ч 10 = 21,5 кН. Ориентировочно принимаем l? L? 0,87 м.

Для определения нагрузки Rmax пользуемся уравнением статики

?M2 = 0 или — RmaxLк+ (GГ+ GT) Ч (Lкl) + (Gк — GT) Ч 0,5Lк =0 (3.23)

откуда Rmax= (3.24)

Rmax =? 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 = 20 400 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 Ч 9 = 32 мм.

Коэффициент влияния скорости Kv=1 +0,2 V = 1 + 0,2 Ч0,48= 1,096.

Для стальных колес коэффициент пропорциональности а1= 190.

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

ук.л = аlук. л = = 450 МПа (3.25)

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

2. Определяем статическое сопротивление передвижению крана.

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

WУ = Wтр + Wук (3.26)

Сопротивление от сил трения в ходовых частях крана:

(3.27)

Принимаем, м = 0,3 мм, а для колес на подшипниках качения ѓ=0,015, Кр= 1,5. Тогда, Сопротивление движению от возможного уклона пути.

Wyк = (G+ Gк) Чб; Wyк = (32 + 21,5)Ч0,08 = 0,08 кН = 80 Н (3.28)

Таким образом, получаем Сила инерции при поступательном движении крана:

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

где tпвремя пуска; Q и mкмассы 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 з = 0,85 и шп.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= 0,68 кгЧм2; Tп/Tн = 2; Tmax/Tн= 2. Диаметр вала d= 19 мм. Номинальный момент на валу двигателя

; (3.32)

Статический момент

; (3.33)

4. 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 НЧм.

Проверяем условие подбора [Тм]? Тм. Для муфты Тм= 2,1ЧТн = 2,1Ч4,16 = 8,5 НЧм. Момент инерции тормозного шкива муфты Iт = 0,008 кг-м2. Маховой момент (mD2)T= 4ЧIт = 0,032 кг-м2.

5. Подобранный двигатель проверяем по условиям пуска. Время пуска

; (3.34)

Общий маховой момент

(3.35)

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

Ускорение в период пуска определяем по формуле:

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

6. 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 б = 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, цсц = 0,15.

Запас сцепления: (3.45)

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

7. 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.

8. 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 цсц = 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.