Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

ظرفيت تاسيسات هواي فشرده

ظرفیت تاسیسات هوای فشرده – آب خنک و هوا خنک

COMPRESSED AIR MANUAL BOOK

راهنمای هوای فشرده

5-1مثالي از برآورد ظرفيت ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

 Example of dimensioning compressed air installations 

تعدادي محاسبه معمولي براي برآورد ظرفیت تاسیسات هوای فشرده به شرح ذيل ارائه ميگردد .ما مي خواهيم چگونگي استفاده از بعضي فرمول ها و داده هاي فصل هاي قبل رانشان دهيم . مثال بر اساس هواي فشرده مطلوب مورد نياز است و داده هاي برآورد ظرفيت بر اساس تجهيزاتي که ميتوانند براي تاٌسيسات هواي فشرده انتخاب شوند . بعد از مثال ، تعدادي مطلب اضافي که نشانگر چگونگي راهبري موارد خاص مي باشد ارائه ميگردد .

5-2داده هاي ورودي ( Input data ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

قبل از شروع برآورد بايد مقتضيات هواي فشرده و شرايط محيط ثبت گردند . علاوه بر اين مقتضيات ، تصميمي مبني بر اين که آيا کمپرسور بايد روغنکاري شونده يا روغنکاري نشونده باشد و آيا دستگاه بايد آب خنک يا هوا خنک باشد ، بايد گرفته شود .

5-2-1 مقتضيات ( Requirement )  در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

فرض کنيد که نياز شامل سه مصرف کننده هواي فشرده است .

آنها داراي داده هاي زير هستند :

مصرف کننده

جريان

فشار

نقطه شبنم

شماره 1

12   N/min

6 ( bar )

+5˚C

شماره 2

67   l/s(FAD)

7 ( bar )

+5˚C

شماره 3

95   l/s(FAD)

4 ( bar )

+5˚C

5-2-2    شرايط محيطي ( برآورد ظرفيت ) ( Ambient conditions ( dimensioning )    در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

اندازه گيري دماي محيط اطراف :  ˚C 20

حداکثر دماي محيط اطراف : ˚C 30

فشار محيط اطراف :  bar(a)  1

رطوبت : % 60

5-2-3 موارد متفرقه  ( Miscellaneous ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

دستگاه هوا خنک شونده

کيفيت هواي فشرده حاصله از کمپرسور روغنکاري شونده کافي به نظر مي رسد .

5-3 انتخاب اجزاء تشکيل دهنده ( Component selection ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

عقيده خوبي است که تمام داده هاي ورودي را از جدول مقتضيات بخش 5-2-1  دوباره محاسبه کنيم ، به طوريکه قبل از شروع برآورد ظرفيت اجزاء مختلف ، اين داده ها با توجه به نوع اجزاء همگن  شوند .

جريان : بطور کل براي تعيين ظرفيت کمپرسور از واحد l/s استفاده مي شود ، و به همين دليل مصرف کننده شماره 1 ، که بر حسب /min N ارائه شده است را بايد دوباره محاسبه کرد .

12 N/min = 12 x 1000 / 60 = 200 Nl/s

با وارد کردن داده ورودي جريان در فرمول ، داريم :

=

فشار : واحدي که بطور معمول براي تعريف فشار قسمتهاي مختلف کمپرسور استفاده مي شود بر حسب بار فشار مازاد
است ، به عنوان مثال bar(e) .

مصرف کننده شماره 2 بر حسب فشار مطلق بيان مي شود ، مثل  bar(a)7 . فشار محيط بايد از اين  bar 7 کسر شود تا فشار مازاد حاصل آيد . از آنجائيکه در اين مورد ، فشار محيط 1 بار است فشار براي مصرف کننده شماره 2 مي تواند به صورت  6 bar(e) =  bar(e) 1 – 7  نوشته شود .

با محاسبه مجددي که در بالا صورت گرفته ، جدول مقتضيات همگن به اينصورت در مي آيد :

مصرف کننده

جريان

فشار

نقطه ميعان

شماره 1

225   l/s(FAD)

6 ( bar )

+5˚C

شماره 2

67   l/s(FAD)

7 ( bar )

+5˚C

شماره 3

95   l/s(FAD)

4 ( bar )

+5˚C

5-3-1  برآورد ظرفيت کمپرسور ( Dimensioning the compressor ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

مصرف کلي برابر است با مجموع سه مصرف کننده :                  l/s 387 = 95 + 67 + 225

يک حاشيه اطمينان تقريبي تقريبي %20-10 نيز بايد به آن اضافه گردد ، بدين ترتيب ميزان جريان اندازه گيري شده برابر است با  ( با % 15 حاشيه اطمينان )

حداکثر فشار مورد نياز براي مصرف کننده ها ،  bar(e)6  است . مصرف کننده اندازه گيري شده با احتساب افت فشار مصرف کننده اي است که به بالاترين فشار نياز دارد .

يک شير کاهش فشار بايد به مصرف کننده اي که به   bar(e)4  نياز دارد متصل گردد . فرض کنيد زماني که فشار در خشک کن ، صافي و لوله افت مي کند ، اين افت مجموعاً بيشتر از  bar 5/1 نيست . بنابراين کمپرسوري با حداکثر فشار کاري  bar(e) 5/7 ، مناسب است .

5-3-2 فرضياتي براي محاسبه مستمر ( Assumption for the continued calculation ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

کمپرسوري با داده هاي زير انتخاب مي شود :

حداکثر فشار = bar (e) 5/7

چگونگي جريان در 7 bar(e) = l/s 450

توان تغذيه شده کلي در kW = 7 bar(e)  175

توان تغذيه شده محور گردنده در   kW = 7 bar(e)162

درجه حرارت هواي فشرده بيرون از کمپرسور برابر است با درجه حرارت محيط به علاوه  ˚C10

گذشته از اين ، کمپرسور انتخاب شده داراي کنترل باردهي / بي بار سازي با حداکثر فرکانس چرخه 30 ثانيه است . با استفاده از کنترل باردهي /  بي بار سازي ، کمپرسور انتخاب شده داراي فشاري است که بين 7/0 – 7/5 bar(e) در تغيير است .

5-3-3 برآورد ظرفيت حجم مخزن ذخيره هوا ( Dimensioning of the air receiver volume ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

 = ظرفيت کمپرسور ( l/s) = 450  l/s

=  فشار ورودي کمپرسور( bar (a)) = 1 bar(a)

=  حداکثر دماي ورودي کمپرسور(K) = 273 + 30 = 303 K

=  حداکثر فرکانس چرخه= چرخه 1 / ثانيه  30

(  ) = تفاوت فشار بين کمپرسور باردهي شده و کمپرسور بي بار سازي شده ( bar ) = 0/05 bar

=  بيشتر از دماي محيط است، 10˚C درجه حرارت هواي فشرده در بيرون از کمپرسور مورد نظر ،

به همين علت حداکثر درجه حرارت در مخزن ذخيره هوا برابر است با :      K  313=40+273

کمپرسوري که داراي کنترل باردهي / بي بار سازي است ، فرمول صحيحي براي حجم مخزن دخيره هوا ارائه مي دهد .

=

اين حداقل حجم پيشنهاد شده مخزن ذخيره هوا است . اندازه استاندارد بزرگتر را انتخاب مي نمائيم .

5-3-4  برآورد ظرفيت خشک کن Dimensioning of the dryer ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

از آنجائيکه نقطه شبنم مورد نياز در اين مثال ، C˚ 6+ است ، خشک کن تبريدي مناسب ترين گزينه خشک کن است . هنگام انتخاب اندازه خشک تبريدي ، بايد چندين ضريب را مورد توجه قرار دهيم ، براي تصحيح کردن ظرفيت خشک کن تبريدي از ضريب هاي تصحيح استفاده کنيد . اين ضرائب تصحيح براي هر مدل خشک کن تبريدي ، منحصر بفرد است . در زير ضرائب تصحيح  قابل استفاده براي خشک کن هاي تبريدي Atlas Copco  مورد استفاده قرار گرفته و در صفحه دادهاي Atlas Copco بيان         مي شوند . در اينجا چهار ضريب تصحيح ذکر شده است .

1-   دماي ورودي خشک کن تبريدي و نقطه شبنم فشار  در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

از آنجائيکه دماي هواي فشرده در بيرون از کمپرسور مورد نظر ، C ˚10 بالاتر از درجه حرارت محيط اطراف است ، بنابراين دماي ورودي خشک کن تبريدي ، حداکثر برابر است با C˚40=10+30 . بعلاوه ، نقطه شبنم فشار مطلوب
برابر است با C˚5+ .

ضريب تصحيح 95/0 از صفحه داده هاي Atlac Copco  بدست مي آيد .

2-   فشار کاري در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

فشار کاري واقعي در کمپرسور مرکزي تقريباً bar 7  است که بيانگر ضريب تصحيح 0/1 است .

3-   دماي محيط در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

اگر حداکثر درجه حرارت محيط C˚30 باشد ، عدد تصحيح برابر است با 95/0.

به همين ترتيب ، خشک کن تبريدي بايد قادر به تحمل ظرفيت کامل کمپرسور ضربدر ضريب تصحيح ذکر شده در
بالا باشد .

450 : 0/95 x 1/0 : 0/95 = 406 l/s

5-3-5 فرضياتي براي محاسبه مستمر ( Assumptions for the continued calculation ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

يک خشک کن تبريدي هوا خنک با داده هاي ذيل انتخاب شده است :

450  l/s = 7 bar(e)در   ظرفيت

5.1  kW = کل توان مصرفي

14/1 kW = جريان گرماي پخش شده در محيط

0/09 bar = افت فشار در خشک کن

5-3-6 محاسبات کنترل ( Control calculations ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

وقتي که تمامي قسمتهاي تشکيل دهنده دستگاه کمپرسور انتخاب شدند ، بايد بررسي کنيم که افت فشار خيلي زياد نباشد . به اين منظور بايد افت فشار را در قسمت هاي مختلف کمپرسور و لوله ها با يکديگر جمع کنيم .

همانگونه که در شکل 5:1 مشاهده ميکنيد ، مي توان از تاٌسيسات هواي فشرده يک نمودار شماتيک ترسيم کرد .

افت فشار براي قسمتهاي تشکيل دهنده کمپرسور از طريق عرضه کنندگان اين قطعات بدست مي آيد ، در حاليکه افت فشار در سيستم لوله کشي از 0/1 bar تجاوز نمي کند .

اجزاء

افت فشار ( bar )

صافي روغن ( افت فشار زماني که صافي جديد است )

14/0

خشک کن تبريدي

09/0

صافي گرد و غبار ( افت فشار زماني که صافي جديد است )

2/0

سيستم لوله کشي در کمپرسور مرکزي

05/0

سيستم لوله کشي از کمپرسور مرکزي تا نقاط مصرف

1/0

افت کلي فشار

58/0

حداکثر فشار bar(e) 5/7 و فشار کاري 7/0 bar(e) در کمپرسور مورد نظر براي مصرف کننده ها پايين ترين فشار 7/5 – 0/58 = 6/42 bar(e) را ارائه ميدهد . بايد به اين رقم ، افزايش افت فشار را که با بهره برداري بيش از حد از صافي رخ مي دهد اضافه کنيد . اين افزايش افت فشار را مي توان از عرضه کننده صافي دريافت نمود .

5-4 اندازه گيري هاي ديگر ( Other dimensioning ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

5-4-1 محاسبه کميت آب تقطير ( Condensation quantity calculation ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

به اين علت که در اين مثال کمپرسورروغنکاري شونده انتخاب شده است ، بنابراين آب تقطير جدا شده از کمپرسور و خشک کن تبريدي حاوي روغن خواهد بود . قبل از اينکه آب وارد فاضلاب شود بايد روغن آن جدا شود ، که اين کار مي تواند در دستگاه جدا کننده روغن صورت بگيرد . به منظور تعيين اندازه جدا کننده روغن ، اطلاعاتي مبني بر مقدار آب تقطير شده مورد نياز است .

مقدار آب جاري کل در هواي وارد شده از طريق رابطه زير بدست آورده مي شود :

  = رطوبت نسبي  x 30 مي تواند جذب نمايد ˚C مقدار آبي که هوا در حداکثر دماي محيط xجريان هوا  =  0/6 x 0/030078 x 445 ≈ 8/0 g/s .

مقدار آب باقي مانده در هواي فشرده بعد از خشک کردن از اين کميت کسر مي شود ( وضعيت اشباع در C ˚6+ )

بنابراين جريان کلي تقطير حاصله از دستگاه  برابر است با :

به کمک جريان تقطير محاسبه شده مي توان جدا کننده مناسبي براي روغن انتخاب کرد .

5-4-2   مقتضيات تهويه در اتاقک کمپرسور  ( Ventilation requirement in the compressor room ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

براي تعيين مقتضيات تهويه هوا در اتاقک کمپرسور از اين اصل استفاده مي شود که توان به کار گرفته شده در هواي اتاقک بايد از طريق دستگاه تهويه هوا خارج شود .

براي انجام اين محاسبه از رابطه زير استفاده مي شود :

Q = m x  x ΔT

Q    = جريان کلي گرما (kW)

m    = جريان جرم  ( kg/s)

= ظرفيت گرمائي مخصوص  ( kJ/kg,K)

ΔT  = اختلاف دما (K)

فرمول مورد نظر را مي توان به اين صورت نوشت :

m =

که :

ΔT   افزايش دماي هواي تهويه

∆T = 10K   مورد قبول باشد  10 K  فرض کنيد که افزايش دماي هوا مي تواند تا

=  1/006 kJ/kg x K ( 20˚C و 1 bar  در ) ظرفيت گرمائي مخصوص براي هوا

=  ( kWبرحسب ) جريان کلي گرما

( % 94 توان اعمال شده در محور گردنده کمپرسور + اختلاف بين توان کل اعمال شده در کمپرسور

 و توان محور گردنده اعمال شده در کمپرسور + جريان گرماي حاصله از خشک کن تبريدي )

   = 0/94 x 162 + ( 175 – 162 ) + 14/1 ≈ 180 kW

که هواي تهويه را ارائه مي دهد .

m =

که در دانسيته هواي /kg 2/1 معادل است s/ 15≈ 2/1 / 9/17

5-5  ( ضميمه 1 ) در ارتفاع بالا ( ( Addition 1 ) At high altitude )

سوال : کمپرسوري که در مثال قبل توضيح داده شد را با همان مقتضيات هواي فشرده ، در نظر بگيريد ، که اين کمپرسور در ارتفاع 2500 متري بالاتر از سطح دريا قرار دارد و داراي حداکثر دماي محيط C˚35 مي باشد . ظرفيت اين کمپرسور چقدر بايد باشد ؟

جواب : هوا در ارتفاعات بالا رقيق تر است ، که مي بايستي به هنگام برآورد ظرفيت تجهيزات که مقتضيات هواي فشرده براي شرايط معمولي تعيين نموده است ( به عنوان مثال min / N )  ، در نظر گرفته شود . در مواردي که جريان در مصرف کننده بر حسب کميت هواي آزاد ( FAD ) بيان مي شود ، نيازي به محاسبه مجدد نيست .

به اين علت که مصرف کننده شماره 1 در مثال بالا بر حسب واحد min / N ارائه شده است بنابراين جريان لازم براي اين مصرف کننده بايد مجدداً محاسبه شود . شرايط bar 1 و C˚20   وضعيتي است که کارائي کمپرسور در آن عادي مي باشد ، به همين علت ، اگر کمپرسور در وضعيت 2500 متري از سطح دريا قرار گيرد بايد آن را طبق اين وضعيت مجدداً محاسبه کرد .

با استفاده از جدول ، فشار محيط bar 47/0 را در ارتفاع 2500 متري از سطح دريا مي توان بدست   آورد . اگر جريان بر حسب (  /min = 12000 / 60 Nl/s = 200 Nl/s12 N ) Nl/s محاسبه و در فرمول گنجانده شود ، رابطه زير حاصل ميگردد :

=

بنابراين ظرفيت کلي کمپرسور مورد نظر برابر است با :         l/s (FAD)471 = 95 + 67 + 309

5-6 ( ضميمه 2 ) خروجي متناوب ( ( Addition 2 ) Intermittent output ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

سوال : فرض کنيد که در محاسبات مثال بالا مصرف کننده شماره 1 در هر ساعت مقدار هواي فشرده بيشتري حدود l/s 200 براي مدت40 ثانيه را نياز داشته باشد . همانطور که ميدانيد در طول اين مرحله فشار سيستم تا bar(a) 5/5 افت مي کند . حجم مخزن ذخيره هوا چقدر بايد باشد تا بتواند اين نياز اضافي را بر آورده سازد ؟

جواب : اين امکان وجود دارد که در طول دوره کوتاهي با ذخيره کردن هوا در مخزن ذخيره بتوان هواي فشرده بيشتري را نسبت به ميزاني که کمپرسور مي تواند ارائه کند ، بدست آوريم . با اين وجود براي بدست آوردن اين مقدار هواي اضافي لازم است که کمپرسور ظرفيت بالاي معيني داشته باشد .

رابطه زير درباره اين موضوع به کار مي رود :

V   =

Q  = 200 l/s             جريان هوا در مدت زمان مرحله تخليه

t    =  40 ثانيه                             مدت زمان مرحله تخليه

= 6/46 – 5/5 = 0/96 bar

حداقل فشار قابل قبول طي مرحله تخليه ـ  فشار معمولي = افت فشار مجاز طي مرحله تخليه

با وارد کردن آن در فرمول ، حجم مخزن ذخيره هواي مورد نياز بدست مي آيد :

V =

بعلاوه ، لازم است که کمپرسور داراي ظرفيت مازاد معيني باشد ، بطوريکه به تواند مخزن ذخيره هوا را بعد از مرحله تخليه پر کند . کمپرسور انتخاب شده داراي ظرفيت مازاد 5 l/s = 18000 liters/hour

است . از آنجائيکه مخزن ذخيره هوا هر يک ساعت يکبار تخليه مي شود . بنابراين ظرفيت مازاد کمپرسور بيش از مقدار مورد نياز است .

5-7     ( ضميمه 3 ) بازيافت انرژي آب بردي ( ( Addition 3 ) Water borne energy recovery ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

سوال : قرار است که يک مدار بازيافت انرژي آب بردي براي کمپرسوري که در مثال هاي بالا ذکر شده ساخته شود . فرض کنيد که آبي که قرار است گرما داده شود در يک مدار برگشت آب گرم ( برگشت ديگ آبگرم ) است که داراي دماي برگشت ورودي C˚55 است . جريان مورد نياز براي مدار بازيافت انرژي و مقدار توان بازيافت شده را محاسبه کنيد .

جواب : ابتدا مدار بازيافت انرژي را رسم کنيد و توان ، جريان و درجه حرارت هاي متفاوت را نامگذاري کنيد . حال ، محاسبه زير را دنبال نمائيد :

 

( kW) مقدار توان منتقل شده از کمپرسور به مدار بازيافت انرژي

( kW) مقدار توان منتقل شده از مدار بازيافت انرژي به برگشت ديگ آبگرم

( l /s ) جريان آب در مدار بازيافت انرژي

( l /s ) جريان آب در مدار برگشت ديگ آبگرم

( ˚C) دماي آب قبل از کمپرسور

( ˚C) دماي آب بعد از کمپرسور

( ˚C) دماي آب ورودي در مدار برگشت آبگرم

( ˚C) دماي آب خروجي در مدار برگشت آبگرم

5-7-1  فرض ( Assumption ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

شرايط ذيل مفروض است  :

براي بازيافت انرژي مي توان دماي آب مناسبي را بعد از کمپرسور از تأمين کننده کمپرسور بدست آورد و در اين مثال ، اينطور فرض مي شود که اين دما برابر  C ˚80 =  باشد .

فرض براي مدار آب از طريق مبدل حرارتي بازيافت انرژي بدينصورت است :

 =  + 5 ˚C

=  + 5 ˚C

بعلاوه فرض مي شود که مبدل حرارتي و لوله هيچ تبادل گرمايي با محيط اطراف ندارند .

5-7-2 محاسبه جريان آب خنک کننده در مدار بازيافت انرژي( Calculation of the cooling water flow in the energy recovery circuit ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

 

Q = m x  x ΔT

ΔT = –  = 80˚C – 60˚C = 20˚C                        افزايش دما در کمپرسور

= 4/18 kJ / kg x K                                        ظرفيت گرمايي مخصوص آب

تواني که مي توان مورد نظر قرار گيرد

=  0/70 x 162 = 113/4 kW                   توان منتقل شده به محور گردنده % 70

اين تواني است که در کمپرسور مورد نظر امکان بازيافت دارد .

m =  جريان جرم در مدار بازيافت انرژي

فرمول مي تواند به صورت زير نوشته شود :

 =

5-7-3  تعادل انرژي در مبدل حرارتي بازيافت ( Energy balance across the recovery heat exchanger  ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

براي مبدل حرارتي بازيافت رابطه زير به کار مي رود :

 = x  x (  – )

= x  x ( – )

با اين وجود ، به اين علت که فرض شده است هيچ تبادل گرمايي با محيط اطراف صورت نمي گيرد ، بنابراين انرژي که از کمپرسور به مدار بازيافت انرژي منتقل مي شود با انرژي که به مبدل حرارتي بازيافت منتقل مي شود ، برابر خواهد بود ، به عنوان مثال :

         = 113 kW  =

فرمول مي تواند بصورت زير نوشته شود :

 =

5-7-4 جمع آوري پاسخ ( Compilation of the answer ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

مي توان از محاسبات نتيجه گرفت که توان قابل بازيافت برابر است با  kW 113 . اين بازيافت نيازمند به وجود جريان آب در مدار بازيافت انرژي l/s  35/1 است . يک جريان مناسب براي مدار بازگشت ديگ آبگرم برابر با l/s  35/1 به همراه افزايش دماي ديگ آبگرم تا C˚20 است .

5-8 ( ضميمه 4 ) افت فشار در سيستم لوله کشي( ( Addition 4 ) Pressure drop in the piping ) در ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

سوال : يک لوله 23 متري که داراي قطر داخلي 80mm است بايد جرياني حدود l/s  140   را از خود عبور دهد . اين لوله داراي 8 زانويي است که قطر تمام آنها با قطر دروني لوله يکسان است . اگر فشار مطلق آغازين bar(a) 8 باشد ، افت فشار در سراسر لوله چقدر خواهد بود ؟

جواب : ابتدا طول معادل براي 8 زانويي بايد تعيين شود . طبق جدول  36 :3 طول لوله معادل براي هر زانويي 3/1 متر است . بنابراين طول کلي لوله برابر است با   4/33 = 23 + 3/1 * 8 متر .

براي محاسبه افت فشار ، فرمول زير به کار ميرود :

ΔP = 450

با جايگزين کردن ارقام داريم :

ΔP = 450

بدين ترتيب ، افت کلي فشار در سراسر لوله برابر خواهد بود bar  0054/0

ظرفیت تاسیسات هوای فشرده ” ظرفیت تاسیسات هوای فشرده

مطالب مرتبط