ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

تعدادي محاسبه معمولي براي برآورد ظرفيت تأسیسات هواي فشرده به شرح ذيل ارائه می‌گردد .ما می‌خواهیم چگونگي استفاده از بعضي فرمول‌ها و داده‌های فصل‌های قبل رانشان دهيم . مثال بر اساس هواي فشرده مطلوب موردنیاز است و داده‌های برآورد ظرفيت بر اساس تجهيزاتي كه می‌توانند براي تأسیسات هواي فشرده انتخاب شوند . بعد از مثال ، تعدادي مطلب اضافي كه نشانگر چگونگي راهبري موارد خاص می‌باشد ارائه می‌گردد .

5-1داده‌های ورودي ( Input data ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

قبل از شروع برآورد بايد مقتضيات هواي فشرده و شرايط محيط ثبت گردند . علاوه بر اين مقتضيات ، تصميمی مبنی بر این‌که آيا كمپرسور بايد روغن‌کاری شونده يا روغن‌کاری نشونده باشد و آيا دستگاه بايد آب‌خنک يا هوا خنک باشد ، بايد گرفته شود .

5-2-1 مقتضيات ( Requirement ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

فرض كنيد كه نياز شامل سه مصرف‌کننده هواي فشرده است .

آن‌ها داراي داده‌های زير هستند :

مصرف‌کننده 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 ) )

اندازه‌گیری دماي محيط اطراف :  ˚C 20

حداكثر دماي محيط اطراف : ˚C 30

فشار محيط اطراف :  bar(a)  1

رطوبت : % 60

5-2-3 موارد متفرقه ( Miscellaneous )

دستگاه هوا خنك شونده

كيفيت هواي فشرده حاصله از كمپرسور روغن‌کاری شونده كافي به نظر می‌رسد .

5-3 انتخاب اجزاء تشکیل‌دهنده ( Component selection )

عقيده خوبی است كه تمام داده‌های ورودی را از جدول مقتضيات بخش 5-2-1  دوباره محاسبه كنيم ، به‌طوری‌که قبل از شروع برآورد ظرفيت اجزاء مختلف ، اين داده‌ها با توجه به نوع اجزاء همگن  شوند .

جريان : به‌طور كل براي تعيين ظرفيت كمپرسور از واحد l/s استفاده می‌شود ، و به همين دليل مصرف‌کننده شماره 1 ، كه برحسب /min N ارائه‌شده است را بايد دوباره محاسبه كرد .

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

با واردکردن داده ورودي جريان در فرمول ، داريم :

فشار : واحدي كه به‌طورمعمول براي تعريف فشار قسمت‌های مختلف كمپرسور استفاده می‌شود برحسب بار فشار مازاد
است ، به‌عنوان‌مثال bar(e) .

مصرف‌کننده شماره 2 برحسب فشار مطلق بيان می‌شود ، مثل  bar(a)7 . فشار محيط بايد از اين  bar 7 كسر شود تا فشار مازاد حاصل آيد . از آنجایی که در اين مورد ، فشار محيط 1 بار است فشار براي مصرف‌کننده شماره 2 می‌تواند به‌صورت  6 bar(e) =  bar(e) 1 – 7  نوشته شود .

با محاسبه مجددي كه در بالا صورت گرفته ، جدول مقتضيات همگن به این صورت درمی‌آید :

مصرف‌کننده 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 كمپرسور ( Dimensioning the compressor ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

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

يك حاشيه اطمينان تقریبی %20-10 نيز بايد به آن اضافه گردد ، بدين ترتيب ميزان جريان اندازه‌گیری شده برابر است با  ( با % 15 حاشيه اطمينان )

حداكثر فشار موردنیاز براي مصرف‌کننده‌ها ،  bar(e)6  است . مصرف‌کننده اندازه‌گیری شده با احتساب افت فشار مصرف‌کننده‌ای است كه به بالاترين فشار نياز دارد .

يك شير كاهش فشار بايد به مصرف‌کننده‌ای كه به   bar(e)4  نياز دارد متصل گردد . فرض كنيد زماني كه فشار در خشک‌کن ، صافي ولوله افت می‌کند ، اين افت مجموعاً بيشتر از  bar 5/1 نيست . بنابراين كمپرسوري با حداكثر فشار كاري  bar(e) 5/7 ، مناسب است .

5-3-2 فرضياتي براي محاسبه مستمر ( Assumption for the continued calculation ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

كمپرسوری با داده‌های زير انتخاب می‌شود :

حداكثر فشار = bar (e) 5/7

چگونگی جريان در 7 bar(e) = l/s 450

توان تغذیه‌شده كلی در kW = 7 bar(e)  175

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

درجه حرارت هواي فشرده بيرون از كمپرسور برابر است با درجه حرارت محيط به‌علاوه  ˚C10

گذشته از اين ، كمپرسور انتخاب‌شده داراي كنترل باردهي / بی‌بار سازي با حداكثر فركانس چرخه 30 ثانيه است . با استفاده از كنترل باردهي /  بی‌بار سازي ، كمپرسور انتخاب‌شده داراي فشاري است كه 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 ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

= ظرفيت كمپرسور ( l/s) = 450  l/s

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

=  حداكثر دماي ورودي كمپرسور(K) = 273 + 30 = 303 K

=  حداكثر فركانس چرخه= چرخه 1 / ثانيه  30

= تفاوت فشار بين كمپرسور باردهی شده و كمپرسور بی‌بار سازی شده ( bar ) = 0/05 bar

=  بيشتر از دماي محيط است، 10˚C درجه حرارت هوای فشرده در بيرون از كمپرسور موردنظر ،

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

كمپرسوری كه داراي كنترل باردهي / بی‌بار سازي است ، فرمول صحيحي براي حجم مخزن ذخیره هوا ارائه می‌دهد .

=

اين حداقل حجم پیشنهادشده مخزن ذخيره هوا است . اندازه استاندارد بزرگ‌تر را انتخابمی نمائيم .

5-3-4 برآورد ظرفيت خشک‌کن (Dimensioning of the dryer ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

از آنجائی که نقطه شبنم موردنیاز در اين مثال ، C˚ 6+ است ، خشک‌کن تبريدي مناسب‌ترین گزينه خشک‌کن است . هنگام انتخاب اندازه خشك تبريدي ، بايد چندين ضريب را موردتوجه قرار دهيم ، براي تصحيح كردن ظرفيت خشک‌کن تبريدي از ضریب‌های تصحيح استفاده كنيد . اين ضرایب تصحيح براي هر مدل خشک‌کن تبريدي ، منحصربه‌فرد است . در زير ضرایب تصحيح  قابل‌استفاده براي خشک‌کن‌های تبريدي Atlas Copco  مورداستفاده قرارگرفته و در صفحه دادهاي Atlas Copco

 بيان می‌شوند . در اينجا چهار ضريب تصحيح ذکرشده است.

– دماي ورودي خشک‌کن تبريدي و نقطه شبنم فشار در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

از آنجائی که دماي هواي فشرده در بيرون از كمپرسور موردنظر ، C ˚10 بالاتر از درجه حرارت محيط اطراف است ، بنابراين دماي ورودي خشک‌کن تبريدي ، حداكثر برابر است با C˚40=10+30 . بعلاوه ، نقطه شبنم فشار مطلوب
برابر است با C˚5+ .

ضريب تصحيح 95/0 از صفحه داده‌های Atlac Copco  به دست می‌آید .

2- فشار كاري در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

فشار كاري واقعي در كمپرسور مركزي تقريباً bar 7  است كه بيانگر ضريب تصحيح 0/1 است .

3- دماي محيط در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

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

به همين ترتيب ، خشک‌کن تبريدي بايد قادر به تحمل ظرفيت كامل كمپرسور ضربدر ضريب تصحيح ذکرشده 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 ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

يك خشک‌کن تبريدي هوا خنك با داده‌های ذيل انتخاب‌شده است :

450  l/s = 7 bar(e)در   ظرفيت

5.1  kW = كل توان مصرفي

14/1 kW = جريان گرماي پخش‌شده در محيط

0/09 bar = افت فشار در خشک‌کن

5-3-6 محاسبات كنترل ( Control calculations ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

وقتی‌که تمامي قسمت‌های تشکیل‌دهنده دستگاه كمپرسور انتخاب شدند ، بايد بررسي كنيم كه افت فشار خيلي زياد نباشد . به اين منظور بايد افت فشار را در قسمت‌های مختلف كمپرسور ولوله‌ها با يكديگر جمع كنيم .

همان‌گونه كه در شكل 5:1 مشاهده می‌کنید ، می‌توان از تأسیسات هواي فشرده يك نمودار شما تیک ترسيم كرد .

افت فشار براي قسمت‌های تشکیل‌دهنده كمپرسور از طريق عرضه‌کنندگان اين قطعات به دست می‌آید ، درحالی‌که افت فشار در سيستم لوله‌کشی از 0/1 bar تجاوز نمی‌کند .

اجزاء افت فشار ( bar )
صافي روغن ( افت فشار زماني كه صافي جديد است ) 14/0
خشک‌کن تبريدي 09/0
صافي گردوغبار ( افت فشار زماني كه صافي جديد است ) 2/0
سيستم لوله‌کشی در كمپرسور مركزي 05/0
سيستم لوله‌کشی از كمپرسور مركزي تا نقاط مصرف 1/0
افت كلي فشار 58/0

حداكثر فشار bar(e) 5/7 و فشار كاري 7/0 bar(e) در كمپرسور موردنظر براي مصرف‌کننده‌ها پایین‌ترین فشار 7/5 – 0/58 = 6/42 bar(e) را ارائه می‌دهد . بايد به اين رقم ، افزايش افت فشار را كه با بهره‌برداری بیش‌ازحد از صافي رخ می‌دهد اضافه كنيد . اين افزايش افت فشار را می‌توان از عرضه‌کننده صافي دريافت نمود .

5-2 اندازه‌گیری‌های ديگر ( Other dimensioning ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

5-2-1 محاسبه كميت آب تقطير ( Condensation quantity calculation ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

به‌این‌علت كه در اين مثال كمپرسور روغنكاري شونده انتخاب‌شده است ، بنابراين آب تقطير جداشده از كمپرسور و خشک‌کن تبريدي حاوي روغن خواهد بود . قبل از اينكه آب وارد فاضلاب شود بايد روغن آن جدا شود ، كه اين كار می‌تواند در دستگاه جداکننده روغن صورت بگيرد . به‌منظور تعيين اندازه جداکننده روغن ، اطلاعاتي مبني بر مقدار آب تقطیرشده موردنیاز است .

مقدار آب جاري كل در هواي واردشده از طريق رابطه زير به دست آورده می‌شود :

= رطوبت نسبي  x 30 می‌تواند جذب نمايد ˚C مقدار آبي كه هوا در حداكثر دماي محيط xجريان هوا  =  0/6 x 0/030078 x 445 ≈ 8/0 g/s .

مقدار آب باقی‌مانده در هواي فشرده بعد از خشک‌کردن از اين كميت كسر می‌شود ( وضعيت اشباع در C ˚6+ )

بنابراين جريان كلي تقطير حاصله از دستگاه  برابر است با :

به كمك جريان تقطير محاسبه‌شده می‌توان جداکننده مناسبي براي روغن انتخاب كرد .

5-2-2 مقتضيات تهويه در اتاقك كمپرسور ( Ventilation requirement in the compressor room ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

براي تعيين مقتضيات تهويه هوا در اتاقك كمپرسور از اين اصل استفاده می‌شود كه توان به كار گرفته‌شده در هواي اتاقك بايد از طريق دستگاه تهويه هوا خارج شود .

براي انجام اين محاسبه از رابطه زير استفاده می‌شود :

Q = m x  x ΔT

Q    = جريان كلي گرما (kW)

m    = جريان جرم  ( kg/s)

= ظرفيت گرمائي مخصوص  ( kJ/kg,K)

ΔT  = اختلاف دما (K)

فرمول موردنظر را می‌توان به اين صورت نوشت :

m =

كه :

ΔT   افزايش دماي هواي تهويه

∆T = 10K   موردقبول باشد  10 K  فرض كنيد كه افزايش دماي هوا می‌تواند تا

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

=  ( kWبرحسب ) جريان كلي گرما

( % 94 توان اعمال‌شده در محور گردنده كمپرسور + اختلاف بين توان كل اعمال‌شده در كمپرسور

و توان محور گردنده اعمال‌شده در كمپرسور + جريان گرماي حاصله از خشک‌کن تبريدي )

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

كه هواي تهويه را ارائه می‌دهد .

m =

كه در دانسته هواي /kg 2/1 معادل است s/ 15≈ 2/1 / 9/17

5-3 ( ضميمه 1 ) در ارتفاع بالا ( ( Addition 1 ) At high altitude ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

سؤال : كمپرسوري كه در مثال قبل توضيح داده شد را با همان مقتضيات هواي فشرده ، در نظر بگيريد ، كه اين كمپرسور در ارتفاع 2500 متري بالاتر از سطح دريا قرار دارد و داراي حداكثر دماي محيط C˚35 می‌باشد . ظرفيت اين كمپرسور چقدر بايد باشد ؟

جواب : هوا در ارتفاعات بالا رقیق‌تر است ، كه می‌بایستی به هنگام برآورد ظرفيت تجهيزات كه مقتضيات هواي فشرده براي شرايط معمولي تعيين نموده است ( به‌عنوان‌مثال min / N )  ، در نظر گرفته شود . در مواردي كه جريان در مصرف‌کننده برحسب كميت هواي آزاد ( FAD ) بيان می‌شود ، نيازي به محاسبه مجدد نيست .

به‌این‌علت كه مصرف‌کننده شماره 1 در مثال بالا برحسب واحد min / N ارائه‌شده است بنابراين جريان لازم براي اين مصرف‌کننده بايد مجدداً محاسبه شود . شرايط bar 1 و C˚20   وضعيتي است كه کارانی كمپرسور در آن عادي می‌باشد ، به همين علت ، اگر كمپرسور در وضعيت 2500 متري از سطح دريا قرار گيرد بايد آن را طبق اين وضعيت مجدداً محاسبه كرد .

با استفاده از جدول ، فشار محيط bar 47/0 را در ارتفاع 2500 متري از سطح دريا می‌توان به دست   آورد . اگر جريان برحسب (  /min = 12000 / 60 Nl/s = 200 Nl/s12 N ) Nl/s محاسبه و در فرمول گنجانده شود ، رابطه زير حاصل می‌گردد :

=

بنابراين ظرفيت كلي كمپرسور موردنظر برابر است با :         l/s (FAD)471 = 95 + 67 + 309

5-4 ( ضميمه 2 ) خروجي متناوب ( ( Addition 2 ) Intermittent output ) در ظرفيت تأسیسات هواي فشرده

سؤال : فرض كنيد كه در محاسبات مثال بالا مصرف‌کننده شماره 1 در هر ساعت مقدار هواي فشرده بيشتري حدود l/s 200 براي مدت40 ثانيه را نياز داشته باشد . همان‌طور كه ميدانيد در طول اين مرحله فشار سيستم تا bar(a) 5/5 افت می‌کند . حجم مخزن ذخيره هوا چقدر بايد باشد تا بتواند اين نياز اضافي را برآورده سازد ؟

جواب : اين امكان وجود دارد كه در طول دوره كوتاهي با ذخيره كردن هوا در مخزن ذخيره بتوان هواي فشرده بيشتري را نسبت به ميزاني كه كمپرسور می‌تواند ارائه كند ، به دست آوريم . بااین‌وجود براي به دست آوردن اين مقدار هواي اضافي لازم است كه كمپرسور ظرفيت بالاي معيني داشته باشد .

رابطه زير درباره اين موضوع به كار می‌رود :

V   =

Q  = 200 l/s             جريان هوا در مدت‌زمان مرحله تخليه

t    =  40 ثانيه                             مدت‌زمان مرحله تخليه

= 6/46 – 5/5 = 0/96 bar

حداقل فشار قابل‌قبول طي مرحله تخليه ـ  فشار معمولي = افت فشار مجاز طي مرحله تخليه

با واردکردن آن در فرمول ، حجم مخزن ذخيره هواي موردنیاز به دست می‌آید :

V =

منبع:www.atlascaspian.asia