13. Аэродинамический расчет приточной и вытяжной механических систем

Аэродинамический расчет воздуховодов систем приточно-вытяжной вентиляции общего назначения сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках воздуховодов при заданном расходе воздуха L, м³/ч, и рекомендуемой скорости , м/с.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов: расчета участков основного направления магистрали и увязки ответвлений. При увязке ответвлений расхождение в потерях давления должно быть не более 15 %, при условии, что воздух поступает в одно помещение (цех).

Общие потери давления, Па, в сети воздуховодов для стандартных условий (t=18⁰С и =1,2 кг/м³) определяется по формуле:

Р=Rln+Z, Па (13.1)

где R – потери давления на трение на расчетном участке сети, Па/м [1];

l – длина участка воздуховода, м;

n – поправочный коэффициент на потери давления на трение, учитывающие

шероховатость воздуховодов;

Z - потери давления на местные сопротивления на расчетном участке сети, Па:

(13.2)

где  - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке

воздуховода;

P_д – динамическое давление, Па.

(13.3)

В промышленном здании приточная камера располагается на площадке на высоте 2,7 м, при этом воздух забирается через проем в стене цеха и по воздуховоду попадает в приточный агрегат. В проеме устанавливаем наружную жалюзийную решетку типа РС4 _реш=1,2 (относится к скорости в живом сечении решетки), рекомендуемая скорость не более 5 м/с.

Принимаем м/с, тогда суммарное живое сечение для прохода воздуха:

м² (13.4)

Принимаем к установке решетку типа РС4 размером 1600х1400(h), f_ж.с=1,35 м², тогда число решеток шт.

Принимаем к установке 1 шт. и уточняем скорость движения воздуха в решетке:

м/с (13.5)

Рассчитаем сеть металлических воздуховодов приточной установки П1. Раздача воздуха осуществляется через 3 перфорированные круглые воздухораспределителя типа ВПК 1.00.000-04. На каждый воздухораспределитель приходится 8053 м³/ч воздуха.

Результаты расчета заносим в таблицу 8. Удельные потери на трение R, Па/м, определяем по табл. 2.22 [4], коэффициенты местных сопротивлений ζ по справочнику[11].

Расчетная схема системы приточной вентиляции П1:

таблица 8

№ уч.	L, м3/ч	l, м	d (dэ), мм	υ, м/с	R, Па/м	Rl, Па	Pд, Па	Ʃξ	Z=Ʃξ∙Pд, Па	Rl+Z, Па	Ʃ(Rln+Z)i, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
ВПК	8053		630	7,2			31,10	1,5	46,66	46,66	46,66
1	8053	6,5	630	7,2	0,742	4,83	31,10	0,45	14,00	18,82	65,48
2	16106	5	800	8,9	0,837	4,19	47,53	0,21	9,98	14,17	79,64
3	24160	6,9	900	10,5	0,986	6,80	66,15	0,61	40,35	47,15	126,80
РС4	24160			5			15,00	1,2	18,00	18,00	144,80
Общее сопротивление сети ΔРсети = 144,8 Па
Аэродинамическая увязка ответвлений
ВПК	8053		630	7,2			31,10	1,5	46,66	46,66	46,66
4	8053	1	630	7,2	0,75	0,75	31,10	2,3	71,54	72,29	118,95
Невязка (144,8-118,95)/144,8∙100=17,8%
устанавливаем диафрагму ξ = (144,8-118,95)/31,10 = 0,83, диаметр диафрагмы 535 мм
ВПК	8053		630	7,2			31,10	1,5	46,66	46,66	46,66
5	8053	1	630	7,2	0,75	0,75	31,10	0,83	25,82	26,57	73,22
Невязка (79,64-73,22)/79,64∙100=8%

Расчет системы аспирации В1

Системы аспирации предназначены для удаления запыленного воздуха от укрытий и местных отсосов технологического оборудования.

Целью расчета является определение диаметров участков, потерь давления в сети, увязка ответвлений.

Воздуховоды систем аспирации рекомендуется принимать круглыми, минимально допустимого диаметра 80 мм. Длина ответвлений воздуховодов от местного отсоса до коллектора не должна превышать 30 м.

Воздуховоды аспирационных систем рассчитывают из условия одновременной работы всех отсосов. При расчете необходимо тщательно увязывать потери давления в ответвлениях сети, допустимая невязка не более 5 %. При необходимости для увязки потерь давления допускается увеличить объем воздуха, удаляемого от того или иного оборудования, до 15 % или устанавливать конусные диафрагмы на вертикальных участках.

Расчет воздуховодов систем аспирации рекомендуется проводить по методу динамических давлений. При перемещении малозапыленного воздуха с массовой концентрацией μ ≤ 0,01 кг/кг потери давления, Па, на расчетном участке:

(13.6)

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

– скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с;

Практическое значение скорости в воздуховодах для перемещения различного транспортируемого материала приводится в табл.22.57[11].

Приведенный коэффициент трения:

(13.7)

где λ – коэффициент сопротивления трения;

d – диаметр воздуховода, мм;

l – длина расчетного участка воздуховода, м.

При перемещении воздуха с механическим примесями μ >0,01 кг/кг потери давления в сети на трение, местные сопротивления и подъем транспортируемых с воздухом примесей определяются по формуле:

(13.8)

где 1,1-коэффициент на неучтенные потери;

– суммарные потери давления на участках расчетного направления

при перемещении воздуха с примесями, Па;

– опытный коэффициент, зависящий от характера транспортируемого

материала; для внутрицеховых систем пневмотранспорта =1,4 [11];

μ – массовая концентрация смеси, кг/кг; для древесных отходов μ=0,1 [11];

– длина вертикального участка воздуховода.

Рассчитаем сеть воздуховодов из листовой стали системы аспирации В1, где установлено следующее оборудование: станки (круглопильный, однопильный, фуговальный, торцовочный, шипорезный, шканторезный) и камеры сушки древесины. Для камеры сушки древесины предусмотрен местный отсос в виде шкафного укрытия.

К расчету принята система с вертикальным коллектором цилиндрической формы. Диаметр коллектора определяется исходя из скорости в нем (3-5 м/с). Высота коллектора 400-700 мм. Коллектор-сборник следует располагать в помещении так, чтоб расстояние до каждого станка было по возможности одинаково. Минимальная скорость в воздуховодах для древесных отходов 14 м/с.

Расчет ведем через самый удаленный станок и сводим в таблицу 9.

Расчетная схема системы аспирации:

таблица 9

№ уч.	Оборудование	Заданные величины		Принятые величины						ξэ=(λ|d)l		Ʃξ		ξэ+Ʃξ		Pд, Па		Руч= =(ξэ+Ʃξ)Pд, Па
		L, м3/ч	υ, м/с	l, м	L, м3/ч	υ, м/с	d, мм	λ|d
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		11		12		13		14
1	Станок круглопильный	850	17	8,2	850	19,7	125	0,137	1,12		2,1		3,22		232,9		751
2	-	6513	-	11,3	6513	23,2	315	0,045	0,51		1,35		1,86		322,9		600
3	-	6513	-	14,28	6513	23,2	315	0,045	0,64		1,1		1,74		322,9		563
Суммарные потери в сети ƩР1,2,3 = 1914 Па
Увязка ответвлений Ррасп = 563 Па
4	Станок однопильный	1000	17	7,05	1000	18,5	140	0,12	0,85		2		2,85		205,4		584
Невязка (584-563)/584∙100=3,6%
5	Станок рейсмусовый	1440	18	4,65	1512	19,1	180	0,103	0,48		2,1		2,58		218,9		564
Невязка (564-563)/564∙100=0,2%
6	Станок шипорезный	1270	18	8,1	1270	18	160	0,106	0,86		2,1		2,96		194,4		575
Невязка (575-563)/575∙100=2,1%
7	Станок торцовочный	633	17	4,55	664	18,4	110	0,164	0,75		2,1		2,85		203,1		578
Невязка (578-563)/578∙100=2,6%
8	Станок фуговальный	1320	18	5,1	1386	19,3	160	0,103	0,53		2,1		2,63		223,5		587
Невязка (587-563)/587∙100=4,1%

Производительность вентилятора с учётом 10% подсоса воздуха через неплотности воздуховодов и 10% подсоса через неплотности циклона составляет:

L_в= 1,1·1,1·6513=7880,7 м³/ч.

Для очистки воздуха принимаем к установке циклон Ц-950. При подборе циклонов скорость воздуха во входном патрубке не следует принимать более 20 м/с. Скорость движения воздуха во входном патрубке циклона (при площади патрубка 0,115м²):

V_вх=7880,7/(3600·0,115)=19,03 м/с.

Потери давления в циклоне при ζ_ц=5,4:

Р_ц=5,4∙19,03²∙1,2/2=1245Па.

Далее производим пересчет потерь давления в сети с учетом транспортируемых с воздухом примесей по формуле (13.8):

Р_сети=1,1·1914(1+1,4·0,1)+139=2539 Па.

Потери давления в системе В1:

Р_сист=2539+1245=3784Па.

Подбираем вентилятор для системы аспирации В1:

Производительность вентилятора L=7880,7 м³/ч.

Развиваемое полное давление вентилятора Р=1,1·3784=4162 Па.

К установке принимаем вентилятор ВР-100-45-8, с электродвигателем АИР180М4 мощностью 30 кВт и числом оборотов 1810 об/мин., КПД вентилятора η=0,50.

Требуемая мощность определяется:

кВт

Установочная мощность электродвигателя:

N_Y=К_з·N кВт,

где К_з – коэффициент запаса, К_з=1,1 т.к. мощность электродвигателя >5кВт.

N_y=1,1·19,18=21,1 кВт,

что соответствует мощности принятого электродвигателя.