Главная

1. Общие сведения о вентиляционных установках и требования к ним

2. Пылевыделение и взрывоопасность на предприятиях по переработке зерна

3. Основные параметры воздуха как рабочего тела аспирационных систем

4. I-d диаграмма для влажного воздуха

5. Законы сохранения массы и энергии потоков

6. Давление воздуха в воздухопроводах аспирационных систем
   •  6.1. Измерение давлений в воздухопроводах и схемы подключений микроманометра
   •  6.2, График распределения давлений в вентиляционных воздухопроводах и выводы из него

7. Скорость и расход воздуха в воздухопроводах аспирационных систем
   •  7.1. Скорость воздуха в воздухопроводах и ее определение
   •  7.2. Определение расхода воздуха на аспирацию оборудования

8. Потери давления в воздухопроводах
   •  8.1. Сопротивление трения, коэффициент трения
   •  8.2. Потери давления в местных сопротивлениях, коэффициент местных сопротивлений

9. Гидравлический расчет воздухопроводов
   •  9.1. Методы
   •  9.2. Расчет ответвлений аспирационных сетей
   •  9.3. Характеристика аспирационной сети

10. Вентиляторы аспирационных сетей
   •  10.1. Конструктивные типы
   •  10.2 Условия подобия вентиляторов
   •  10.3. Выбор вентиляторов по диаграммам

11. Очистка воздуха от пыли
   •  11.1. Измерение запыленности воздуха
   •  11.2. Основные показатели работы пылеотделительных устройств
   •  11.3. Классификация и основные типы пылеотделительных устройств

12. Методика и пример расчета аспирационной сети

13. Пневмотранспортные установки (ПТУ)
   •  13.1. Общие сведения о пневматическом транспорте
   •  13.2. Загрузочные устройства (питатели) ПТУ
   •  13.3. Трубопроводы ПТУ
   •  13.4. Разгрузители ПТУ

14. Расчет пневмотранспортных установок
   •  14.1. Скорость воздуха о трубопроводах пневмотранспорта
   •  14.2. Коэффициент концентрации смеси
   •  14.3.Определение расхода воздуха и диаметра трубопровода
   •  14.4. Расчет общих потерь давления (напора) в пневмосети

Список литературы

Лекция 7. Скорость и расход воздуха в воздухопроводах аспирационных систем

7.1. Скорость воздуха в воздухопроводах и ее определение

В вентиляционной технике приняты шесть способов определения ско­ростей воздушных потоков:

1)  специальными приборами — анемометрами;

2)  по динамическому давлению из формулы (7):

(в м/c) и для стандартного воздуха плотностью  = 1,2 кг/м³

где Н_д — динамическое давление в Па замеряют по схеме (см. рис. 6);

3)   по сужающим устройствам (диафрагмам и трубкам Вентури);

4) по входному коллектору, установленному на входе в воздухопровод;

5)   по расходу воздуха Q (в м³/с) и площади поперечного сечения S (в м²) из формулы: ;

6)   по показаниям охлаждающей способности воздуха кататермометром

     (в Дж/см² • с) из эмпирических формул.

Способ измерения скорости анемометрами обычно применяют в от­крытых воздушных потоках и при больших диаметрах воздухопроводов, так как анемометры имеют большие габаритные размеры и установка их внут­ри воздухопровода невозможна или вызывает трудности.

Способ определения скоростей по динамическому давлению - самый удобный при аэродинамических измерениях воздушных потоков воздухо­проводов.

Способы по сужающим устройствам и входному коллектору применя­ют обычно в лабораторных установках и на испытательных стендах.

Применение сужающих устройств (диафрагм и труб Вентури) в произ­водственных вентиляционных установках на предприятиях не рекоменду­ется, так как они вызывают добавочные сопротивления, и происходит за­бивание штуцеров пылью.

Способ определения скоростей по расходу воздуха применяют во всех случаях, когда известен расход воздуха и площадь поперечного сечения.

Способ определения скоростей по показателям кататермометра при­меняют для измерения малых скоростей воздуха в помещениях, когда не­возможно измерить низкую скорость воздуха другим способом (например, анемометрами — из-за недостаточной их чувствительности, не превыша­ющей 0,2 м/с).

Наиболее часто скорость воздуха внутри воздухопроводов определяется по динамическому давлению - H_д, измеряемому пневмометрической труб­кой и микроманометром.

При относительно небольших скоростях поток воздуха в воздухопрово­дах движется в ламинарном режиме, который имеет вытянутое вдоль оси поле скоростей (см. рис. 8 а).

С увеличением скорости движение превращается в вихревое, струи по­тока воздуха приобретают колебательное движение. Такой режим называ­ется турбулентным.

В этом случае поле скоростей по сечению круглой трубы более выров-ненно (рис. 8 б). Около стенок остается ламинарный слой, а в центре пото­ка образуется ядро с вихревой структурой.

В аспирационных установках воздух движется при турбулентных режи­мах. С увеличением турбулентности (числа Рейнольдса) поле скоростей выравнивается.

Средняя скорость потока воздуха меньше максимальной скорости, ко­торая наблюдается в центре потока. В общем виде можно записать, что

­Значение коэффициента  для ламинарного потока равно 0,5, а для турбулентного определяется в зависимости от числа Рейнольдса (рис. 9). При наладке аспирационных воздухопроводов комбикормовых заводов обыч­но принимают  = 0,8.

Рис. 8. Поле скоростей в воздухопроводе: а) с ламинарным режимом потока; б) с турбулентным режимом пото­ка; 1 — пограничный слой; 2 — центральное ядро потока.

Среднюю скорость воздушного потока определяют из выражения для стандартного воздуха (барометрическое давление 101,5 кПа, t = 20°C, от­носительная влажность воздуха =50%,  = 1,2 кг/м³) по формуле:

Дроссельные устройства удобно использовать для непрерывного конт­роля расхода воздуха. Однако их применение ограничено из-за того, что они создают добавочные сопротивления; кроме того, в аспирационных воз­духопроводах с запыленным потоком воздуха пыль забивает измеритель­ные штуцеры.

7.2. Определение расхода воздуха на аспирацию оборудования

Общий расход воздуха в аспирационной сети (Q_c), т. е. количество возду­ха, перемещаемого вентилятором, включает сумму расходов воздуха от аспирируемого оборудования  с учетом присосов через неплотности в сети и пылеотделителях:

,                                 (18)

где 1,05 — коэффициент, учитывающий присосы через неплотности сети;

О_по — присосы в пылеотделителях и фильтрах.

Присос воздуха в батарейном циклоне с шлюзовым затвором принима­ется равным:

                                .

Для всасывающих рукавных фильтров:

При двухступенчатой очистке воздуха последовательно в батарейных циклонах и рукавном фильтре общий расход воздуха в аспирацпонной сети рассчитывается по формуле:

                        ,            (19)

Неизвестной величиной здесь является расход воздуха от каждой аспи-рируемой машины -   данной аспирационной сети.

Нормы расхода воздуха на аспирацию оборудования должны быть обо­снованы. При изменении конструкции машины пли ее технологических параметров в процессе эксплуатации нормы расхода воздуха должны изме­няться. Расчетные формулы для определения расхода воздуха зависят от назначения аспирации. Если аспирация машины имеет несколько назначе­ний, например, санитарно-гигиеническое, взрывобезопасное и техноло­гическое, тогда рассчитывают расход воздуха для каждого назначения.

Полученные расходы сравнивают и принимают наибольший из них, который необходим для выполнения основного назначения аспирации.

Расчет расхода воздуха на аспирацию оборудования с санитарно-гигиеническим назначением

Для оборудования, в котором основное назначение аспирации — обес­пыливание помещений с санитарно-гигиеническими целями, расход воз­духа (м³/ч) рассчитывают по формуле:

где  - количество воздуха, поступающего в аспирируемое оборудование с      продуктом через самотёчную трубу или питающее отверстие, ;

  — количество воздуха, вытесняемого через неплотности корпуса       аспирируемого оборудования для поддержания вакуума, м³/ч;

 — количество воздуха, поступающего через щели корпуса машины;

— количество воздуха, подсасываемого через самотечную трубу на входе продукта в машину (+Q₄) или удаляемого из оборудования его рабочими органами, например ковшами нории из головки, или за счет вакуума в самотечной трубе (—Q₄); в большинстве случаев Q₄ = 0.

 Расходы воздуха можно определить по следующим формулам:

где — коэффициент заполнения поперечного сечения самотечной трубы продуктом; в большинстве оборудования можно принимать = 0,5;

S_c — площадь поперечного сечения самотечной трубы или питающего отверстия в корпусе машины, м²;

v_c — скорость движения воздуха в конце самотечной трубы, подсоеди­ненной к корпусу машины, м/с; ; — длина самотечной трубы, м;  — угол наклона трубы (для зерна  = 45°; для муки и продуктов размола  60°); — коэффициент трения продукта о поверхность трубы; для остальных труб при движении зерна = 0,37; G — производительность заполнения продуктом аспирируемого обо­рудования, кг/ч;

 — плотность насыпи продукта; для зерна  = 730 кг/м³, для муки, отрубей и продуктов размола  = 500 кг/м³;

 — площадь поперечных сечений неплотностей корпуса (щелей), м²;

; — сумма периметров швов разъемных соединений корпуса аспирируемого оборудования, м;  — зазор швов разъемных соедине­ний корпуса (в м); зазор не должен превышать допуска на свободные размеры (1-2 мм);

  — скорость входа воздуха через щели (в м/с), находят по формуле:

,

где  — вакуум внутри корпуса аспирируемой машины, равный потере давления в машине; принимают не менее 30 Па для того, чтобы не было выделения пыли через входные отверстия в рабочее помещение;

 — плотность воздуха, кг/м³;

  — коэффициент сопротивления входного отверстия (при узких щелевидных отверстиях с острыми входными кромками).

 Расчет расхода воздуха на аспирацию для создания условий взрывобезопасности

Для оборудования, основное назначение аспирации которого состоит в удалении пыли и создании условий взрывобезопасности, расход при ас­пирации рассчитывают (в м³/ч) по формуле:

                                                                     (20)

Рис. 9. Зависимость а от числа Рейнольдса ( , где v - кинематическая вязкость воздуха, D — диаметр воздухопровода).

Для увеличения точности вычисления средней скорости воздуха дина­мическое давление измеряют в нескольких точках поперечного сечения воздухопровода. В этом случае среднее динамическое давление

                        (21)

где    — динамическое давление в точках измерения;

 п — количество точек измерения.

Для нахождения местоположения точек измерения по отношению к центру воздухопровода пользуются формулой:

где  — искомое расстояние, мм;

 — радиус воздухопровода, мм;

п — порядковый номер точки отсчета от центра;

т — число колец, на которые разбит воздухопровод.

Пример выбора точек измерения в круглом воздухопроводе 0 350 мм показан на рис. 10. Для отметок длины пневмотрубки, погружаемой в возду­хопровод, используют резиновые кольца или наносят отметки каранда­шом. В прямоугольных воздухопроводах площадь сечения разбивают на не­сколько равновеликих прямоугольников и проводят измерения в их центре. Скорость воздуха в воздухопроводе следует измерять на расстоянии 4-5 ди­аметров от местного сопротивления.

При определении скорости нагретого воздуха с учетом измерения плот­ности применяют следующую методику. Определяют обычным спосо­бом  динамичес-кое давление (пневмометрической трубкой или мик­романометром). В подготов-ленных местах изме­ряют температуру по «сухому» и «влажному» термометрам.

Вычисляют среднее динами­ческое давление по формуле (17). Определяют плотность воздуха из выражения = P/RT, где R — газовая постоянная. С учетом от­носительной влажности (при ка­пельном увлажнении) плотность воздуха можно определить по I-d-диаграмме.

Скорость воздуха (м/с) нахо­дят по формуле:

Объёмный расход () будет:

Массовый расход (кг/с) определяют по формуле:

Скорость, а следовательно, и расход воздуха, можно определить при помощи дроссельных устройств: трубы Вентури, диафрагм или других из­мерительных элементов.

Рис. 10. Размещение точек измерений в круглом воздухопроводе 0 350 мм.

Измерения при помощи дроссельных устройств основаны на том, что потери давления, вызванные ими, можно отнести к динамическому дав­лению, т. е.

где - коэффициент местного сопротивления диафрагмы.

Например, для диафрагмы потери давления ():

где с — коэффициент расхода, определяемый опытным путем; он зависит в основном от оформления входной и выходной части отверстия диа­фрагмы;

d — диаметр отверстия диафрагмы.

 На практике применяют калиброванные диафрагмы, величину с для которых определяют опытным путем.

где К_в — коэффициент взрывобезопаспости;  К_в = 2;

А — количество пыли, которое образуется в машине и находится в аэрозольном состоянии, г/ч;

 — минимальный нижний предел взрывоопасной концентрации пыли, г/м³ (принимают по таблице 1).

Величину А в формуле (20) можно определить из баланса зольности:

                     (21)

где  и  , — зольность зерна до и после обработки, %\

 — зольность пыли, %;

G — производительность машины, кг/ч.

Иногда величину А определяют по опытным данным. Так, например, для обоечных машин с абразивным цилиндром количество пыли состав­ляет приблизительно от 0,4 до 0,8%, для сепараторов — 0,6% от производи­тельности машин.

Пример. Рассчитать расход воздуха при аспирации обоечной машины ЗНМ-5, работающей на пшенице.

Количество пыли, образуемое в обоечной машине и подлежащей уда­лению при аспирации, находят из баланса зольности по формуле (20):

Из данных технологического баланса зольность зерна при поступлении в машину  = 1,98%, при выходе из машины после обработки  = 1, 92%, а зольность пыли, уловленной из воздуха обоечной машины,  = 15,28%.

Из таблицы 1 принимают нижний предел взрывоопасной концентра­ции для   = 15,1 г/м³. Коэффициент взрывоопасности принимают К_в= 2.

Подставляя все значения в формулу (20), подсчитывают расход воздуха для аспирации обоечной машины ЗНМ-5 из условий взрывобсзопаспости:

Лекция 6.   Расчет расходов воздуха на аспирацию для удаления тепла

Расход воздуха при аспирации оборудования для удаления тепла для охлаждения рабочих органов и перерабатываемых продуктов рассчитыва­ют (в м³/ч) по формуле:

                                                                        (22)

где a — коэффициент, показывающий, какая часть общего количества тепла должна удаляться воздухом при аспирации (находят из теплового ба­ланса);

 — плотность воздуха, кг/м³;

 и  - первоначальное и конечное теплосодержание воздуха при вхо­де и выходе из машины, кДж/кг (находят по l-d-диаграмме, рис. 1, по температуре и влажности).

Для вальцовых станков принимают a = 0,31 (от 0,29 до 0,34), для послед­них размольных и вымольиых систем коэффициент будет больше 0,31, что требует специальных исследований.

Температуру конечного воздуха принимают меньше допустимой из ус­ловий перегрева и порчи перерабатываемых продуктов. Например, на валь­цовых станках температуру принимают меньше +40°С из условий сохране­ния качества клейковины. Конечная относительная влажность воздуха мо­жет быть равна первоначальной или изменяться в зависимости от влажно­сти перерабатываемого продукта.

Тепло, удаляемое при аспирации оборудования, может быть использо­вано для отопления рабочих помещений. Для этого проектируют вентиля­ционные установки с рециркуляцией.

Количество тепла, которое может быть использовано при рециркуля­ции для отопления, 1₀ (кДж/ч), рассчитывают по формуле

где a — коэффициент, показывающий, какая часть количества тепла ис­пользуется на отопление в сетях с рециркуляцией воздуха; так, напри­мер, при рециркуляции всего воздуха машин размольного отделения мукомольных заводов а₀ = 0,73;

N₀ — общая мощность (кВт), потребная для машин, воздух которых используется в сетях с рециркуляцией.

Пример. Рассчитать расход воздуха для аспирации вальцового станка ЗМ с вальцами 1000  250 мм, установленного на III драной системе, из усло­вий удаления тепла.

Определяем количество тепла, выделяемое при работе одной пары валь­цов:

где N — мощность, потребляемая для пары вальцов III драной системы

 (N = 20,7 кВт).

Первоначальное теплосодержание воздуха при входе в станок нахо­дим на рис. 1, принимая температуру воздуха помещения  = +20°С, от­носительную влажность = 80%,  = 50,23 кДж/кг. Конечное теплосо­держание при выходе из станка определяем при = +30°С,  = 80%,  = 85,84 кДж/кг.

Так как теплосодержание определено на 1 кг сухого воздуха, то плот­ность вычисляют по формуле:

         При минимальном коэффициенте a =0,29 расход воздуха на аспирацию пары вальцов III дранной системы будет Q=538м³/ч.                        

     По нормам ЦНИИпромзернопроект расход воздуха для III драной сис­темы составляет 480 м³/ч.

Расчет расхода воздуха на аспирацию для очистки зерна от примесей и обогащения продуктов размола и шелушения зерна

Расход воздуха при аспирации оборудования для очистки зерна от при­месей и продуктов шелушения от лузги, отличающихся аэродинамически­ми свойствами, рассчитывают (в м³/ч) по формуле:

                                                                         (23)

где S_K — площадь поперечного сечения пневмосепарпрующего канала в том месте, где воздух пересекает слой зерна, м²;

  — скорость воздуха в пневмосепарируюшем канале (в м/с); прини­мают меньше минимальной скорости витания очищаемого зерна  и больше скорости витания удаляемых примесей , т. е.  >  >.

При очистке зерна пшеницы принимают v_K < 6,0 м/с, на продукты ше­лушения  = 4-5 м/с.

Для определения величины S_K можно использовать формулу:

где a — глубина канала, м (при удельной нагрузке 20...30, 40...50 и 50... 100

кг/(ч • см) величина а соответственно равна 80... 100, 100... 130 и 130...200 мм).

Меньшие удельные нагрузки принимают для мукомольных и крупяных заводов, большие — для элеваторов. При очистке крупы ОТ лузги принима­ют удельную нагрузку 10-15 кг/(ч • см), а величину a = 80 мм.

Пример. Рассчитать расход воздуха в пневмосенарпруюшпх каналах сепа­ратора ЗСМ-10 при очистке зерна пшеницы от примесей.

 Из технической характеристики сепаратора находят ширину ппевмосе-парирующих каналов В = 1490 мм, глубину a = 130 мм и определяют пло­щадь поперечного сечения пневмосепарпруюшего канала

Расход воздуха в канале второй продувки принимают равным или на 5-10 % больше, чем в канале первой продувки, т.е.

Общий расход воздуха для сепаратора ЗСМ – 10 составит:

По нормам расход воздуха для сепаратора ЗСМ-10 равен 9000 м³/ч, что достаточно.

Количество воздуха при аспирировании ситовеечных машин для обога­щения крупок определяют по формуле (23), в которой  S_K — площадь сит,

продуваемых воздухом, м²;  — скорость воздуха над поверхностью сита и слоя продукта, м/с. Эту скорость принимают меньше скорости витания оболочечных частиц крупы, которые идут сходом с сит. Например, мини­мальная скорость витания оболочечных частиц крупной крупы — 1 м/с, средней крупы — 0,8, мелкой крупы — 0,5, дунстов — 0,4 м/с. Рекомендуют применять скорость для крупной крупы 0,6 м/с, для средней 0,45 м/с, для мелкой 0,36 м/с, для дунстов 0,31 м/с.

Нормы расхода воздуха и потери давления на аспирацию технологичес­кого и вспомогательного оборудования мукомольных, крупяных и комби­кормовых заводов поданным ЦНИИпромзернопроект приведены в книге: Весе­лов С. А. Практикум по вентиляционным установкам, М., Колос, 1982 (Приложение 5).