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 9. Гидравлический расчет воздухопроводов

9.1. Методы расчета

Наиболее распространенными методами расчета воздухопроводов ас-пирационпых систем являются метод полных давлений (разработан А. В. Панченко) и метод потерь давлений на единицу длины воздуховода.

В основу метода полных давлений положен принцип суммирования всех потерь давлений, возникающих при перемещении воздуха по магистраль­ному направлению, включая потери, возникающие при поступлении и выводе воздуха из здания.

Главной магистралью сети называют сумму последовательных участков по направлению движения воздуха, создающих максимальные потери дав­ления. Все остальные участки сети называются боковыми ответвлениями, или ветвями. Они не влияют на потери давления в сети, поскольку парал­лельны.

Расчетное давление вентилятора по методу полных давлений определя­ется по формуле (оно равно расчетному сопротивлению сети):

,         (34)

где Н_м — потери давления в аспирируемой машине первого участка глав­ной магистрали, Па;

 — суммарные потери давления в воздухопроводах па участках глав­ной магистрали, Па;

 — потери давления в пылеотделителях, Па;

Н_вых — потери давления на выхлоп, Па;

Н_вак — вакуум в рабочем помещении, Па.

По методу полных давлений потери давления на трение и местные со­противления определяют в долях динамического (скоростного) давления:

,    (35)

где  — безразмерный коэффициент трения;

 — сумма коэффициентов местных сопротивлений;

 п — число участков воздухопровода по магистральному направлению,

 включая воздухопроводы до и после вентилятора.

  l,D – соответственно длина и диаметр  участка воздухопровода.

Для упрощения расчетов аспирационных систем по методу полных дав­лений разработана номограмма, позволяющая по заданным расходу и ско­рости воздуха (L, ) определить диаметр трубы (D), отношение /D, Н_д и др. величины.

При расчете аспирационных систем по методу потерь давления на еди­ницу длины (второй метод) сумму потерь давления на перемещение возду­ха по магистральному направлению определяют по формуле:

                                            (36)

где — потери давления на 1 м длины воздухопровода.

Остальные слагаемые в формуле для определения расчетного давления вентилятора остаются без изменений.

Потери давления в пылеотделителях в зависимости от типа вычисляют для циклонов по формуле:

,          (37)

где   — коэффициент сопротивления циклона;

  — скорость воздуха во входном патрубке, м/с.

Для матерчатых фильтров сопротивление определяют в зависимости от удельной воздушной нагрузки на 1 м² фильтрующей ткани.

Потери давления на выходе воздуха в атмосферу равняются:

,       (38)

где   — коэффициент сопротивления на внезапное расширение (удар), принимается  = 1,0.

Размер выхлопного патрубка рассчитывают так, чтобы скорость возду­ха на выходе была не более 6 м/с.

Вакуум в рабочем помещении принимают Н_вак = 50 Па.

Общий расход Q воздуха аспирационпой системы (т. е. воздуха, переме­щаемого вентилятором) включает сумму расходов воздуха от аспирируемого оборудования  и присосы воздуха через неплотности сети и в пылеотде­лителях:

,       (39)

где  1,05 - коэффициент, учитывающий присосы в сети;

 - присосы в пылеотделителе - (для батарейных циклонов

  =  м³/с;  для фильтров  = ).

При двухступенчатой очистке воздуха в батарейных циклонах и фильтре:

.     (40)

.

По Q и Н_в выбирают вентилятор.

Потребляемая мощность на валу электродвигателя вентилятора рас­считывается по формуле:

,       (41)

где к_дв — коэффициент запаса мощности (при N_e= 1,1 ...2,0 — к_дв = 1,2; при N_e = 2,1 ...5 — к_дв— 1,15; при N_e> 5 — к_дв = 1,1; для осевых вентиляторов  и      — КПД подшипников и передачи (= 0,98;  = 0,95 — клиноременная передача;  = 0,98 — муфта); г)   — КПД вентилятора

9.2. Расчет ответвлений аспирационных сетей

Расчет ответвлений аспирационных сетей включает определение потерь давления и диаметров трубопроводов. Потери давления в магистральном воз­духопроводе (участке) до места подключения ответвления и в ответвлении должны быть равны, включая аспирируемую машину Ml и М2 (рис. 15):

,

где H_AБ - суммарное сопротивление участка АБ (вместе с сопротивле­нием машины H_М1 ) главной магистрали;

Н_М2 - сопротивление машины М2;

D_х и _x - искомые диаметр и скорость воздуха на боковом участке аБ.

Это уравнение равенства полных давлений решают методом интерпо­ляции следующим образом: задают скорость  _x  равной скорости воздуха  _М  на участке главной магистрали и по известному расходу Q_M2 находят диа­метр D_x, принимая ближайший стандартный.

По этим данным рассчитывают потери давления в боковом участке аБ. Если различие сопротивлений на участке главной магистрали и в ответвлении менее 5%, то задача реше­на, т. е. , что получается не всегда.

Рис.15 Схема ответвления ВУ

Чаще  получается больше . В этом случае несколько увеличи­вают скорость V_x и вновь рассчитывают .

Если  все-таки остается больше , то в ответвлении устанав­ливают одностороннюю или круглую диафрагму, сопротивление которой находят по формуле:

,

,

по диаграмме находят основные размеры односторонней диафрагмы или круглой диафрагмы.

Недостаток диафрагм - скапливание пыли продукта в местах их установки. Поэтому круглые диафрагмы рекомендуется устанавливать только в вер­тикальных воздухопроводах, а односторонние - в верхней части горизон­тального воздухопровода.

9.3. Характеристика аспирационной сети

Известно, что для участка воздухопровода можно написать уравнение:

,  (42)

где Q_c — расход воздуха в аспирационной сети.

Для турбулентного режима  и  не зависят от числа Рейнольдса, т. е. от V и D. Таким образом:

Уравнение (42) можно представить в виде:

Если брать всю аспирационную сеть, то в ней величины Н_м, Н_п и Н_вых тоже можно считать постоянными, тогда для всей сети уравнение примет

вид:

,                 (43)

где К_с — коэффициент сопротивления всей сети. В общем случае

                                                  ,

где п = 1 для ламинарного потока; п = 1,75 для турбулентного при гидрав­лически гладких воздухопроводах и п = 2 для турбулентного при гидрав­лически шероховатых воздухопроводах.

Коэффициент К_с зависит главным образом от геометрии и протяжен­ности сети, и он тем больше, чем длиннее и сложнее сеть. Полученное уравнение (43) называется уравнением характеристики сети, а график, выражающий в соответствии с этим уравнением зависимость потери давле­ния в сети от расхода воздуха, — характеристикой сети.

Характеристика сети может быть построена по точкам при расчете по­терь давления при различных расходах или получена опытным путем по замерам на аспирационной сети.

По характеристике сети можно быстро и наглядно определить расход воздуха при заданных потерях давления, и наоборот.

Наложение на характеристику сети характеристики вентилятора дает возможность по рабочей точке анализировать совместную работу вентиля­тора и сети.

Кривая характеристики сети, выраженная формулой (43), представля­ет собой параболу (рис. 16), проходящую через начало координат.

Точка А₁ является рабочей точкой для вентилятора, работающего при частоте вращения п₁ и характеристике сети I с расходом воздуха Q₁ и дав­лением вентилятора Н_в, равным сопротивлению сети Н_сети.

Если в воздухопроводах осаждается пыль (мала скорость) или закупо­риваются аспирационные отверстия в оборудовании, то повышается  К_с и кривая характеристики становится круче (кривая 2). Рабочая точка переходит

Рис.16 Характеристика аспирационной (вентиляционной) сети

в А₂, и расход воздуха уменьшается до Q₂. Уменьшение расхода воздуха в сети приводит к уменьшению скорости воздуха, большему осаждению пыли, повышению К_с, и кривая характеристики сети станет еще круче (кривая 3). При этом рабочая точка переместится в А₃, расход резко умень­шится до Q₃ и сеть прекращает эффективную работу, т. к. снижается КПД вентилятора, повышаются напор и расход энергии.

При эксплуатации возможны дефекты, которые уменьшают коэффи­циент сопротивления сети К_с, и кривая характеристики перемещается впра­во, становится более пологой (кривая 4). Такое явление возможно при па-рушении герметизации сети (открыты смотровые люки на воздуховодах пли всасывающих фильтрах). При этом увеличивается расход воздуха и повыша­ется потребная мощность на привод вентилятора.

Характеристика аспирационной сети может измениться также при на­личии вакуума в рабочем помещении. Вакуум в помещении образуется обыч­но в отапливаемый период года в результате повышенных воздухообменов.

Вакуум в помещении равен разности атмосферных давлений в помеще­нии Р и снаружи Р_а .

Н_вак = Р - Р_а

Величину вакуума в помещении измеряют  микроманометром (см. рис. 17).

Вакуум в помещении изменяет уравнение характеристики сети, т. к. ее сопротивление увеличивается (кривая 5) и уравнение сети принимает вид:

.                 (44)

Рис.17 Измерение вакуума в производственном помещении

Устранить влияние вакуума можно двумя способами.

Первый: повысить частоту вращения вентилятора до п₂ об/мин, тогда рабочая точка переместится в А₀. Этот способ требует регулируемого при­вода вентилятора, что в данном случае нерационально.

Второй: устранить или уменьшить вакуум уменьшением кратности воз­духообмена, применить рециркуляцию или установить приточную вентиляционную установку.

Для построения характеристики сети достаточно одной пары получае­мых из расчета значений Н и Q.

Пример. Построить характеристику сети, если из расчета известно, что Н = 500 Па при Q = 20000 м³/ч, Н_вак = 100 Па. Уравнение сета имеет вид:

.

Из уравнения определяем        ;

.

Отсюда, задаваясь значениями    Q, вычисляем Я и по точкам строим график (рис. 18).

Рис.18 Характеристика аспирационной сети