- •Федеральное агентство по рыболовству
- •Введение
- •1. Краткая История создания систем кондиционирования воздуха
- •2. Задачи кондиционирования воздуха и нормы климата
- •Контрольные вопросы
- •3. Термодинамические свойства влажного воздуха
- •3.1. Основные параметры и характеристики сухого и влажного воздуха
- •Водяной пар
- •Паровоздушная смесь
- •Контрольные вопросы
- •4. Санитарно-гигиенические основы кондиционирования воздуха
- •4.1. Методы определения относительной влажности
- •4.2.Современные приборы измерения параметров воздуха
- •4.3. Оптимальные параметры окружающего воздуха для различных видов нагрузки
- •Результирующие температуры, °с
- •Метеорологические нормы микроклимата судовых помещений
- •Контрольные вопросы
- •5. Тепло-, массо- и воздухообмен в скв
- •5.1. Расчет теплового и влажностного балансов в помещении
- •5.2. Определение теплопритоков в помещении при различных наружных и внутренних условиях
- •5.3. Выделение тепла, влажности и газов в производственном помещении
- •5.3.1. Определение теплопритоков
- •5.3.2. Влагопоступление в помещении
- •5.3.3. Расчет газопоступлений в помещении
- •Количество углекислого газа, выделяемого людьми
- •Контрольные вопросы
- •6. Методы обработки воздуха
- •6.1. Тепло- и влагообмен между воздухом и водой
- •6.2. Построение процессов изменения состояния влажного воздуха на d-I-диаграмме
- •6.3. Нагревание воздуха
- •6.4. Охлаждение воздуха
- •6.5. Осушение воздуха
- •6.6. Увлажнение воздуха
- •Значение коэффициента эффективности е
- •6.7. Воздухонагреватели и воздухоохладители судовых систем кондиционирования воздуха
- •6.8. Фильтрация воздуха в системах кондиционирования
- •7. Системы кондиционирования воздуха
- •7.1. Классификация систем кондиционирования воздуха
- •7.2. Краткая характеристика кондиционеров воздуха
- •7.3. Принцип работы кондиционера
- •7.4. Хладагенты.
- •7.5. Судовые системы кондиционирования
- •8. Газодинамический расчет систем
- •8.1. Определение потерь давления в системах
- •8.2. Вентиляторы
- •8.3. Воздухораспределители
- •8.4. Шумоглушители
- •8.5 Теплоутилизационные установки
- •Библиографический список
- •Оглавление
8. Газодинамический расчет систем
8.1. Определение потерь давления в системах
Аэродинамический расчет сопротивления в системах кондиционирования воздуха производят после расчета и подбора всех элементов и составления точного эскиза конструкции.
При комплектации кондиционеров оборудованием его сопротивления определяют по данным заводов-изготовителей. При расчете новых конструкций воздухоохладителей и воздухонагревателей сопротивление при поперечном обтекании воздухом аппаратов определяют расчетным путем.
Скорость воздуха на участках магистральных воздуховодов и ответвлений принимается в соответствии с принятой системой СКВ.
Необходимый диаметр воздуховода определяется по формуле:
d = ,
где LВ – расход воздуха на рассчитываемом участке воздуховода, м3/с; – скорость движения воздуха, м/с.
Принимая воздуховоды прямоугольного сечения в формулы расчета сопротивлений, подставляется эквивалентный диаметр, определяемый по формуле:
dэкв = ,
где А и В – размеры сторон прямоугольного сечения воздуховода, м.
Для каждого участка воздуховода определяются расход воздуха Lв, диаметр (эквивалентный) dэкв, скорость воздуха и длина ℓ.
Общее аэродинамическое сопротивление магистрального воздуховода, состоящего из нескольких участков, также включая соответствующие местные сопротивления:
= тр + м + обор.
где тр – потери давления в прямых участках, Па; м – потери давления в местных сопротивлениях, Па; обор – потери давления в обрабатываемом оборудовании, Па.
Потери давления на трение в прямом участке определяется по формуле:
тр = ,
где – коэффициент сопротивления трения; ℓ – длина участка, м; d – диаметр воздуховода, м; – плотность воздуха, кг/м3; – скорость воздуха, м/с.
Коэффициент сопротивления трения определяется по формуле
= при Rе 100 000;
= ,
где Rе 100 000; Rе – критерий Рейнольдса.
Re = ,
где – коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с.
Потери давления в местных сопротивлениях определяется по формуле
м = ,
где – коэффициент местного сопротивления.
Коэффициенты местного сопротивления для некоторых местных сопротивлений имеют следующие значения:
- плавный поворот на 90° – 0,5
- прямое колено под 90° – 1,1
- тройник приточный под 90° – 1,6
- тройник приточный под 45° – 0,5
- шибер (открытое и закрытое состояние) – 0 и 35
- дроссель-клапан: в открытом состоянии – 0,04-0,15; закрытом – 5000-8000
- свободный выход из канала – 1,0
- внезапное расширение канала – 0,8-1,0
- плавное сужение канала – 0,4
В результате расчета определяются общие потери давления в системе кондиционирования и подбирается вентилятор.
8.2. Вентиляторы
Вентиляторы – воздуходувные машины, предназначенные для перемещения воздуха. Основной рабочий элемент - свободно вращающееся колесо с лопатками.
Классификация вентиляторов по давлению: низконапорные до 1000 Па; средненапорные от 1000 до 3000 Па; высоконапорные свыше 3000 Па.
По направлению вращения рабочего колеса (рис. 68): правого исполнения и левого.
Рис. 68
По типу крыльчатки: загнутые назад, прямые радиальные, загнутые вперед (рис. 69).
а б в
Рис. 69. По типу крыльчатки: а – загнутые назад; б – прямые радиальные; в – загнутые вперед
По направлению выхода потока воздуха: нормального положения и под углами: 45°, 90°, 110°; 135°, 180°, 270° и 315°.
По степени защиты электродвигателя: коррозионностойкие, пылевые, брызгозащитные, взрывозащитные, термостойкие.
По типу привода: непосредственное соединение колеса с валом электродвигателя; с клиноременной передачей с постоянным передаточным отношением и с регулируемой бесступенчатой передачей.
По конструктивному исполнению: осевые и радиальные или центробежные (рис. 70).
а б в
Рис. 70. Вентиляторы: а – осевой; б, в – радиальные: двух- и одностороннего всасывания
Осевые вентиляторы. Простейший тип осевых вентиляторов – пропеллерные. Свободно вращающиеся осевые вентиляторы этого типа имеют очень низкую эффективность, поэтому большинство из них встраивается в цилиндрический корпус.
В зависимости от профиля лопаток колеса вентиляторы называют нереверсивными и реверсивными.
Размеры и другие параметры осевых вентиляторов регламентированы ГОСТом 11442-90 «Вентиляторы осевые общего назначения. Общие технические условия».
П
Рис.
71
Радиальные вентиляторы используются там, где необходимо очень высокое общее давление. Особые характеристики радиальных вентиляторов определяются формой рабочего колеса и лопаток. Радиальные вентиляторы бывают одностороннего и двухстороннего всасывания (рис. 71). Конструктивное исполнение вентиляторов регламентируется ГОСТом 5976-90 «Вентиляторы радиальные общего назначения. Общие технические условия». Гост регламентирует диаметр входящих отверстий и другие диаметры: колеса, корпуса, патрубка.
Диагональные вентиляторы. Радиальная крыльчатка вызывает увеличение статического давления в связи с центробежной силой, действующей в радиальном направлении.
У осевой крыльчатки не возникает эквивалентного давления, поскольку воздушный поток является нормально осевым. Диагональные вентиляторы являются смешением радиальных и осевых вентиляторов. Воздух движется в осевом направлении, а затем в лопастном колесе он отклоняется на 45°. Радиальная составляющая скорости, которая увеличивается таким отклонением, вызывает некоторое увеличение давления посредством центробежной силы.
Диаметральные вентиляторы. В диаметральных вентиляторах воздух проходит напрямую вдоль рабочего колеса, и как входящий, так и исходящий потоки располагаются по периметру рабочего колеса. Несмотря на небольшой диаметр, рабочее колесо может подавать большие объемы воздуха.
Вентиляторные блоки ВБКП, предназначенные для использования в системах, хорошо компонуются с дополнительными элементами для очистки, подогрева или охлаждения воздуха, подаваемого в помещение, с элементами шумоглушения. Это позволяет легко приспособить блоки к системам приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией тепла вентвыбросов с использованием промежуточного теплоносителя.
ВБКП оснащены вентиляторами двухстороннего всасывания с диаметрами рабочих колес от 140 до 1400 мм.
Подбор и технические характеристики вентиляторов производятся по двум основным параметрам: производительности по воздуху и полному давлению.
Также важной характеристикой вентиляторов является уровень шума.
Типы вентиляторов изображены на рис.72.
а б в
г д е
Рис. 72. Типы вентиляторов: а – шумозащищенный; б, е – осевой; в, д – радиальный; г – центробежный с ременным приводом
В системах вентиляции, кондиционирования воздуха применяются такие вентиляторы, как радиальные ВР-80-75, ВЦ-14-46, ВР-12-26 и ВР-125-28.
К примеру, вентиляторы радиальные низкого давления ВР-80-75, изготавливаются по 1-й (с непосредственным соединением с двигателем) и по 5-й (с ременным приводом) конструктивным схемам исполнения. Производительность 1000-100000 м3/ч, полное давление 100-1800 Па. Вентиляторы применяют в системах, где требуется высокий КПД, низкий уровень шума и в системах с параллельной работой нескольких вентиляторов.
Вентиляторы радиальные среднего давления ВЦ-14-46 изготавливаются по 1-й и 5-й схемам исполнения. Производительность 600-120000 м3/ч, полное давление 250-2800 Па.
Вентиляторы радиальные высокого давления ВР-12-26 изготавливаются в общепромышленном исполнении. ВР-12-26 изготавливаются по 1-й схеме исполнения.
Вентиляторы радиальные высокого давления ВР-125-28 изготавливают по 1-й и 5-й схемам исполнения. Производительность 3000-25000 м3/ч, полное давление 2000-8000 Па.
Для каждого вентилятора в справочной литературе представлены аэродинамические характеристики в виде диаграмм (рис. 73); технические характеристики по марке и номеру вентилятора: производительность по воздуху, тыс. м3/ч и полного давлении, Па; марка электродвигателя мощностью кВт и частотой вращения, мин-1.
Рис. 73. Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦ 14-46-3,15
Вентиляторы пылевые высокого давления ВЦП-7-40 предназначены для перемещения взрывобезопасных, неабразивных пылегазовоздушных смесей, агрессивность которых по отношению к углеродистым сталям обыкновенного качества не выше агрессивности воздуха, имеющих температуру не выше 80 °С, не содержащих липких веществ. Пылевые вентиляторы применяются в основном в системах пылеочистных установок и т.п.
Судовые электровентиляторы кондиционеров
Судовой вентилятор, встраиваемый в кондиционер должен иметь большую площадь выходного патрубка, чтоб более полно и равномерно обдувалась поверхность теплообменника, перед которым он устанавливается.
В центральных кондиционерах типа «Экватор», КЦВД, «Бриз» и других устанавливают центробежный вентилятор марки 56ЦС-34 производительностью 5600 м3/ч, при полном давлении воздуха 3,4 кПа.
Прямоточный центробежный электровентилятор производительностью 5600 м3/ч и напором 3,6 кПа устанавливается в групповых и центральных прямоточных кондиционерах.
Центробежный вентилятор двухстороннего всасывания с клиноременным приводом от электродвигателя производительностью 750 м3/ч и напором 4,3 кПа, встраиваемый в центральные высоконапорные кондиционеры типа КЦВ имеет небольшие габариты. Последнее время исключают клиноременную передачу, заменяют более надежными центробежными прямоточными электровентиляторами.
В местных кондиционерах устанавливаются электровентиляторы производительностью 1000 м3/ч и напором 0,28 кПа.
Нередко для равномерного обдувания теплообменных батарей применяют осевые электровентиляторы производительностью 600 м3/ч и напором 0,2 кПа, применяемые в автономных кондиционерах.
В каждом конкретном случае при подборе электровентилятора необходимо учитывать параметры вентилятора: воздухопроизводительность, давление и конструктивное оформление.
Воздухопроизводительность вентилятора определяется из расчета и построения процессов кондиционирования для выбранной СКВ. Давление определяется из расчета сопротивления воздуха и необходимого избыточного давления, которое используется в системе воздуховодов и распределения воздуха.
Потребляемая мощность электродвигателя, кВт:
,
где Lв-ха – количество воздуха, м3/ч; Р – расчетное сопротивление, Па; В – кпд вентилятора.
Установочная мощность электродвигателя, кВт
N = kз ∙ N,
где kз – коэффициент запаса мощности.
На рис. 74 приведена конструкция виброизолирующего основания для центробежного вентилятора, т.к. при работе вентилятора появляются побочные эффекты: шум, вибрации.
Рис. 74. Виброоснования для центробежного вентилятора: 1 – центробежный вентилятор; 2 – рама; 3 – виброизолятор
В связи с расширением области применения вентиляторов существенно повышаются требования к их шуму и вибрациям. При работе вентилятора шум может иметь механическую или аэродинамическую природу. Механический – создается в результате наличия вибрации в источнике (вентиляторе, электродвигателе) из-за неуравновешенности вращающихся масс (рабочее колесо, шкив или приводная муфта), а также из-за возмущений ударного характера в шарикоподшипниках, приводах и др.
Аэродинамический шум возникает вследствие образования вихрей и пульсации давления. Основные способы борьбы с механическим шумом: тщательная балансировка рабочего колеса вентилятора; правильная установка шарикоподшипников; замена подшипников качения подшипниками скольжения; замена плоскоременных передач клиноременными; обеспечение соосности валов вентилятора и электродвигателя при их соединении с помощью эластичной муфты; устранение биения в муфтах; использование звукоизолирующих прокладок из резины; войлока, прессованной пробки и др. под основание вентилятора (электродвигателя); применение виброизолирующих оснований; применение гибких вставок из прорезиненной ткани между вентилятором и присоединенными к нему воздуховодами; устройство звукоизолирующего съемного кожуха, одеваемого на вентилятор и т.д.
Основные способы борьбы с аэродинамическим шумом в радиальных вентиляторных установках: снизить количество оборотов вентилятора в пределах, обеспечивающих его необходимую производительность.
В вентиляторной установке при осевом вентиляторе – у входного отверстия вентилятора установить плавный коллектор; уменьшить угол установки лопастей крыльчатки вентилятора в пределах допустимого снижения его производительности; придать обтекаемую форму стойкам подшипников и другим средствам крепления вентилятора, омываемым воздушным потоком; или обеспечить режим работы вентилятора в пределах рабочей части его характеристики.