Тема 11. Утилизация теплоты удаляемого воздуха

Основные технологические схемы утилизации тепла удаляемого воз­духа с целью нагревания притока. Рекуператоры теплоты. Классификация, конструкция и расчет.

Изучается в спецкурсе “Энергосбережение в системах ОВК”

Тема 12. Технико-экономические показатели

СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

Показатели к проекту: стоимостные, качественные, социальные. Капитальные затраты, эксплуатационные расходы, приведенные затраты. Годовой расход энергии системами вентиляции и кондиционирования воздуха. Методика расчета потребления тепла, энергии и воды для обра­ботки и перемещения воздуха. Энергетическая эффективность вентиляцион­ных систем. Экономическая оценка энергоресурсов.

Испытания систем вентиляции. Нормы и правила эксплуатации систем вентиляции. Противопожарные мероприятия и требования, предъявляемые к систе­мам вентиляции.

Литература [1, гл. XXV]

Методические указания

При изучении данной темы необходимо повторить основные понятия и определения из курса «Экономика отрасли». Вопросы, связанные с утилизацией теплоты, экономией энергоресурсов, определением энергетической эффективности вентиляционных систем изучаются в курсе «Энергосбережение в системах ОВК». В данной теме студент должен изучить, прежде всего, методику определения годовых расходов энергии, теплоты, воды системами вентиляции и кондиционирования воздуха. Необходимо обратить внимание на виды и состав испытаний систем вентиляции, на основные мероприятия противопожарной безопасности.

Вопросы для самопроверки

1. Какими показателями характеризуется проект вентиляции здания или сооружения?

2. Изложите методику определения годовых затрат энергии, теплоты и воды системами вентиляции и кондиционирования воздуха?

3. Какие Вы знаете виды испытаний вентиляционных систем?

4. Охарактеризуйте состав и методы испытаний основного вентиляционного оборудования?

5. Какие требования противопожарной безопасности предъявляются к системам вентиляции?

Тема 13. Режимы работы и регулирование

СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

Суточные и годовые изменения режима работы систем вентиляции. Изменение теплозатрат в течение года. Регулирование работы систем вентиляции. Основные принципы уп­равления работой системы. Местное и центральное управление, диспетче­ризация работы систем вентиляции объектов. Технологические требования к схемам и приборам автоматического регулирования систем вентиляции. Автоматизация работы вентиляционных систем; применение АСУ.

Литература [1, гл. XXVI]

Методические указания

При изучении данной темы основное внимание уделяется изучению и анализу режимов работы систем вентиляции в течение года. В соответствии с действующими нормативными документами системы вентиляции проектируют на расчетные условия теплого, холодного и переходного периодов года. Реальные значения параметров климата в течение года существенно отличаются от расчетных, поэтому возникает проблема регулирования теплового режима вообще и режима работы системы вентиляции в частности. В данной теме изучаются принципы и методы регулирования, средства КИП и автоматики, типовые схемы изучают в курсе «Автоматизация систем ТГВ».

Вопросы для самопроверки

1. В чем состоит различие между системами вентиляции с постоянным и переменным расходом воздуха?

2. Как обеспечивается поддержание нормируемой температуры воздуха в ОЗ или РЗ помещения системой вентиляции?

3. Какие параметры воздуха должна поддерживать система вентиляции?

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

В соответствии с учебным планом студенты выполняют одно контрольное задание, которое включает в себя решение восьми задач:

- аэродинамический расчет системы вентиляции с искусственным побуждением движения воздуха;

- аэродинамический расчет системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением движения воздуха по методу статических давлений;

- расчет местных отсосов;

- расчет калориферной установки;

- расчет воздушного душа;

- расчет ячейкового фильтра;

- расчет циклона и определение эффективности очистки воздуха в циклоне;

- расчет внутрицеховой системы пневмотранспорта.

Условия задач и исходные данные к ним студент выбирает в соответствии с номером своей зачетной книжки.

Условия задач должны быть переписаны полностью. Решения задач необходимо сопровождать пояснениями и подробными вычислениями. При вычислении каждой величины необходимо указать ее название, формулу, по которой она определяется, дать ссылку на литературу, откуда эта формула взята. После записи формулы с буквенными обозначениями подставляются в такой же последовательности их цифровые значения. Необходимо указывать размерность результатов вычислений. Применять необходимо только Международную систему единиц СИ, либо систему единиц, допустимую к применении в строительстве.

Решения задач представляются в тетради в клетку, либо на листах белой бумаги формата А4, закрепленных в скоросшиватель. Рисунки и графики выполняют на миллиметровой бумаге и вставляют (вклеивают) в текст. Допускается оформление работы на компьютере. Завершается работа списком использованных источников и подписью студента. Для заметок преподавателя на каждой странице отводят поля шириной 4 см. На обложке тетради или титульном листе скоросшивателя записывается номер контрольного задания, название предмета, фамилия, имя, отчество студента, его шифр, специальность и домашний адрес.

Задача №1. Выполнить аэродинамический расчет вентиляционной системы, обслуживающей помещения общественного здания. Воздуховоды прямоугольного сечения изготовлены из оцинкованной тонколистовой стали. В качестве воздухораспределительных устройств используются жалюзийные решетки. Воздухозаборная шахта выполнена из бетонных блоков. Данные для расчета представлены в таблицах 1 и 2, а расчетные аксонометрические схемы – на рисунках 1а и 1б. Номер схемы соответствует номеру приточной камеры (ПК) и принимается студентом по последней цифре номера зачетной книжки (З.К.)

Таблица 1. Исходные данные к задаче №1.

Последняя	Расход воздуха на концевых участках, м3/ч				Длина вздухоза-
цифра З.К.	A	B	C	D	борной шахты, м
0	1000	800	600	650	6
1	920	1100	650	500	8
2	820	1140	800	560	10
3	720	1000	840	600	12
4	1050	820	720	660	7
5	740	980	1020	520	9
6	800	1100	840	500	11
7	860	1200	900	530	5
8	950	680	1040	580	7,5
9	1100	750	900	600	8,6

Таблица 2. Исходные данные к задаче №1.

Предпоследняя	Длина концевых участков, м
цифра З.К.	A	B	C	D
0	6	8	4	5
1	6	9	6	5
2	5	10	4	6
3	6	7	4	7
4	7	9	5	4,5
5	8	10	6	5,5
6	9	6	4	6,5
7	6	8	8	7,5
8	5	8	6	4,2
9	7	8	4	5,8

Примечания. 1. Длина общих участков принимается студентами самостоятельно в диапазоне 4 – 10 м.

2. Перед выполнением аэродинамического расчета необходимо подобрать жалюзийные решетки для концевых участков. Решетки подбирают по данным таблицы №3, принимая скорость воздуха в живом сечении решетки V₀ = 3 – 4 м/с. Если одной решетки недостаточно, либо она не размещается на боковой поверхности воздуховода, то устанавливают две решетки параллельно, рассматривая их как одно приточное отверстие.

3. Методика расчета и необходимые справочные данные представлены в [1, 8, 16].

ПК-6

C

B

A

A

B

C

A

B

C

A

B

C

D

A

B

C

А

B

C

D

Рис.1а. Аксонометрические схемы систем вентиляции к задаче №1.

A

B

C

A

B

C

A

B

A

B

C

C

Рис. 1б. Аксонометрические схемы систем вентиляции к задаче №1.

Таблица 3. Технические данные приточных регулируемых жалюзийных решеток

B, мм	H, мм	A0, м2	B, мм	H, мм	A0, м2	B, мм	H, мм	A0, м2
225	125	0,0145	425	225	0,0590	825	325	0,1780
325	125	0,0215	525	225	0,0740	1025	325	0,2240
425	125	0,0290	625	225	0,0890	1225	325	0,2680
525	125	0,0365	825	225	0,1190	625	425	0,1780
625	125	0,0440	1025	225	0,1480	825	425	0,2380
825	125	0,0585	1225	225	0,1780	1025	425	0,2980
1025	125	0,0735	425	325	0,0885	1225	425	0,3560
1225	125	0,0880	525	325	0,1110	1025	525	0,3740
325	225	0,0440	625	325	0,1330	1225	525	0,4470

Задача №2. Рассчитать по методу статических давлений вытяжную систему естественной вентиляции многоэтажного жилого дома. Ответвления присоединяются к сборному каналу под потолком следующего этажа. Вытяжной канал с верхнего этажа выполнен отдельно и к сборному каналу не присоединен. Вентиляционные каналы имеют круглое сечение и изготовлены из бетона. На ответвлениях установлены жалюзийные решетки с площадью живого сечения А₀ = 0,033 м². Данные для расчета принимают по таблице 4, где указано число этажей в здании – N, расход воздуха в этажном ответвлении - L_эт, высота этажа - h_эт, высота вытяжной шахты - h_ш, и угол примыкания ответвления к сборному каналу - .

Таблица 4. Исходные данные к задаче №2.

Последняя	По последней цифре		Предпоследняя	По предпоследней цифре
Цифра З.К.	N	Lэт, м3/ч	цифра З.К.	hэт, м	hш, м	, град.
0	7	50	0	3,5	3,2	10
1	8	55	1	3,2	3,0	12
2	9	50	2	3,0	3,5	14
3	10	55	3	3,1	3,3	16
4	11	60	4	3,3	2,9	18
5	7	65	5	3,4	3,1	20
6	8	60	6	2,9	3,2	19
7	9	65	7	2,8	3,3	17
8	10	70	8	2,7	3,4	15
9	11	75	9	2,6	3,0	13

Примечания. 1.Сечение сборного канала следует принять постоянным для всей системы, при этом скорость движения воздуха в канале не должна превышать 2,0 – 2,5 м/с.

2. Скорость движения воздуха в этажном ответвлении принимается не выше 1 м/с.

3. Методика и пример расчета изложены в [1].

Задача №3. Рассчитать следующие виды местных отсосов:

а) верхний, боковой и нижний от источника, имеющего форму параллелепипеда с поверхности, которого выделяется теплота и вредные газы. Исходные данные представлены в таблицах 5 и 6: a, b, h – соответственно длина, ширина и высота источника вредностей; V_в - скорость движения воздуха в РЗ; М – интенсивность источника вредности; ПДК – предельно допустимая концентрация вредности в РЗ; температура горизонтальной и вертикальной поверхности источника вредности; t_в - температура РЗ.

б) бортовой отсос, активированный бортовой отсос и кольцевой отсос от ванны с раствором. Диаметр цилиндрической ванны необходимо определить из условия равенства площадей поверхности зеркала раствора в цилиндрической и прямоугольной ваннах. Исходные данные представлены в табл. 7: B_p, l – расчетная ширина и длина ванны; h_р – высота стояния уровня; t_п, t_в – температура поверхности раствора и температура РЗ; К_т - коэффициент токсичности раствора. В последнем столбце таблицы 7 указан способ укрытия поверхности раствора.

Примечание. Методика расчета и примеры изложены в [3].

Таблица 5. Исходные данные для расчета верхнего, бокового и нижнего отсосов

Последняя	Размеры источника, м				Вред-	М,	ПДК,
Цифра З.К.	a	b	h	Vв, м/с	ность	мг/с	Мг/м3
0	0,40	0,50	0,25	0,20	CO	80	20
1	0,80	0,60	0,30	0,30	NO2	35	5
2	0,60	0,40	0,20	0,40	SO2	25	10
3	1,20	0,80	0,40	0,22	Фенол	0,20	0,3
4	1,40	0,60	0,30	0,24	CO	65	20
5	1,00	0,62	0,28	0,28	NO2	39	5
6	0,80	0,50	0,24	0,32	SO2	20	10
7	1,10	0,80	0,38	0,34	Фенол	0,25	0,3
8	0,80	0,60	0,28	0,36	CO	70	20
9	0,95	0,64	0,32	0,38	NO2	30	5

y₀

x₀

a

Таблица №6. Исходные данные для расчета верхнего, бокового и нижнего отсосов

Предпоследняя	Температура поверхности, оС		tв,	Расстояние на рис.3		Номер
цифра З.К.	горизонтальн.	вертикальной	oC	X0,	y0,	рис. 3
0	150	120	18	0,50	1,2	а)
1	155	125	20	-	0,8	б)
2	160	130	24	-	1,0	в)
3	165	135	21	0,35	0,6	а)
4	170	140	18	-	0,9	б)
5	175	145	17	-	1,1	в)
6	180	150	22	0,40	0,7	а)
7	185	155	17	-	0,9	б)
8	190	160	18	-	0,6	в)
9	195	165	23	0,45	0,8	а)

Таблица 7. Исходные данные для расчета бортовых и кольцевых отсосов

Последняя	Размер ванны, м		Высота	tп,	tв,	Кт	Укрытие зеркала
Цифра З.К.	Bp	l	hp, м	оС	оС		раствора
0	0,45	0,80	0,12	45	17	1,25	Открыт. поверх.
1	0,50	0,90	0,10	48	19	1,60	Плавают шарики
2	0,55	1,00	0,15	50	21	1,40	ПАВ
3	0,60	1,10	0,10	52	23	2,00	Открыт. поверх.
4	0,65	1,20	0,09	55	18	1,80	Плавают шарики
5	0,70	1,30	0,07	57	20	1,25	ПАВ
6	0,75	1,40	0,13	58	22	2,00	Открыт. поверх.
7	0,80	1,50	0,11	60	17	1,40	Плавают шарики
8	0,85	1,60	0,14	62	20	1,60	ПАВ
9	0,90	1,70	0,12	64	23	1,25	Открыт. поверх.

Задача №4. Рассчитать калориферную установку и выполнить схему обвязки калориферов. Исходные данные для расчета представлены в табл.8.: G_в – расход нагреваемого воздуха; t_н, t_к – соответственно начальная и конечная температура нагреваемого воздуха; t_г – t_о – температура теплоносителя - воды в тепловой сети.

Примечание. Методика расчета, примеры и технические данные калориферов представлены в [1, 3, 16].

Таблица 8. Исходные данные к задаче №4.

Последняя	Gв,	tг - tо ,	Предпоследняя	tн,	tк,	Марка
цифра З.К.	кг/ч	оС	цифра З.К.	оС	оС	калорифера
0	30000	130 – 70	0	-22	+22	Кск
1	35000	140 – 70	1	-25	+24	КВС
2	40000	150 – 70	2	-28	+21	Кск
3	45000	130 – 70	3	-31	+32	КВС
4	50000	140 – 70	4	-34	+26	Кск
5	55000	150 – 70	5	-37	+28	КВС
6	60000	130 – 70	6	-20	+30	Кск
7	42000	140 – 70	7	-24	+23	КВС
8	52000	150 – 70	8	-28	+25	Кск
9	38000	130 - 70	9	-32	+27	КВС

Задача №5. Выполнить расчет воздушного душа для теплого и холодного периодов года. Исходные данные представлены в табл.9. q – интенсивность теплового облучения на рабочем месте; N – число рабочих мест, подвергаемых душированию; x – расстояние от душирующего патрубка до работающего.

Таблица 9. Исходные данные к задаче №5.

Последняя	q,	x,	Предпоследняя	Пункт	Степень
цифра З.К.	Вт/м2	м	цифра З.К.	строительства	тяжести работы
0	720	1,45	0	Воронеж	IIа
1	760	1,50	1	Самара	IIб
2	800	1,55	2	Курск	III
3	840	1,60	3	Саратов	IIа
4	880	1,65	4	Киев	IIб
5	920	1,75	5	Казань	III
6	960	1,80	6	Тамбов	IIа
7	1000	1,40	7	Орск	IIб
8	1050	1,50	8	Балашов	III
9	1100	1,60	9	Владимир	IIа

Примечание. Методика расчета и пример представлены в [8].

Задача №6. Рассчитать фильтровальную установку, оснащенную плоскими ячейковыми фильтрами типа Фя. Выполнить эскиз фильтровальной камеры. Определить время непрерывной работы фильтра. Исходные данные для расчета принимать по табл.10: С_н – концентрация пыли в наружном воздухе; L – расход очищаемого воздуха.

Примечание. Методика расчета и пример изложены в [3].

Таблица 10. Исходные данные к задаче №6.

Последняя	Сн, мг/м3	Тип ячейки	Предпоследняя	L, м3/ч
цифра З.К			цифра З.К.
0	1,60	ФяР	0	29000
1	1,70	ФяВ	1	32000
2	1,80	ФяУ	2	34000
3	1,90	ФяП	3	21000
4	1,65	ФяР	4	25000
5	1,75	ФяВ	5	19000
6	1,85	ФяУ	6	37000
7	1,95	ФяП	7	27000
8	2,00	ФяР	8	35000
9	2,05	ФяУ	9	28000

Задача №7. Выполнить расчет циклонной установки, предназначенной для очистки воздуха от абразивной пыли – подобрать циклон и определить число циклонов в установке, подобрать вентагрегат, определить классификационную группу пыли и определить эффективность очистки воздуха в циклоне. Исходные данные представлены в таблицах 11 и 12. L – расход очищаемого воздуха; t_м – температура материала (пыли) и воздуха; _м – плотность материала; С_н – начальная концентрация материала в потоке очищаемого воздуха. В табл. 12 представлен дисперсный состав пыли.

Примечания. 1. Температурную зависимость коэффициента динамической вязкости воздуха , мкПас, следует определять по формуле

= 1,458Т^1,5/(Т + 110,4),

где Т – температура, К.

2. Методика и пример расчета изложены в [8].

Таблица 11. Исходные данные к задаче №7.

Последняя	L, м3/ч	tм, oC	Предпоследняя	м ,	Сн,	Марка
Цифра З.К.			цифра З.К.	кг/м3	г/м3	циклона
0	15000	30	0	2800	1,52	ЦН-11
1	18000	28	1	2850	1,64	ЦН-15
2	21000	26	2	2900	1,58	ЦН15у
3	26000	32	3	2950	1,70	ЦН24
4	29000	34	4	3000	1,74	ЦН-11
5	31000	27	5	3050	1,82	ЦН-15
6	10000	29	6	3100	1,95	ЦН-15у
7	12000	31	7	3150	2,04	ЦН-24
8	27000	33	8	3200	2,10	ЦН-11
9	25000	35	9	3250	1,88	ЦН-15

Таблица 12. Дисперсный состав пыли к задаче №7.

Размер	Содержание фракции, % по массе, при последней цифре номера З.К.
, мкм	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
< 2,5	3	4	2	4	3	2	1	4	3	4
2,5 – 4,0	5	4	4	5	5	4	4	6	6	6
4,0 – 6,3	8	7	6	7	10	6	5	9	8	9
6,3 – 10	9	8	9	11	11	10	7	15	10	14
10 – 16	10	11	13	16	18	11	12	18	14	19
16 – 25	11	10	18	21	17	14	18	21	18	22
25 – 40	17	14	22	17	15	16	22	12	16	11
40 – 63	12	18	15	10	10	20	14	7	12	8
63 – 100	13	14	8	6	6	10	10	4	9	4
>100	12	10	5	3	5	7	7	3	4	3

Задача №8. Выполнить расчет системы пневмотранспорта (СПТ) древесных отходов с цилиндрическим коллектором-сборником. Подобрать очистное оборудование и вентагрегат. Составить аксонометрическую схему и эскиз плана цеха с размещенным вентиляционным оборудованием. План цеха с оборудованием представлен на рис. 4. Исходные данные представлены в таблицах 13 и 14; G_м – расход материала, поступающего в стружкоприемник; V_min – минимальная транспортирующая скорость; _р - рекомендуемая расходная концентрация материала на соответствующем участке СПТ. В табл. 14, в графе «Отм.» указана отметка расположения стружкоприемника. Позиция оборудования на плане определяется по данным табл. 13, а расход материала, поступающего в стружкоприемник – по данным табл. 14.

Примечания. 1. Коллектор-сборник располагается в центре цеха на высоте 4 – 6 м.

Высоту коллектора-сборника принять равной 0,5 м.

2. Перед выполнением задания необходимо вычертить в масштабе план цеха и расположить на нем воображаемое деревообрабатывающее оборудование. Стружкоприемник располагается за станком. Его расположение необходимо отметить на плане жирной точкой.

3. Циклон и вытяжной вентилятор располагают за пределами цеха.

5. Длину воздуховодов определяют по составленному плану, а высоту по разрезу с учетом отметки сружкоприемника и выбранной высоты расположения коллектора-сборника.

4. Методика расчета и необходимые данные представлены в [3].

4

3

Рис. 4. План цеха с деревообрабатывающим оборудованием

Таблица 13. Исходные данные к задаче №8.

Последняя	Номер	L1,	L2,	Предпоследняя	Номер оборудования, отметка
цифра З.К.	схемы	м	м	цифра З.К.	A	Отм.	B	Отм.	C	Отм.
0	1	6	10	0	1	0,5	4	0,6	7	0,7
1	2	6	10	1	2	0,6	3	0,7	5	0,8
2	3	7	12	2	2	0,7	4	0,8	6	0,5
3	4	7	12	3	3	0,8	5	0,5	7	0,6
4	5	8	14	4	2	0,5	5	0,6	6	0,7
5	1	8	14	5	1	0,6	3	0,7	7	0,8
6	2	9	15	6	2	0,7	6	0,8	7	0,5
7	3	9	15	7	3	0,8	7	0,5	2	0,6
8	4	10	16	8	4	0,5	6	0,6	7	0,7
9	5	10	16	9	1	0,6	2	0,7	4	0,8

Таблица 14. Исходные данные к задаче №8.

Позиция на плане	Gм, кг/ч	Vmin, м/с	р, кг/кг	Позиция на плане	Gм, кг/ч	Vmin, м/с	р, кг/кг
1	160	16	0,20	5	190	16	0,24
2	180	17	0,21	6	210	17	0,25
3	200	18	0,22	7	220	18	0,26
4	170	19	0,23	-	-	-	-

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЙ

РАСЧЕТ ВОЗДУХОВОДОВ

Для вентиляции помещений производственных, общественных и жилых зданий применяются воздуховоды и каналы из различных материалов, основными из которых являются: для воздуховодов – тонколистовая сталь, гофрированный алюминий, ламинированная алюминиевая фольга, металлопластик, винипласт и другие материалы; для каналов – шлакоалебастровые и шлакобетонные плиты, вентиляционные бетонные блоки, кирпич и др. Металлические воздуховоды, как правило выполняются из унифицированных деталей. Неунифицированные воздуховоды допускается применять в исключительных случаях: в стесненных условиях, по конструктивным или архитектурным соображениям.

Для определения полного давления вентилятора или другого нагнетателя, обеспечивающего расчетный расход воздуха по всем участкам сети воздуховодов, производят аэродинамический расчет сети.

Потери давления на участке воздуховода р, Па, определяют по формуле

р_уч = р_тр + Z, (П.1)

l v²

р_тр =    , (П.2)

d 2

v²

Z =   , (П.3)

2

v²

р_д =  , (П.4) 2

где р_тр – потери давления на трение, Па; Z – потери давления на местных сопротивлениях. Па;  - коэффициент гидравлического трения; d – внутренний диаметр круглого воздуховода, либо эквивалентный по скорости диаметр d_v воздуховода прямоугольного сечения, м; v – средняя скорость движения воздуха, м/с;  - плотность воздуха, кг/м³;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений; р_д - динамическое давление, Па.

Для прямоугольных воздуховодов эквивалентный по скорости диаметр d_v определяют по формуле

d_v = 2bh/(b + h), (П.5)

где b, h – соответственно ширина и высота прямоугольного воздуховода, м.

Коэффициент гидравлического трения при числе Рейнольдса Re > 2300 определяется по формуле Альтшуля

 = 0,11(k_э/d + 68/Re)^0,25, (П.6)

где k_э – абсолютная эквивалентная шероховатость стенок воздуховода, принмаемая по справочным данным [3,16]; число Рейнольдса

Re = vd_э/, (П.7)

где  - коэффициент кинематической вязкости воздуха (при 20 ^оС равен 1,510^-5 м²/с).

Аэродинамический расчет воздуховодов и каналов может производиться различными методами. При проектировании новых систем наиболее широко используется метод удельных потерь давления, в котором величина р_тр, Па, рассчитывается по формуле

р_тр = Rl_ш, (П.8)

где R – удельная потеря давления на 1 м стального воздуховода, Па/м; l – длина участка воздуховода, м; _ш – коэффициент учитывающий фактическую шероховатость стенок воздуховода и принимаемый по справочным данным в зависимости от скорости движения воздуха на участке и абсолютной эквивалентной шероховатости поверхности стенок воздуховода (для стальных воздуховодов, имеющих k_э = 0,1 мм, _ш = 1).

Значения R для круглых стальных воздуховодов рассчитаны и представлены в справочниках в виде таблиц, либо номограмм [1,4].

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов: расчета участков основного направления – магистрали и увязки всех остальных участков системы. Расчет ведется в такой последовательности.

1. Определяют нагрузки отдельных расчетных участков. Для этого систему разбивают на отдельные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным по длине расходом воздуха и сечением воздуховода, либо канала. Границами между отдельными участками служат тройники, крестовины, боковые отверстия в стенках воздуховода, либо канала, сечения, в которых происходит переход от одной конструкции воздуховода к другой.

Расчетные расходы на участках определяют суммированием расходов на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значение расхода и длину каждого участка указывают на аксонометрической схеме рассчитываемой системы.

2. Выбирают основное (магистральное) направление, для чего выявляют наиболее протяженную и нагруженную цепочку последовательно расположенных участков. Для вытяжной системы с естественным побуждением движения воздуха в качестве магистрального направления принимают наиболее протяженную и нагруженную цепочку последовательно расположенных участков от жалюзийной решетки верхнего этажа.

3. Нумеруют участки магистрали, начиная с наиболее удаленного от вентилятора, имеющего меньший расход воздуха. После этого нумеруют участки ответвлений. Расход, длину и результаты последующих расчетов заносят в таблицу аэродинамического расчета (табл. П.2).

4. Принимают ориентировочное рекомендуемое значение скорости воздуха на участке воздуховода (см. табл. П.1) v_рек, м/с, и определяют расчетную площадь поперечного сечения воздуховода, либо канала, F_р , м2,

F_p = L/(3600v_рек), (П.9)

где L – расчетный расход воздуха на участке, м3/ч; v_рек – рекомендуемая скорость движения воздуха на участках вентиляционной системы, м/с.

Таблица. П.1. Рекомендуемые скорости движения воздуха на участках

и в элементах вентиляционных систем

Участки и элементы вентиляционных систем	Рекомендуемые скорости, м/с, при побуждении движения воздуха в системе
	естественном	механическом
		общественные здания	промышленные здания
Жалюзи воздухозабора	0,5 – 1,0	2,0 – 4,0	4,0 – 6,0
Приточные шахты	1,0 – 2,0	2,0 – 6,0	4,0 – 6,0
Горизонтальные воздуховоды и сборные каналы	1,0 – 1,5	-	-
Вертикальные каналы	1,0 – 1,5	-	-
Магистральные	-	до 8	до 12
Ответвления		до 5	до 6
Приточные решетки у потолка	0,5 – 1,0	0,5 – 3,0	1,0 – 4,0
Вытяжные решетки	0,5 – 1,0	1,0 – 3,0	1,0 – 4,0
Вытяжные шахты	0,5 – 1,5	3,0 – 6,0	5,0 – 8,0

Рекомендуется меньшую скорость принимать на концевых участках системы, постепенно увеличивая ее для других участков магистрали. На участках с большим расходом принимается большая скорость.

По величине F_p подбирают стандартные размеры воздуховода или канала так, чтобы фактическая площадь поперечного сечения F  F_p .

Результатом расчета в этом пункте являются величины d или b  h, соответствующие принятой площади поперечного сечения. Для прямоугольного воздуховода, кроме того, определяют эквивалентный диаметр. Эти величины заносят в расчетную таблицу.

5. Определяют фактическую скорость v, м/с, с учетом площади сечения F принятого стандартного воздуховода

v = L/(3600F). (П.10)

По этой скорости вычисляют динамическое давление на участке.

6. По номограммам или таблицам, составленным для круглых стальных воздуховодов, определяют удельную потерю давления на трение R, Па/м. Для воздуховодов из других материалов, имеющих другую шероховатость стенки, при расчете потерь на трение вводится поправочный коэффициент _ш . Для прямоугольных воздуховодов значения R определяют при фактической скорости v и эквивалентном диаметре d_v, не принимая во внимание фактический расход воздуха.

7. Устанавливают виды местных сопротивлений на участках. По справочным данным определяют коэффициенты местных сопротивлений (КМС) и рассчитывают сумму коэффициентов местных сопротивлений на участке . При выборе коэффициентов местных сопротивлений необходимо обращать внимание на то, к какой скорости относится табличное значение коэффициента и при необходимости делать пересчет. По формуле (П.3) определяют потери давления на местных сопротивлениях.

8. По формуле (П.1) определяют потери давления на участке.

9. Суммируя потери давления на участках магистрали, определяют потери давления в сети. Прибавляя к ним суммарные потери давления в оборудовании р_об, определяют суммарные потери давления в вентиляционной системе р_сист.

_N

р_сист =  (Rl_ш + Z)_i + р_об. (П.10)

ⁱ⁼¹

На этом заканчивается первый этап расчета системы. Значение р_сист служит для подбора нагнетателей.

Далее выполняют увязку ответвлений.

10. Потери давления в ответвлении р_отв и суммарные потери давления в магистрали от ее начала до точки подключения ответвления р_м должны быть равны. Допустимая величина невязки составляет  10 %. Поэтому для каждого ответвления рассчитываю величину невязки р, %,

р = [(р_м - р_отв)/ р_м ]100, %, (П.11)

и если она превышает  10 %, то выполняют увязку.

Увязку ответвлений выполняют или изменением сечений ответвлений, или установкой диафрагм. Диафрагмы устанавливают на ответвлениях диаметром d (или d_v)  500 мм.

Расчетное значение коэффициента местного сопротивления диафрагмы _д^р определяют по формуле

_д^р = (р_м - р_отв)/р_д^от , (П.12)

где р_д^от – динамическое давление в ответвлении, Па. По справочным таблицам [4,16] выбирают диафрагму, имеющую коэффициент местного сопротивления _д  _д^р .

Пример №1. Выполнить аэродинамический расчет вентиляционной системы, обслуживающей помещения общественного здания и показанной на рис. П.1. Воздуховоды прямоугольного сечения изготовлены из оцинкованной тонколистовой стали. В качестве воздухозаборных устройств используются жалюзийные решетки. Воздуховыбросная шахта выполнена из шлакобетонных плит.

В соответствии с изложенной выше методикой, определяем магистраль, нумеруем участки, проставляем длины участков и расходы воздуха. Результаты расчетов сводим в табл. П.2.

Определяем размеры поперечного сечения участков воздуховодов.

Участок №1.

Принимаем значение скорости v_рек = 5,0 м/с и по формуле П.9 определяем расчетное значение площади поперечного сечения F_р :

F_p = 1350/(3600*5,0) = 0,075 м² ,

принимаем стандартный воздуховод bxh = 250x300 мм, F = 0,075 м². По формуле (П.10) определяем фактическую скорость воздуха на участке v:

v= 1350/(3600*0,075) = 5,00 м/с.

Так как на участке №1 установлена вытяжная решетка, то необходимо ее подобрать. Принимаем скорость воздуха в живом сечении решетки v₀ = 3,0 м/с и

определяем расчетную площадь живого сечения F_0.p :

F_0.p = 1350/(3600*3,0)= 0,125 м².

Таблица П.2. Аэродинамический расчет систем вентиляции

№ уч-ка	Расход L, м3/ч	Длина, l, м	Размеры воздуховодов			Скорость V, м/с	Уд. потери R, Па/м
			bh, мм	d, dv, мм	F, м2
1	2	3	4	5	6	7	8
Магистраль
1	1350	10	250х300	273	0,075	5,00	1,11
2	2800	4	400х400	400	0,160	4,86	0,65
3	4300	5	400х500	444	0,200	5,97	0,83
4	5750	13,5	400х600	480	0,240	6,66	0,92
5	5750	12,5	520х450	482	0,234	6,82	0,93
Ответвления
6	1450	1,7	250х300	273	0,075	5,37	1,26
р6 = [(39,96 – 31,96)/39,96]*100 = 20,0 %
7	1500	6,5	250х300	273	0,075	5,56	1,34
р7 = [(51,80 – 40,93)/51,80]*100 = 20,98 %
8	1450	10	250х300	273	0,075	5,37	1,26
р8 = [(63,89 – 44,48)/63,89]*100 = 29,6 %

Окочание табл. П.2.

Коэф. ш	Потери Rlш, Па/м	Сумма КМС 	Давл. дин. рд, Па	Потери, Z, Па	Потери руч, Па	Сумма руч, Па	Приме- чание
9	10	11	12	13	14	15	16
Магистраль
1,0	11,10	1,924	15,0	28,86	39,96	39,96
1,0	2,61	0,650	14,2	9,23	11,84	51,80
1,0	4,17	0,370	21,4	7,92	12,09	63,89
1,0	12,5	0,660	26,6	17,56	30,06	93,95
1,6	18,6	1,380	27,9	38,50	57,10	151,05
Ответвления
1,0	2,15	1,723	17,3	29,01	31,96
д6р = (39,96 – 31,96)/17,3 = 0,462  д6 = 0,5, отверстие 218х268 мм
1,0	8,72	1,741	18,5	32,21	40,93
д7р = (51,80 – 40,93)/18,5 = 0,588  д7 = 0,6. отверстие 214х264 мм
1,0	12,6	1,843	17,3	31,88	44,48
д8р = (63,89 – 44,48)/17,3 = 1,122  д8 = 1,1, отверстие 201х251 мм

По данным табл. 3. подбираем решетку с размерами сторон 825х225 мм, имеющую площадь живого сечения F₀ = 0,119 м². Определяем фактическую скорость движения воздуха в живом сечении решетки v₀:

v₀ = 1350/(3600*0,119)=3,15 м/с.

Участок №2.

Принимаем значение скорости v_рек = 5,5 м/с и по формуле П.9 определяем расчетное значение площади поперечного сечения F_р :

F_p = 2800/(3600*5,5) = 0,141 м² ,

принимаем стандартный воздуховод bxh = 400x400 мм, F = 0,16 м². По формуле (П.10) определяем фактическую скорость воздуха на участке v:

v= 2800/(3600*0,160) = 4,86 м/с.

Участок № 3.

Принимаем значение скорости v_рек = 6,0 м/с и по формуле П.9 определяем расчетное значение площади поперечного сечения F_р :

F_p = 4300/(3600*6,0) = 0,199 м² ,

принимаем стандартный воздуховод bxh = 400x500 мм, F = 0,200 м². По формуле (П.10) определяем фактическую скорость воздуха на участке v:

v= 4300/(3600*0,200) = 5,97 м/с.

Участок №4.

Принимаем значение скорости v_рек = 7,0 м/с и по формуле П.9 определяем расчетное значение площади поперечного сечения F_р :

F_p = 5750/(3600*7,0) = 0,228 м² ,

принимаем стандартный воздуховод bxh = 400x600 мм, F = 0,240 м². По формуле (П.10) определяем фактическую скорость воздуха на участке v:

v= 5750/(3600*0,240) = 6,66 м/с.

Участок №5.

Принимаем значение скорости v_рек = 7,0 м/с и по формуле П.9 определяем расчетное значение площади поперечного сечения F_р :

F_p = 5750/(3600*7,0) = 0,228 м² ,

принимаем стандартный канал из шлакобетонных плит bxh = 520x450 мм, F = 0,234 м². По формуле (П.10) определяем фактическую скорость воздуха на участке v:

v= 5750/(3600*0,234) = 6,82 м/с.

Участок №6.

Так как все ответвления являются простыми, то принимаем максимальную, рекомендуемую для ответвлений скорость v_рек = 5,0 м/с и по формуле П.9 определяем расчетное значение площади поперечного сечения F_р :

F_p = 1450/(3600*5,0) = 0,0805 м² ,

принимаем стандартный воздуховод bxh = 250x300 мм, F = 0,075 м². По формуле (П.10) определяем фактическую скорость воздуха на участке v:

v= 1450/(3600*0,075) = 5,37 м/с.

Так как на участке №6 установлена вытяжная решетка, то необходимо ее подобрать. Принимаем скорость воздуха в живом сечении решетки v₀ = 3,0 м/с и определяем расчетную площадь живого сечения F_0.p :

F_0.p = 1450/(3600*3,0)= 0,134 м².

По данным табл. 3. подбираем решетку с размерами сторон 1025х225 мм, имеющую площадь живого сечения F₀ = 0,148 м². Определяем фактическую скорость движения воздуха в живом сечении решетки v₀:

v₀ = 1450/(3600*0,148)=2,72 м/с.

Участок №7.

Принимаем значение скорости v_рек = 5,0 м/с и по формуле П.9 определяем расчетное значение площади поперечного сечения F_р :

F_p = 1500/(3600*5,0) = 0,083 м² ,

принимаем стандартный воздуховод bxh = 250x300 мм, F = 0,075 м². По формуле (П.10) определяем фактическую скорость воздуха на участке v:

v= 1500/(3600*0,083) = 5,56 м/с.

Так как на участке №7 установлена вытяжная решетка, то необходимо ее подобрать. Принимаем скорость воздуха в живом сечении решетки v₀ = 3,0 м/с и определяем расчетную площадь живого сечения F_0.p :

F_0.p = 1500/(3600*3,0)= 0,139 м².

По данным табл. 3. подбираем решетку с размерами сторон 1025х225 мм, имеющую площадь живого сечения F₀ = 0,148 м². Определяем фактическую скорость движения воздуха в живом сечении решетки v₀:

v₀ = 1500/(3600*0,148)=2,81 м/с.

Участок №8.

Аналогично участку №6.

По формуле (П.5) определяем эквивалентный по скорости диаметр d_v и заносим его значение в графу 6 табл. П.2. По номограммам или таблицам, приведенным в справочной литературе [1,4], определяем значение удельных потерь на трение R, Па/м, и заносим значения в графу 8 табл. П.2 (значения R определяют по фактической скорости движения воздуха на расчетном участке v, м/с, и эквивалентному диаметру d_v ). Так как участок №5 выполнен из шлакобетонных плит, то по справочным данным [4,16] определяем абсолютную эквивалентную шероховатость стенок k_э = 1,5 мм и в зависимости от скорости v на участке и величины k_э = 1,5 мм по справочным данным [4,16] определяем поправочный коэффициент _ш = 1,6. На остальных участках _ш = 1,0. Заносим эти данные в графу 9 табл. П.2 и по формуле (П.8) определяем потери давления на трение р_тр. Результаты заносим в графу 10 табл. П.2.

Переходим к расчету потерь давления на местных сопротивлениях. Определяем виды местных сопротивлений и по справочным данным определяем значения КМС.

Участок №1:

- боковая вытяжная решетка, табличное значение _т = 2,0; пересчитываем значение КМС по отношению к скорости воздуха на участке  = 2(3,15/5,0)² = 0,794;

- два отвода на 90^о bxh = 250x300 :  = 2*0,24 = 0,48;

- тройник проходной (L_o/L_c=1450/2800=0,52; F_п/F_c = 0,075/0,160 = 0,469; F_o/F_c = 0,075/0,160 = 0,469) по таблицам для вытяжных тройников определяем для прохода _п = 0,65.

₁ = 0,794 + 0,48 + 0,65 = 1,924.

Участок №2:

- тройник проходной (L_o/L_c = 1500/4300 = 0,35; F_п/F_c = 0,16/0,2 =0,8; F_o/F_c = 0,075/0,20 = 0,375) _п = 0,65;

₂ = 0,65.

Участок №3:

- тройник проходной (L_o/L_c = 1450/5750 = 0,25; F_п/F_c = 0,20/0,24 =0,83; F_o/F_c = 0,075/0,24 = 0,31) _п = 0,37;

₃ = 0,37.

Участок №4:

- два отвода на 90^о bxh = 400x600 :  = 2*0,33 = 0,66;

₄ = 0,66.

Участок №5:

- диффузор пирамидальный за центробежным вентилятором (так как вентилятор еще не подобран, то принимаем  = 15^о , F₅/F₀ = 1,5,  = 0,23;

- вытяжная шахта с зонтом по серии 1.494-32  = 1,15

₅ = 0,23 + 1,15 = 1,38.

Участок №6:

- боковая вытяжная решетка, табличное значение _т = 2,0; пересчитываем значение КМС по отношению к скорости воздуха на участке  = 2(2,72/5,37)² = 0,513;

- отвод на 90^о bxh = 250x300 :  = 0,24;

- тройник на ответвлении (L_o/L_c=1450/2800=0,52; F_п/F_c = 0,075/0,160 = 0,469; F_o/F_c = 0,075/0,160 = 0,469) по таблицам для вытяжных тройников определяем для ответвления _о = 0,97.

₆ = 0,513 + 0,24 + 0,97 = 1,723.

Участок № 7:

- боковая вытяжная решетка, табличное значение _т = 2,0; пересчитываем значение КМС по отношению к скорости воздуха на участке  = 2(2,81/5,56)² = 0,511;

- два отвода на 90^о bxh = 250x300 :  = 2*0,24 = 0,48;

- тройник на ответвлении (L_o/L_c = 1500/4300 = 0,35; F_п/F_c = 0,16/0,2 =0,8; F_o/F_c = 0,075/0,20 = 0,375) _о = 0,75;

₇ = 0,511 + 0,48 + 0,75 = 1,741.

Участок №8:

- боковая вытяжная решетка, табличное значение _т = 2,0; пересчитываем значение КМС по отношению к скорости воздуха на участке  = 2(2,72/5,37)² = 0,513;

- два отвода на 90^о bxh = 250x300 :  = 2*0,24 = 0,48;

- тройник на ответвлении (L_o/L_c = 1450/5750 = 0,25; F_п/F_c = 0,20/0,24 =0,83; F_o/F_c = 0,075/0,24 = 0,31) _о = 0,85;

₈ = 0,513 + 0,48 + 0,85 = 1,843.

По формуле (П.3) рассчитываем потери давления на местных сопротивлениях и заносим данные в графу 13 табл. П.2. далее по формуле (П.1) рассчитываем потери давления на участках вентиляционной сети. Результаты заносим в графу 14 табл. П.2.

Суммируя потери давления на участках магистрали, определяем потери давления в сети. Результаты заносим в графу 15 табл. П.2.

р_сети = 151,05 Па.

Далее приступаем к увязке ответвлений. По формуле (П.11) рассчитываем величину невязки для всех ответвлений и записываем эти данные в «пустые» строки табл. П.2. Так как для всех ответвлений величина невязки превышает 10 %, то на ответвлениях устанавливаем диафрагмы. Для этого по формуле (П.12) определяем расчетное значение коэффициента местного сопротивления диафрагмы, округляем его до ближайшего табличного значения и по справочным таблицам [4,16] определяем размеры отверстия диафрагмы. Эти данные также представлены в «пустых» строках табл. П.2.

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВЫТЯЖНЫХ СИСТЕМ

ПО МЕТОДУ СТАТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ

При выполнении аэродинамического расчета по обычной инженерной методике наиболее трудоемким является определение местных сопротивлений тройников. Профессором П.Н. Каменевым был разработан аналитический метод, который позволяет рассчитывать потери давления в вытяжном тройнике не по полной энергии, а по изменению уровня потенциальной энергии потока (статическому давлению) [1].

Для определения изменения статического давления в тройнике при слиянии потоков, необходимо рассчитать наивыгоднейшую скорость смешения v₃ :

v₃ = (L₁/L₃)v₁cos₁ + (L₂/L₃)v₂cos₂ , (П.13)

где L1, L2, L3, v1, v2,v3 – соответственно расходы воздуха и скорости движения воздуха на соответствующих участках тройника (см. Рис. П.2)

₂

При v₃ > v₃ величину изменения статического давления определяют по формуле

р_ст = v₃(v₃ - v₃ ). (П.14)

При v₃ < v₃ величину изменения статического давления определяют по формуле

р_ст = р_д3[1,525 – 0,525(v₃/ v₃ )] – p_д3. (П.15)

В многоэтажных жилых домах, как правило, расходы воздуха по отдельным ответвлениям одинаковы. Размеры сборного канала и каналов ответвлений не меняются по высоте здания (их подбирают заранее по рекомендуемым скоростяи движения воздуха), поэтому цель расчета – определение дополнительных сопротивлений на входе в канал этажа по формуле:

р_доп = р_р.n – [(R_шl)_n + ( + 1)_nр_д.n ] – p_ст.n, (П.16)

где р_р.n - располагаемое давление в ответвлении n-го этажа, определяемое по формуле

р_р.n = h_n(_н - _в)g; (П.17)

h_n – расстояние по вертикали от центра вытяжной решетки на входе воздуха по расчетному направлению до верха (среза) вытяжной шахты, м; (_н - _в ) – разность плотностей наружного (при температуре + 5^оС) и внутреннего воздуха, кг/м³; g – ускорение силы тяжести; [(R_шl)_n + ( )_nр_д.n ] потеря давления в ответвлении n–го этажа (единица в формуле (П.16) в выражении заключенном в скобках, обозначает переход к статическому давлению); р_дn – динамическое давление в ответвлении n – го этажа, вычисляемое по формуле

р_д.n = _в (v_2n²/2); (П.18)

р_стn – статическое давление в сборном канале в месте присоединения к нему ответвления с n–го этажа; определяется последовательным расчетом, начиная с верхнего этажа, по формуле

p_стn = p_{ст. n+1} + (Rl_ш )_{к. n}+1 + p_ст.n. (П.19)

Статическое избыточное давление в сборном канале в месте присоединения верхнего ответвления составляет:

- при известном статическом давлении на срезе шахты

р_ст.N = p_ст.к + p_ст.к + (Rl_ш )_к.N + Z_к.N + p_ст.N, (П.20)

- при известном полном давлении на срезе шахты

р_ст.N = p_п.к + p_ст.к + (Rl_ш )_к.N + Z_к.N - р_д.N + p_ст.N, (П.20а)

где p_ст.к – изменение статического давления в канале при изменении его поперечного сечения; (Rl_ш )_к.N – потеря давления в сборном канале от отточки присоединения верхнего ответвления до среза вытяжной шахты; Z_к.N – потеря в местных сопротивлениях этой части сборного канала (внезапные расширения, сужения сечения, выход и пр.); р_д.N – динамическое давление в сборном канале ( в месте слияния потоков); p_ст.N – изменение статического давления в N–ом тройнике.

Величинами, необходимыми для определения изменения статического давления в тройнике, являются: v_3n – скорость воздуха в сборном канале выше тройника; v_1n - то же до тройника; v_2n – скорость воздуха в ответвлении и v_3n - наивыгоднейшая скорость смешения, которую определяют по формуле:

v_3n = (1 – 1/n) v_1n + (1/n) v_2n cos ₂, (П.21)

или

v_3n = (n-1)²L_эт/(f_кn) + (L_эт/f_отвn)cos ₂, (П.22)

где f_к, f_отв – площади поперечного сечения соответственно сборного канала и ответвления, м²; ₂ – угол между осями ответвлений и сборного канала.

Скорости в ветвях тройника n-го этажа составляют:

v_1n = L_эт(n-1)/f_к; (П.23)

v_2n = L_эт/f_от; (П.24)

v_3n = L_этn/f_к. (П.25)

Пример №2. Рассчитать по методу статических давлений вытяжную систему естественной вентиляции многоэтажного жилого дома. Ответвления присоединяются к сборному каналу под потолком следующего этажа. Вытяжной канал с верхнего этажа выполнен отдельно и к сборному каналу не присоединен. Вентиляционные каналы имеют круглое сечение и изготовлены из бетона. На ответвлениях установлены жалюзийные решетки с площадью живого сечения А₀ = 0,033 м². Число этажей в здании – 8, расход воздуха в этажном ответвлении - L_эт, = 70 м³/ч высота этажа - h_эт, = 3,4 м высота вытяжной шахты - h_ш, = 2,8 м и угол примыкания ответвления к сборному каналу - ₂ = 9^о.

Определяем сечение сборного канала и этажных ответвлений. Принимаем скорость движения воздуха в сборном канале v_к = 2,0 м/с, а в этажном ответвлении

v_отв = 1,0 м/с.

F_отв^р = L_эт/3600/v_отв = 70/3600/1,0 = 0,0194 м²;

F_к^р = L_эт(N-1)/3600/vк = 70(6-1)/3600/2 = 0,0486 м².

Принимаем каналы стандартного сечения:

- сборный диаметром d_к = 250 мм; F_к = 0,049 м²;

- этажное ответвление диаметром d_отв = 160 мм; F_отв = 0,02 м².

Определяем фактическую скорость в этажном ответвлении и на участках сборного канала. Результаты расчетов заносим в табл. П.3.

Таблица П.3. Результаты расчетов к примеру № 2.

Этажа	№ уч-ка	L, м3/ч	l, м	d, мм	F, м2	v3, м/с	R, Па/м	ш	Rlш , Па/м	рд, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
шахта	1	420	3,0	450	0,159	0,73	0,019	1,18	0,067	0,323
V.	2	350	0,5	250	0,049	1,98	0,231	1,35	0,873	2,356
IV	3	280	2,8	250	0,049	1,58	0,155	1,30	0,564	1,508
III	4	210	2,8	250	0,049	1,19	0,093	1,25	0,326	0,848
II	5	140	2,8	250	0,049	0,792	0,045	1,19	0,150	0,327
I	6	70	2,8	250	0,049	0,40	0,013	1,11	0,040	0,094
VI	7	70	0,5	160	0,020	0,97	0,113	1,23	0,070	0,560

Окончание таблицы П.3.

v3 м/с	рд3, Па	рст, Па	рст, Па	hp, м	рр, Па	рдоп, Па
12	13	14	15	16	17	18
-	-	-	0,197*	-	-
1,460	1,28	1,40	0,575	6,3	4,01	2,088
1,133	0,77	0,96	2,099	9,1	5,79	2,321
0,848	0,43	0,55	2,975	11,9	7,57	3,225
0,680	0,28	0,07	3,196	14,7	9,35	4,784
0,960	0,55	-0,27	2,966	17,5	11,13	6,794
-	-	-	0,970*	3,5	2,23	1,063

Примечание. Звездочкой (*) отмечены потери полного давления на соответствующих участках.

v_отв = 70/3600/0,02 = 0,97 м/с. v_к = L_к/3600/F_к.

Вытяжная шахта (участок №1) имеет круглое сечение и выполнена из бетона. Определяем расчетную площадь живого сечения шахты, принимая скорость движения воздуха в шахте v₁ = 1,0 м/с.

F₁ = 420/3600/1 = 0.117 м2, этому сечению соответствует канал диаметром d = 400 мм, однако диаметр шахты должен быть не менее диаметра сборного канала, плюс диаметр ответвления с верхнего этажа и плюс две толщины стенки каналов, т.е.

d_ш  250 +160 + 10 + 10 = 430 мм.

Принимаем стандартный канал диаметром d_ш = d₁ = 450 мм, F₁ = 0,159 м².

Определяем скорость движения воздуха в шахте

v₁ = 420/3600/0,159 = 0,734 м/с.

По справочным таблицам или диаграммам определяем удельные потери на трение R, Па/м и поправочный коэффициент на шероховатость стенок каналов, принимая для бетона k_э = 1,5 мм. Данные заносим в графы 8 и 9 табл. П.3.

По формуле (П.8) определяем потери давления на трение, а по формуле (П.4) определяем динамическое давление. Результаты заносим в графы 10 и 11 табл. П.3.

По формулам (П.21) или (П.22) определяем наивыгоднейшую скорость смешения воздуха в тройниках. Результаты записываем в графу 12 табл. П.3, Сравнивая скорости v₃ и v₃, по формулам (П.14) или (П.15) вычисляем величину изменения статического давления при слиянии потоков в тройнике. Результаты заносим в графу 14 табл. П.3.

Определяем потери давления на местных сопротивлениях в шахте. Местным сопротивлением является дефлектор, имеющий диаметр d_o = 500, площадь сечения f_o = 0,196 м² и КМС _о = 0,63. Тогда

v_o = 420/3600/0,196 = 0,595 м/с; Z₁ = 0,63*1,2*(0.595)²/2 = 0,13 Па.

Определяем потери давления в шахте (участок №1)

р₁ = 0,067 + 0,13 = 0,197 Па, результат заносим в графу 15 табл. П.3.

Участок №2. По формуле (П.21) определяем статическое давление в сборном канале в месте присоединения верхнего ответвления. При этом р_п.к = 0,197 Па и р_ст.к = 0 Па. Местным сопротивлением на этом участке является внезапное расширение. По справочным данным [4,16] при f₂/f₁ = 0,0491/0,159 = 0,309 определяем для внезапного расширения  = 0,5.

р_ст.5 = 0,197 + 0 + 0,156 +(0,5-1)*2,356 + 1,40 = 0,575 Па.

Далее определяем статическое давление в остальных узлах сборного канала по формуле (П.19) и заносим результаты в графу 15 табл. П.3.

Участок №3. р_ст.4 = 0,575 + 0,564 + 0,96 = 2,099 Па;

Участок №4. р_ст.3 = 2,099 + 0,326 + 0,55 = 2,975 Па;

Участок №5. р_ст.2 = 2,975 + 0,150 + 0,07 = 3,196 Па;

Участок № 6 р_ст.1 = 3,196 + 0,040 – 0,27 = 2,966 Па.

Участок №7. Определяем потери давления на отдельном ответвлении верхнего этажа. Местными сопротивлениями являются жалюзийная решетка на входе в вытяжной канал и внезапное расширение при входе канала в вытяжную шахту:

- внезапное расширение f₇/f₁= 0,02/0,159 = 0,126; _в.р = 0,87;

- вытяжная решетка _р.т = 2,0; _р = 2,0*(0,020/0,033)² = 0,74.

Потери на местных сопротивлениях будут равны

Z₇ = (0,87 + 0,74)*0,56 = 0,90 Па.

Потери полного давления на участке: р₇ = 0,07 + 0,90 = 0,97 Па. Результат заносим в графу 15 табл. П.3.

Определяем по формуле (П.17) располагаемое давление для всех этажных ответвлений. Расчет производится при температуре наружного воздуха t_н = +5 ^оС и внутреннего воздуха в помещениях t_в = +20 ^оС. Плотность воздуха соответственно будет равна:

_н = 353/(273,15 + 5) = 1,2691 кг/м³; _в = 353/(273,15 + 20) = 1,2042 кг/м³.

Результаты расчетов заносим в графу 17 табл. П.3. Далее по формуле П.16 определяем дополнительное сопротивление на входе воздуха в этажное ответвление:

р_доп.5 = 4,01 – [0,113*2,83*1,18 + (0.74 +1)*0,56] – 0,575 = 2,088 Па;

р_доп.4 = 5,79 – [0,113*2,83*1,18 + (0.74 +1)*0,56] – 2,099 = 2,321 Па;

р_доп.3 = 7,57 – [0,113*2,83*1,18 + (0.74 +1)*0,56] – 2,975 = 3,225 Па;

р_доп.2 = 9,35 – [0,113*2,83*1,18 + (0.74 +1)*0,56] – 3,196 = 4,784 Па;

р_доп.1 = 11,13 – [0,113*2,83*1,18 + (0.74 +1)*0,56] – 2,966 = 6,794 Па.

Дополнительное сопротивление на входе в отдельный канал верхнего этажа определяем как разность между располагаемым перепадом давления и потерями давления в канале и вытяжной шахте

р_доп.6 = 2,23 – 0,970 – 0,197 = 1,063 Па.

Результаты расчета показывают, что для всех ответвлений располагаемый перепад давлений превышает потери давления, следовательно, система является работоспособной, а для ее балансировки необходимо установить дополнительные сопротивления в каналах этажных ответвлений.

НАГРЕВАНИЕ ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ

Биметаллические со спирально-накатным оребрением калориферы могут быть одноходовыми с вертикальным расположением трубок и многоходовыми с горизонтальным. Пластинчатые калориферы изготавливаются только многоходовыми с горизонтальным расположением трубок.

При Теплоносителе воде следует применять многоходовые калориферы и их последовательное соединение по теплоносителю. Допускается параллельное соединение по теплоносителю рядов калориферов, расположенных последовательно по ходу воздуха. При теплоносителе паре рекомендуется применять одноходовые калориферы. При теплоносителе паре (перегретом или насыщенном) расчет следует производить на разность между температурой насыщенного пара и средней температурой воздуха.

Расчет калориферов производится в следующем порядке.

1. Задаваясь рекомендуемой массовой скоростью воздуха (v), кг/(м²с), (для современных отечественных калориферов (v) = 4 кг/(м²с)), определяют необходимую расчетную площадь фронтального сечения калориферов по воздуху f_в^р, м²:

f_в^р = G/3600/(v), (П.26)

где G – расход нагреваемого воздуха, кг/ч.

2. Пользуясь техническими данными о калориферах [4] и исходя из необходимой площади фронтального сечения f_в^р , подбирают номер и число параллельно устанавливаемых калориферов n_ф . Число калориферов должно быть минимальным. Определяют фактическую массовую скорость движения воздуха в калориферах

(v) = G/3600/(n_фf_в.1), (П.27)

где f_в.1 – площадь фронтального сечения выбранного калорифера, м².

Для отечественных калориферов величина массовой скорости должна находится в пределах (v) = 1,5 – 7,0 кг/(м²с).

3. Определяют расчетную тепловую мощность установки Q, Вт:

Q = 0,278Gс_pв(t_к – t_н), (П.28)

где с_рв = 1,005 кДж.(кгК) – удельная массовая теплоемкость воздуха; t_н, t_к - соответственно начальная и конечная температура нагреваемого воздуха, ^оС.

4. Определяют расход воды в калориферной установке G_w, кг/ч:

G_w = 3,6Q/c_pw/(t_г – t_о), (П.29)

где c_pw = 4,19 кДж.(кгК) – удельная массовая теплоемкость воды; t_г ,t_о - соответственно температура воды на входе в калориферную установку и на выходе из неё, ^оС.

5. Задаваясь числом калориферов параллельно соединенных по теплоносителю n_w, определяют скорость движения воды в трубках калорифера w, м/с (в первом приближении принимают последовательную схему соединения n_w = 1):

w = G_w/3600/_w/f_w/n_w, (П.30)

где _w – плотность воды пори средней температуре теплоносителя, кг/м³ (с достаточной точностью _w = 970 кг/м³); f_w – площадь живого сечения трубок калорифера для прохода воды, принимаемая по техническим данным на калорифер, м².

Скорость движения воды должна находится в допустимых пределах. В частности для отечественных калориферов w = 0,2 – 1,2 м/с. При более высоких значениях скорости принимают параллельную схему соединения по теплоносителю или изменяют номер принятого калорифера. При этом расчет повторяют, начиная с п.1.

6. По массовой скорости воздуха (v) и скорости движения воды в трубках w, используя справочные данные для калориферов [4], определяют коэффициент теплопередачи калорифера К, Вт.(м²К), и рассчитывают площадь поверхности теплообмена F_н^р, м²:

F_н^р = Q/[K(t_г + t_о)/2 – (t_н + t_к )/2]. (П.31)

7. Определяют расчетное число калориферов в калориферной установке N^p :

N^p = F_н^р/f_н.1 , (П.32)

Округляя величину N^p в большую сторону до целого, кратного числа калориферов в первом ряду (n_ф) определяют фактическое число калориферов в установке N_у и рассчитывают запас поверхности нагрева F_н ,%,

F_н = [(f_н.1N_у – F_н^р)/(F_н^р)]100, % (П.33)

где f_н.1 – площадь поверхности нагрева одного калорифера, м².

Величина запаса не должна превышать 10 %. При избыточном запасе более 10% следует применить другую модель или номер калорифера и произвести повторный расчет.

8. По справочным таблицам [4,16], зная массовую скорость воздуха, определяют аэродинамическое сопротивление одного калорифера р_в.1, Па, и рассчитывают аэродинамическое сопротивление калориферной установки:

р_в = р_в.1(N_у/n_ф). (П.34)

9. Определяют гидравлическое сопротивление калориферной установки р_w, кПа:

р_w = (N_у/n_w)Aw², (П.35)

где А – коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по справочным данным для выбранного калорифера [4].

Пример №3. Рассчитать калориферную установку и выполнить схему обвязки калориферов. Исходные данные: G_в = 74000 кг/ч – расход нагреваемого воздуха; t_н = -24 ^оС, t_к = 36 ^оС – соответственно начальная и конечная температура нагреваемого воздуха; t_г = 140 ^оС, t_о = 70 ^оС – температура теплоносителя - воды в тепловой сети. Калориферы – Кск-3.

1. Задаваясь рекомендуемой массовой скоростью воздуха (v), кг/(м²с), (для современных отечественных калориферов (v) = 4 кг/(м²с)), определяем необходимую расчетную площадь фронтального сечения калориферов по воздуху f_в^р, м²:

f_в^р = G/3600/(v) = 74000/3600/4 = 5,139 м².

2. Пользуясь техническими данными о калориферах [4] и исходя из необходимой площади фронтального сечения f_в^р , подбираем номер и число параллельно устанавливаемых калориферов n_ф . Число калориферов должно быть минимальным. Принимаем калорифер Кск-3 №12, f_в.1 = 2,488 м², n_ф = 2. Определяем фактическую массовую скорость движения воздуха в калориферах

(v) = G/3600/(n_фf_в.1) = 74000/3600/(2*2,488) = 4,13 кг/(м²с)

3. Определяем расчетную тепловую мощность установки Q, Вт:

Q = 0,278Gс_pв(t_к – t_н) = 0,278*74000*1,005*(36 + 24) = 1240492 Вт.

4. Определяем расход воды в калориферной установке G_w, кг/ч:

G_w = 3,6Q/c_pw/(t_г – t_о) = 3,6*1240492/4,19/(140 – 70) = 15226 кг/ч.

5. Задаваясь числом калориферов параллельно соединенных по теплоносителю n_w, определяем скорость движения воды в трубках калорифера w, м/с (в первом приближении принимаем последовательную схему соединения n_w = 1):

w = G_w/3600/_w/f_w/n_w = 15226/3600/955/0,003881/1 = 1,14 м/с.

6. По массовой скорости воздуха (v) и скорости движения воды в трубках w, используя справочные данные для калориферов [4], определяем коэффициент теплопередачи калорифера К = 55,0 Вт.(м²К), и рассчитываем площадь поверхности теплообмена F_н^р, м²:

F_н^р = Q/[K(t_г + t_о)/2 – (t_н + t_к )/2]= 1240492/[55,0(105 – 6)] = 227,8 м².

7. Определяем расчетное число калориферов в калориферной установке N^p :

N^p = F_н^р/f_н.1 = 227,8/125,27 = 1,812  N_у = 2.

Рассчитываем запас поверхности нагрева F_н ,%,

F_н = [(f_н.1N_у – F_н^р)/(F_н^р)]100 = [(125,27*2 – 227,8)/227,8]*100 = 9.98 %.

Величина запаса не должна превышать 10 %, т.е. запас находится в допустимом пределе.

8. По справочным таблицам [4], зная массовую скорость воздуха, определяем аэродинамическое сопротивление одного калорифера р_в.1, Па, и рассчитываем аэродинамическое сопротивление калориферной установки:

р_в = р_в.1(N_у/n_ф) = 82,7(2.2) = 82,7 Па.

9. Определяем гидравлическое сопротивление калориферной установки р_w, кПа:

р_w = (N_у/n_w)Aw² = (2/1)*64,29*(1,14)² = 167,1 кПа.

где А = 64,29 – коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по справочным данным для выбранного калорифера [4].

ОЧИСТКА ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА

По назначению обеспыливающие устройства можно подразделить на пылеуловители и воздушные фильтры.

Пылеуловители – устройства, предназначенные для очистки от пыли вентиляционных выбросов.

Воздушные фильтры – устройства, предназначенные для очистки от пыли приточного воздуха, подаваемого системами вентиляции и кондиционирования.

По принципу действия обеспыливающие устройства подразделяются на четыре группы:

I. Гравитационные пылеуловители – действуют на принципе использования силы тяжести, обуславливающей осаждение из воздуха пылевых частиц.

II. Инерционные пылеуловители (сухие и мокрые) – действуют на принципе использования инерционных сил, возникающих при изменении направления движения запыленного воздушного потока.

III. Пылеуловители и фильтры контактного действия – основаны на задержании пылевых частиц при фильтрации запыленного воздуха через пористые материалы.

IV. Электрические пылеуловители и фильтры – очищают воздух от взвешенных в нем частиц путем заряжения их в поле коронного разряда и последующего осаждения под действием сил электрического поля.

Действие пылеуловителей и фильтров характеризуется следующими показателями:

1. Степень или эффективность очистки – представляет собой относительную разность массового расхода пыли, содержащейся в воздухе до G_н и после G_к обеспыливающего устройства.

 = [(G_н – G_к)/G_н]100, %. (П.36)

Эта величина в % может быть выражена как относительное отклонение разности концентраций пыли в потоке воздуха до С_н и после С_к обеспыливающего устройства

 = [(С_н – С_к)/С_н]100, %. (П.37)

Степень очистки в нескольких последовательно установленных обеспыливающих устройствах определяется по формуле

_ = 100 – (100 - ₁)(100 - ₂) … (100 - _n), (П.38)

где ₁, ₂, … , _n – эффективность очистки соответственно в первом, втором и n-ом устройствах, %.

2. Удельная воздушная нагрузка l, м³/(чм²) – характеризуется отношением объемного расхода воздуха, проходящего через фильтр L, к площади фильтрующей поверхности F_ф :

l = L/F_ф . (П.39)

3. Пылеёмкость – количество пыли, которую удерживает воздухоочистное устройство за период непрерывной работы между двумя регенерациями. Фильтрующий материал характеризуют удельной пылеёмкостью Gу, г/м². Поскольку пылеемкость зависит от размера частиц пыли её следует относить к пыли определенной дисперсности.

4. Аэродинамическое сопротивление пылеуловителя или фильтра р, Па, - представляет собой разность давлений на входе и выходе.

5. Расход энергии – характеризуется затратой энергии в кВтч на очистку 1000 м³ воздуха.

6. Стоимость очистки – слагается из капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Пример №4. Рассчитать фильтровальную установку, оснащенную плоскими ячейковыми фильтрами типа ФяР. Выполнить эскиз фильтровальной камеры. Определить время непрерывной работы фильтра, если время работы фильтра составляет  = 11 ч/сут. С_н = 2,85 мг/м³ – концентрация пыли в наружном воздухе; L = 36000 м³/ч – расход очищаемого воздуха.

1. По справочным данным [4] определяем удельную воздушную нагрузку ячейки ФяР l = 7000 м³/(чм²) или номинальную пропускную способность ячейки L₁ = 1540

м³/ч и зная площадь фильтрующей поверхности одной ячейки fя = 0,22 м2, определяем расчетную площадь фильтрующей поверхности фильтра F_ф^р, м2, и число ячеек в установке N.

(l = L₁/f_я = 1540/0,22 = 7000 м³/(чм²)). (П.40)

F_ф^р = L/l = 36000/7000 = 5,14 м². (П.41)

N^p = F_ф^р /f_я = 5,14/0,22 = 23,36  N = 24. (П.42)

Округление величины N^p производится до целого, как правило, в большую сторону, равного числу ячеек в типовой панели [4]. Компоновка 4х6 (шифр Ус39А4 х 6, габариты: высота – Н=2176 мм; ширина В = 3512 мм).

2. Определяем фактическую удельную воздушную нагрузку l_ф, м³/(чм²),

l_ф = L/(Nf_я) = 36000/24/0,22 = 6818 м³/(чм²). (П.43)

3. Зная величину l_ф , по аэродинамической характеристике фильтров [3, рис. 4.3] определяем начальное сопротивление фильтра

р_н = 37 Па.

4. Предельное сопротивление фильтров ФяР равно р_к = 150 Па [см. 4, табл. IV.1], определяем рабочий перепад давлений р_р:

р_р = р_к - р_н = 150 – 37 = 113 Па. (П.44)

5. По пылевой характеристике фильтров [3, Рис. 4.4] определяем удельную пылеемкость фильтра в расчетных условиях G_у^р, м³/(чм²), при повышении сопротивления на 113 Па - G_у^р = 2700 м³/(чм²) и эффективность очистки -  = 100 – 22 = 78 %.

6. Определяем время непрерывной работы фильтра между двумя регенерациями

Z = G_y^p/(l_фС_н10^-5) = 2700/(78*6818*2,85*11*10^-5) = 16,2 сут. (П.45)

7. Определяем основные размеры фильтровальной камеры. Размеры канала для подвода воздуха определяем, принимая скорость движения воздуха v₀ = 6 м/с:

F₀ = L/3600/v₀ = 36000/3600/6 = 1,67 м².

Принимаем D₀ = 1400 мм, F₀ = 1,54 м².

L₁ > 0,8D₀  L₁ = 1,2 м; L₂ > 1 – 1,2 м  L₂ = 1,4 м; L₃ > 1,5 D₀  L₃ = 2,2 м.

Определяем коэффициент необходимого местного сопротивления сетки либо решетки перед фильтром

  (F_ф/F₀)² – 1 = [(24*0,22)/1,54]² – 1 = 10,8. (П.46)

Расчет циклонов. Для очистки воздуха от пыли II и III групп дисперсности применяют циклоны. Их преимущество по сравнению с другими сухими пылеуловителями состоит в том, что они имеют, как правило, более простую конструкцию, обладают большей пропускной способностью, просты в эксплуатации.

Наиболее широкое распространение получили циклоны научно-исследовательского института очистки газа (НИИОГаз) цилиндрические серии Ц: ЦН-11, ЦН-15. ЦН-15у (укороченный), ЦН-24 и конические серии С: СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34и СК-ЦН-34м. Конические циклоны отличаются от цилиндрических большей эффективностью и значительным (более 5 кПа) аэродинамическим сопротивлением.

Из циклонов других типов нашли применение конические циклоны Свердловского института охраны труда – СИОТ, Ленинградского института охраны труда ЛИОТ, циклоны Московского научно-исследовательского института охраны труда – МИОТ с обратным конусом, для очистки воздуха от древесных отходов – циклоны Клайпедского ОЭКДМ и др.

Степень очистки воздуха в циклоне можно рассчитать, используя теоретические зависимости. Однако для этого в каждом конкретном случае необходимо знать фракционный состав пыли, строить интегрально-функциональное распределение пыли по размерам частиц в вероятностно-логарифмической системе координат и определять медианный диаметр частицы и среднеквадратичное отклонение функции распределения. Поэтому в инженерных расчетах пользуются графиком фракционной эффективности циклонов выбранного диаметра, испытанных при стандартных условиях.

Расчет циклонов производится в следующем порядке.

1. Выбирают тип циклона, используя справочные рекомендации и по данным таблицы П.4 определяют оптимальную скорость воздуха в сечении циклона v₀.

Таблица П.4. Оптимальные скорости движения воздуха

и КМС  циклонов диаметром 500 мм

Марка	Скорость дви-		Значения  циклонов
циклона	жения воздуха, м/с		с выбросом в атмосферу		с улиткой на выхлопной трубе		групповая установка
	v0	vвх	0	вх	0	вх	0
ЦН-11	3,5	-	250	6,1	235	5,2	215
ЦН-15	3,5	-	163	7,8	150	6,7	140
ЦН-15у	3,5	-	170	8,2	158	7,5	148
ЦН-24	4,5	-	80	10,9	73	12,5	70
СДК-ЦН-33	2,0	-	600	20,3	500	31,3	-
СК-ЦН-34	2,0	-	2000	-	-	30,3	-
СК-ЦН-34М	1,7	-	1150	24,9	-	30,3	-
СИОТ	-	12 – 15	-	6,0	-	4,2	-
ЛИОТ	-	12 – 15	-	4,2	-	3,7	-
МИОТ	-	15 – 18	-	10,5	-	10,4	-

2. Определяют расчетную площадь сечения циклонов F₀^p ,м²:

F₀^p = L/3600/v₀, (П.47)

где L – расход очищаемого воздуха, м³/ч.

3. Определяют расчетный диаметр циклона D^р, м, задаваясь числом циклонов n:

D^р = (4F₀^p//n)^0,5 . (П.48)

Для циклонов НИИОГаз диаметры нормируются так: 150, 200, 300, 450, 500, 600, 700, 800 мм. Принимают диаметр, ближайший к расчетному.

4. Вычисляют действительную скорость воздуха в циклоне

v₀ = 4L/3600//D²/n. (П.49)

Действительная скорость движения воздуха в циклоне не должна отклоняться от оптимальной более чем на 15 %.

5. Если число циклонов n > 1, то выбирают их определенную компоновку (см. табл. П.5)

Таблица П.5. Коэффициент ₀

Компоновка циклонов	0
Прямоугольная с отводом очищенного воздуха из общего коллектора	35
Прямоугольная с отводом очищенного воздуха через улиточные раскручиватели	28
Круговая	60

6. Определяют аэродинамическое сопротивление циклона р_ц , Па, по формуле

р_ц = _ц((v₀)²/2), (П.50)

где

_ц = k₁k₂₀ + ₀ , (П.51)

где k₁ – коэффициент, зависящий от диаметра циклона (табл. П.6); k₂ - поправочный коэффициент на запыленность воздуха (табл. П.7); ₀ – КМС циклона D = 500 мм (см. табл. П.4); ₀ – коэффициент, зависящий от принятой компоновки группы циклонов (см. табл. П.5); для одиночных циклонов с выбросом воздуха в атмосферу ₀ = 0.

_{Таблица П.6. Поправочный коэффициент k}1

Диаметр циклона D, мм	Значения коэффициента k1 для циклонов марок
	ЦН-11	ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24	СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34, СК-ЦН-34м
150	0,94	0,85	1,0
200	0,95	0,90	1,0
300	0,96	0,93	1,0
450	0,99	1,0	1,0
500	1,0	1,0	1,0

_{Таблица П.7. Поправочный коэффициент k}2

Марка циклона	Значения коэффициента k2 при запыленности воздуха, г/м3
	0	10	20	40	80	120
ЦН-11	1,0	0,96	0,94	0,92	0,90	0,87
ЦН-15	1,0	0,93	0,92	0,91	0,90	0,87
ЦН-15у	1,0	0,93	0,92	0,91	0,89	0,88
ЦН-24	1,0	0,95	0,93	0,92	0,90	0,87
СДК-ЦН-33	1,0	0,81	0,785	0,78	0,77	0,76
СК-ЦН-34	1,0	0,98	0,947	0,93	0,915	0,91
СК-ЦН-34м	1,0	0,99	0,97	0,95	-	-

7. Для выбранного типа циклона по графику [3, рис. 4.10] определяют диаметр частицы d₅₀ с эффективностью улавливания 50 % при D = 500 мм и условиях эксперимента: плотности пыли _п = 2670 кг/м³ и температуре 20 ^оС (коэффициент динамической вязкости воздуха  = 17,7510^-6 Пас).

Для определения эффективности циклона других диаметров D и скорости движения воздуха v₀, его вязкости  и плотности пыли _п вычисляют новое значение d₅₀

d₅₀ = 548,5d₅₀ (D v₀/ v₀/_п)^0,5 . (П.52)

После этого на графике ([3, рис. 4.10]) находят точку с координатами  = 50 %, d₅₀, из этой точки проводят линию параллельно линии d₅₀ = f() для выбранного типа циклона, по которой определяют фракционную эффективность _ф.i ,%.

8. Определяют степень очистки воздуха в циклоне по формуле:

 =  _ф.iФ_i/100, (П.53)

где Ф_i – фракционный состав пыли, %.

Пример №5. Выполнить расчет циклонной установки, предназначенной для очистки воздуха от абразивной пыли – подобрать циклон и определить число циклонов в установке, определить классификационную группу пыли и определить эффективность очистки воздуха в циклоне. Исходные данные: L = 18000 м³/ч – расход очищаемого воздуха; t_м = 40 ^оС – температура материала (пыли) и воздуха; _м = 2100 кг/м³ – плотность материала; С_н = 12 г/м³ – начальная концентрация материала в потоке очищаемого воздуха: дисперсный состав   4 мкм – 7 %, 4,0 <   6,3 мкм – 8 %, 6,3 <   10,0 мкм – 8 %, 10 <   16 мкм – 10 %, 16 <   25 мкм – 12 %, 25 <   40 мкм – 21 %, 40 <   63 мкм – 16 %, 63 <   100 мкм – 12 %,  > 100 мкм – 6 %.

1. Циклон ЦН-11, по табл. П.4 определяем оптимальную скорость движения воздуха в сечении циклона v₀ = 3,5 м/с.

2. Определяем расчетную площадь сечения циклонов F₀^p ,м²:

F₀^p = L/3600/v₀ = 18000/3600/3,5 = 1,43 м².

где L – расход очищаемого воздуха, м³/ч.

3. Определяем расчетный диаметр циклона D^р, м, задаваясь числом циклонов n = 3:

D^р = (4F₀^p//n)^0,5 = (4*1,43/3,14/2)^0,5 = 0,78 м.

Принимаем D = 800 мм.

4. Вычисляем действительную скорость воздуха в циклоне

v₀ = 4L/3600//D²/n = 4*18000/3600/3,14/(0,8*0,8)/3 = 3,32 м/с.

Отклонение от оптимальной скорости составляет

v = [(3,5 – 3,32)/3,5]*100 = 5,14 %,

то есть находится в допустимом диапазоне.

5. Принимаем прямоугольную компоновку с отводом очищенного воздуха из общего коллектора ₀= 35.

6. Определяем аэродинамическое сопротивление циклона р_ц , Па, по формуле

р_ц = _ц((v₀)²/2) = 274*1,128*3,32*3,32/2 = 1703 Па.

где

_ц = k₁k₂₀ + ₀ = 1,0*0,956*250 + 35 = 274

где k₁ = 1,0 - коэффициент, зависящий от диаметра циклона (табл. П.6); k₂ -= 0,956 - поправочный коэффициент на запыленность воздуха (табл. П.7); ₀ = 250 - КМС циклона D = 500 мм (см. табл. П.4); ₀ = 35 коэффициент, зависящий от принятой компоновки группы циклонов (см. табл. П.5); плотность воздуха при температуре t = 40 оС:  = 353/(273,15 + 40) = 1,128 кг/м³.

7. Для выбранного типа циклона по графику [3, рис. 4.10] определяем диаметр частицы d₅₀ с эффективностью улавливания 50 % при D = 500 мм и условиях эксперимента: плотности пыли _п = 2670 кг/м³ и температуре 20 ^оС (коэффициент динамической вязкости воздуха  = 17,7510^-6 Пас): d₅₀ = 2,5 мкм.

Для определения эффективности циклона других диаметров D = 800 мм и скорости движения воздуха v₀= 3,32 м/с, его вязкости = 19,110^-6 Пас и плотности пыли _п= 2100 кг/м³ вычисляем новое значение d₅₀:

d₅₀ = 548,5d₅₀ (D v₀/ v₀/_п)^0,5 =

= 548,5*2,5(800*19,110^-6*3,5/3,32/2100)^0,5 = 3,8 мкм.

После этого на графике ([3, рис. 4.10]) находим точку с координатами  = 50 %, d₅₀ = 3,8 мкм, из этой точки проводим линию, параллельно линии d = f() для выбранного типа циклона, по которой определяем фракционную эффективность _ф.i ,%:

 = 4 мкм – _ф.1 = 51,0 %,  = 6,3 мкм – _ф.2 = 68,0 %,  = 10,0 мкм – _ф.4 = 83,5 %,  = 16 мкм – _ф.4 = 92,7 %,  = 25 мкм – _ф.5 = 97,3 %,  = 40 мкм – _ф.6 = 99,4 %,  = 63 мкм – _ф.7 = 99,8 %,  = 100 мкм – _ф.8 = 100 %,  > 100 мкм – _ф.9 = 100 %.

8. Определяем степень очистки воздуха в циклоне по формуле:

 =  _ф.iФ_i/100 = 51,0*7/100 + 68,0*8/100 + 83,5*8/100 + 92,7*10/100 +

+ 97,3*12/100 + 99,4*21/100 + 99,85*16/100 + 100*12.100 +

+ 100*6/100 = 91,5 %.

9. Классификационную группу дисперсности определяем, используя номограмму пыли [3, рис. 4.2]. Рассматриваемая пыль относится к III классификационной группе.

Примечание. Все необходимые номограммы и графики студент может получить на кафедре СТГВ.

МЕСТНАЯ ПРИТОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ

При интенсивности теплового облучения на постоянных рабочих местах более 140 Вт.м² следует предусматривать воздушное душирование наружным воздухом [21]. Воздушное душирование применяется также на рабочих местах при открытых технологических процессах, сопровождающихся выделением вредных веществ и невозможности устройства укрытия или местной вытяжной вентиляции, предусматривая меры, предотвращающие распространение вредных выделений на постоянные рабочие места.

Расчетные температуры и скорости движения воздуха на рабочих местах при душировании наружным воздухом для борьбы с тепловым облучением следует принимать по [21, прил.3].

Расчетные температуры и скорости движения воздуха на рабочем месте при душировании наружным воздухом при открытых технологических процессах принимают в пределах допустимых норм для РЗ [21, п.2.3].

Для систем воздушного душирования следует применять, как правило, душирующие патрубки типа УВД с верхним или нижним подводом воздуха. При душировании группы постоянных рабочих мест можно применять воздухораспределитель типа ВГК, конструкция которого позволяет подводить к нему воздух снизу, сверху и горизонтально. Техническая характеристика патрубков УДВ представлена в [3]. Патрубки располагают на высоте ~ 1.9 м от пола. Расстояние от патрубка до рабочего не должно быть менее 1 м, как правило x = 1.0 - 2.0 м. При борьбе с тепловым облучением воздушный поток направляется в грудь или голову рабочего горизонтально либо сверху под углом до 45^о.

При проектировании воздушного душа решают прямую или обратную задачи. Расчет начинают с ТП года, решая прямую задачу. Исходными данными для расчета являются: температура воздуха вне струи (для цехов машиностроительных заводов это, как правило температура РЗ, t_рз); поверхностная плотность лучистого теплового потока на рабочем месте; категория работы. Цель расчета определение площади душирующего патрубка и расхода воздуха через него при заданных конструктивных размерах из условия обеспечения требуемых параметров воздуха на постоянных рабочих местах.

Проектирование воздушного душа В ТП должно выполняться для двух вариантов расчета: 1) с применением адиабатного охлаждения воздуха; 2) с применением искусственного (политропного) охлаждения воздуха. При этом предпочтение следует отдавать первому варианту.

Последовательность расчета в ТП года.

По данным [21, прил. 3] принимают нормируемые параметры воздуха на рабочем месте: t_норм, v_норм. При этом в первом приближении предпочтение следует отдавать варианту с меньшим расходом воздуха, то есть с меньшим значением скорости v_норм.

Принимается расстояние x, м, от душирующего патрубка до рабочего места (x = 1 - 2 м).

Выбирают тип душирующего патрубка и характеризующие его коэффициенты: затухания скорости m, температуры n и местного сопротивления  (см. [3 табл. 6.3]).

По h-d-диаграмме определяют температуру наружного воздуха после адиабатного охлаждения его t_охл (из точки, соответствующей параметрам наружного воздуха категории А в ТП года, проводят луч h=const до значения относительной влажности  = 90%)

Производят расчет площади душирующего патрубка F₀^, м², и расхода воздуха через патрубок L₀, м³/ч, для следующих случаев:

а) t_норм > t_охл, адиабатное охлаждение воздуха (если это условие не выполняется, то следует попытаться увеличить температуру t_норм за счет увеличения скорости воздуха v_норм). В этом случае расчет выполняется в таком порядке:

- определяется расчетная площадь душирующего патрубка

F₀^ = {(t_рз - t_норм)x/[(t_рз - t_охл)n]}², (П.54)

принимается к установке патрубок ближайшего большего размера по [3, табл. 6.3] площадью F₀;

- определяется длина начального участка струи по скорости движения воздуха

x_нv = m(F₀)^1/2; (П.55)

- определяется скорость движения воздуха из душирующего патрубка:

при x < x_нv v₀ = v_норм; (П.56)

при x > x_нv v₀ = v_нормx/x_нv; (П.57)

- определяется длина начального участка струи по температуре:

x_нt = n(F₀)^1/2; (П.58)

- определяется температура воздуха на выходе из душирующего патрубка:

при x < x_нt t₀ = t_норм; (П.59)

при x > x_нt t₀ = t_рз - [(t_рз - t_норм)x]/x_нt; (П.60)

если t₀  t_охл, то принимается вариант с адиабатным охлаждением воздуха и определяют расход воздуха через душирующий патрубок, L₀, м³/ч:

L₀ = 3600v₀F₀; (П.61)

если t₀ < t_охл, то необходимо изменить конструктивные или нормируемые условия;

б) t_норм < t_охл, искусственное (политропное) охлаждение воздуха. В этом случае порядок расчета площади душирующего патрубка, расхода воздуха L₀ и его температуры t₀ такой же как и при адиабатном охлаждении воздуха. Но при этом расчетная площадь душирующего патрубка определяется по формуле

F₀^ = (x/n)². (П.62)

6. Определяют производительность душирующей установки L_в.д, м³/ч:

L_в.д = 1,1L₀N_в.д, (П.63)

где N_в.д - число рабочих мест, подвергаемых душированию.

По величине L_в.д подбирают типовую приточную камеру с оросительной секцией, если предусматривается адиабатное увлажнение воздуха, либо центральный кондиционер, если необходимо искусственное охлаждение.

Расчет в ХП и ПП года сводится к определению параметров воздуха на выходе из запроектированного для ТП года душирующего патрубка. Обычно рассчитывают только температуру воздуха, оставляя неизменными, если это возможно, его скорость и расход, чтобы не изменять производительность вентилятора.

Пример №6. Выполнить расчет воздушного душа для теплого и холодного периодов года в производственном помещении с тяжелым характером работы, расположенном в г. Орле (t_н^А = 23,1 ^оС; h_н^А = 49,8 кДж/кг; р_В = 99 кПа). Интенсивность теплового облучения на рабочем месте q = 1600 Вт/м2; N = 4 – число рабочих мест, подвергаемых душированию; x = 1,5 м – расстояние от душирующего патрубка до работающего.

1. По данным [21, прил. 3] принимаем нормируемые параметры воздуха на рабочем месте: t_норм = 19,4 ^оС; v_норм. = 3,0 м/с. В первом приближении предпочтение следует отдавать варианту с меньшим расходом воздуха, то есть с меньшим значением скорости v_норм.

2. По заданию x = 1,5 м.

3. Выбираем патрубок УДВ: m = 6,0; n = 4,9;  = 2,1 (см. [3 табл. 6.3]).

4. По h-d-диаграмме определяем температуру наружного воздуха после адиабатного охлаждения его t_охл (из точки, соответствующей параметрам наружного воздуха категории А в ТП года, проводим луч h=const до значения относительной влажности  = 90%) t_охл = 18,3 ^оС.

Примечание. Необходимо пересчитать значение относительной влажности  = 90% при барометрическом давлении р_В = 99 кПа на значение ₀, соответствующее нормальному барометрическому давлению р_В0 = 101,3 кПа, при котором составлена h – d – диаграмма: ₀ = 101,3*90/99 = 92,1 %.

5. Определяем расчетную площадь душирующего патрубка F₀^, м², при

t_норм > t_охл - адиабатное охлаждение воздуха

F₀^ = {(t_рз - t_норм)X/[(t_рз - t_охл)n]}² = {(27,1 – 19,4)*1,5/(27,1 – 18,3)*4,9]}² =

= 0,072 м²,

принимается к установке патрубок ближайшего большего размера по [3, табл. 6.3] площадью F₀ = 0,17 м².

- определяем длину начального участка струи по скорости движения воздуха

x_нv = m(F₀)^1/2 = 6,0*(0,17)^0,5 = 2,47 м;

- определяем воздуха из душирующего патрубка:

при x < x_нv v₀ = v_норм = 3,0 м/с;

- определяем длину начального участка струи по температуре:

x_нt = n(F₀)^1/2 = 4,9*(0,17)^0,5 = 2,02 м/с.

- определяем температуру воздуха на выходе из душирующего патрубка:

при x < x_нt t₀ = t_норм = 19,4 оС.

так как t₀  t_охл, то принимается вариант с адиабатным охлаждением воздуха и определяем расход воздуха через душирующий патрубок, L₀, м³/ч:

L₀ = 3600v₀F₀ = 3600*3,0*0,17 = 1836 м³/ч.

6. Определяем производительность душирующей установки L_в.д, м³/ч:

L_в.д = 1,1L₀N_в.д = 1,1*1836*4 = 8078 м³/ч.

где N_в.д - число рабочих мест, подвергаемых душированию.

7. Определяем температуру приточного воздуха в холодный период года. Так как при x < x_нt t₀ = t_норм = 19,4 оС и зависит только от интенсивности теплового облучения и скорости движения воздуха на рабочем месте.

ПНЕВМОТРАНСПОРТ

Пневмотранспортом называют перемещение измельченных материалов и отходов по воздуховодам в потоке воздуха.

Пневмотранспорт широко применяют для перемещения сухих формовочных материалов в литейном производстве, хлопка на очистных производствах, асбеста при его переработке, отходов механической обработки древесины, хрупких металлов и других материалов.

В контрольной работе необходимо выполнить расчет упрощенной универсальной установки пневмотранспорта с коллектором-сборником (кустовая система пневмотранспорта). Коллекторы подвешиваются к перекрытию или поясам фермы на тягах или устанавливаются на кронштейнах на высоте 4 – 6 м.

Расчет системы пневмотранспорта выполняют в следующем порядке.

Определяют место расположения коллектора-сборника и на плане цеха прокладывают ответвления воздуховодов к станкам. Определяют место установки вытяжного вентилятора и циклона. Затем выполняют аксонометрическую схему системы и нумеруют участки. Нумерацию начинают с наиболее протяженного и нагруженного ответвления. Последним участком системы является магистральный воздуховод, соединяющий коллектор-сборник с вентилятором и циклоном.

Зная расход материала G_м, кг/ч, и концентрацию материала в потоке воздуха _р, кг/кг, определяют расход воздуха в ответвлениях L_в, м³/ч:

L_в = G_м /_р/_в. (П.64)

Зная рекомендуемую минимальную транспортирующую скорость v_{min ,} м/с, определяют расчетный диаметр воздуховода и округляют его в меньшую сторону до ближайшего стандартного значения.

Аэродинамический расчет систем аспирации и пневмотранспорта, как правило, ведут методом скоростных давлений, в котором потери давления в воздуховодах на трение заменяются эквивалентными потерями давления на местные сопротивления.

Расчет первоначально проводят для чистого воздуха. Потери давления на i-ом расчетном участке определяют по формуле:

р_i = (_экв + _j)_ip_дi, (П.65)

где _экв = (l/d); /d – определяют по таблице П.8; l – длина участка воздуховода, м; d – диаметр воздуховода на i-ом участке, м; р_дi = v_i²/2 – динамическое давление на i-ом участке, Па; _j – сумма коэффициентов местных сопротивлений на i-ом участке. В эту сумму включают отводы, вход в коллектор, сопротивление стружкоприемника. КМС стружкоприемника принимают равным 1,0.

Первоначально расчет по формуле (П.65) проводят для всех ответвлений к станкам. Результаты расчета заносят в таблицу П.9. После этого определяют величину невязки потерь давления в ответвлениях по отношению к ответвлению с наибольшими потерями (этому ответвлению при нумерации участков присваивают первый номер). Величина невязки не должна превышать 5 %. Увязку ответвлений в системах пневмотранспорта осуществляют либо изменением диаметра воздуховода, либо увеличением расхода воздуха, удаляемого от стружкоприемника.

Для определения необходимого расхода воздуха вычисляют исправленное значение скорости движения воздуха на i-ом участке v_i при условии, что потери давления на этом участке будут равны потерям на первом участке.

Таблица П.8. Значения /d для расчета воздуховодов пневматического

транспорта из листовой стали

d, мм	Значения /d при скорости воздуха v, м/с			d, мм	Значения /d при скорости воздуха v, м/с
	15 - 18	18 - 21	21 - 25		15 - 18	18 - 21	21 - 25
100	0,221	0,217	0,214	450	0,034	0,033	0,033
110	0,196	0,193	0,190	500	0,030	0,029	0,029
125	0,167	0,164	0,162	560	0,026	0,025	0,025
140	0,145	0,143	0,141	620	0,022	0,022	0,021
160	0,123	0,121	0,119	710	0,019	0,019	0,018
180	0,106	0,104	0,103	800	0,016	0,016	0,016
200	0,092	0,091	0,090	900	0,014	0,014	0,014
225	0,080	0,079	0,078	1000	0,012	0,012	0,012
250	0,070	0,069	0,068	1120	0,011	0,011	0,010
280	0,061	0,060	0,059	1250	0,009	0,009	0,009
315	0,053	0,052	0,051	1400	0,008	0,008	0,008
355	0,045	0,045	0,044	1600	0,007	0,007	0,007
400	0,039	0,038	0,038	-	-	-	-

v_i = [2p₁//(_экв + _j)_i ]^0,5 . (П.66)

По исправленному значению скорости определяют исправленное значение расхода воздуха на участке:

L = 900d²v, (П.67)

где L, м³/ч; d, м; v, м/с.

Результаты вычислений также заносят в табл. П.9 в графы «Исправленные значения».

Далее определяют расход воздуха на участке магистрали, который равен сумме исправленных расходов в ответвлениях. После этого по формуле (П.65) определяют потери давления на участке магистрали. Результаты расчета заносят в табл. П.9 в графы «Принятые значения» и «Рассчитанные значения».

По окончании расчета потерь давления в воздуховодах для чистого воздуха их пересчитывают для условий транспортирования смеси. Потери давления в сети воздуховодов СПТ определяют по формуле:

p_сети = p₁ (1 + К_р.1) + p_n+1(1 + К_р.n+1) + _р.1_вz, (П.68)

где _в – плотность воздуха, кг/м³; z – высота подъема частиц, м; К – коэффициент, зависящий от свойств транспортируемого материала и условий транспортирования (для цеховых СПТ древесных отходов К = 1,4).

Общие потери давления в СПТ складываются из потерь давления в сети воздуховодов p_сети и потерь давления в очистных устройствах p_о.у . К общим потерям добавляют запас 10 %.

p_СПТ = 1,1(p_сети + p_о.у ). (П.69)

Величину p_о.у определяют при подборе циклона.

Задача №7. Выполнить расчет системы пневмотранспорта (СПТ) древесных отходов с цилиндрическим коллектором-сборником. Подобрать очистное оборудование и вентагрегат. Составить аксонометрическую схему и эскиз плана цеха с размещенным вентиляционным оборудованием. G_м.1 = 160 кг/ч; G_м.2 = 180 кг/ч; G_м.3 = 210 кг/ч – расход материала, поступающего в стружкоприемник; V_min.1 = 16 м/с; V_min.2 = 17 м/с; V_min.3 = 17 м/с – минимальная транспортирующая скорость; _р.1 = 0,18; _р.2 = 0,19; _р.3 = 0,22 - расходная концентрация материала на соответствующем участке СПТ. Все стружкоприемники находятся на отметке +0,7 м.

1. Определяем длину участков СПТ. На плане, выполненном в масштабе, прокладываем трассы воздуховодов от коллектора к стружкоприемникам и от коллектора к циклону и вентилятору. Измеряем длину горизонтальных участков и складываем с длиной вертикальных участков.

Участок №1: l₁ = 5,8 + (5,0 – 0,7) + 0,3 = 10,4 м.

Участок №2: l₂ = 5,2 + (5,0 – 0,7) + 0,3 = 9,8 м.

Участок №3: l₃ = 4,0 +(5,0 – 0,7) + 0,3 = 8,6 м.

Участок №4: l₄ = 2,4 + (5,0 – 0,7) +0,3 = 7,0 м.

Участок №5: l₅ = 2,6 + (5,0 – 0,7) + 0,3 = 7,2 м.

Участок №6: l₆ = 1,4 + (5,0 – 0,7) + 0,3 = 6,0 м.

Участок №7 (Участок № n+1): l₇ = 5,5 + 2,0 + (5,0 – 0,3 – 0,5 – 3,5) +

+ (4,0 – 1,0) = 11,2 м.

2. По формуле (П.64) определяем расход воздуха на ответвлениях:

Участок №1: L₁ = 180/0,19/1,2 = 789 м³/ч.

Участок №2: L₂ = 160/0,18/1,2 = 741 м³/ч.

Участок №3: L₃ = 210/0,22/1,2 = 795 м³/ч.

Участок №4: L₄ = 210/0,22/1,2 = 795 м³/ч.

Участок №5: L₅ = 180/0,19/1,2 = 789 м³/ч.

Участок №6: L₆ = 160/0,18/1,2 = 741 м³/ч.

3. Определяем диаметры воздуховодов на ответвлениях:

Участок №1: d₁ = (4*789/3600/3.14/17,0)^0,5 = 0,128 м  125 мм.

Участок №2: d₂ = (4*741/3600/3.14/16,0)^0,5 = 0,128 м  125 мм.

Участок №3: d₃ = (4*795/3600/3.14/17,0)^0,5 = 0,129 м  125 мм.

Участок №4: d₄ = (4*795/3600/3.14/17,0)^0,5 = 0,129 м  125 мм.

Участок №5: d₅ = (4*789/3600/3.14/17,0)^0,5 = 0,128 м  125 мм.

Участок №6: d₆ = (4*741/3600/3.14/16,0)^0,5 = 0,128 м  125 мм.

Рис. П.5. План и разрез цеха (на разрезе условно показан только

один станок)

4. Определяем фактическую скорость на участке v_i, м/с, и по данным табл. П.8 определяем величину /d и рассчитываем l/d. Результаты вычислений заносим в табл. П.9.

5. Производим расчет коэффициентов местных сопротивлений на участках ответвлений СПТ. На всех ответвлениях будут следующие местные сопротивления:

- стружкоприемник КМС = 1,0;

- три отвода на 90^о при R = 2d КМС = 0,15х3 = 0,45;

- внезапное расширение при входе в коллектор КМС = 0,5.

Итого на ответвлениях _j = 1,0 + 0,45 + 0,5 = 1,95

Таблица П.9. Аэродинамический расчет системы пневмотранспорта

Наиме- нование станка	Номер участка	Принятые значения			Расчетные значения
		длина l, м	расход L, м3/ч	скорость vmin, м/с	диам. d, мм	скорость v, м/с	/d	экв = l/d
1	2	3	4	5	6	7	8	9
2	1	10,4	789	17,0	125	17,9	0,167	1,74
1	2	9,8	741	16,0	125	16,8	0,167	1,64
3	3	8,6	795	17,0	125	18,0	0,167	1,44
3	4	7,0	795	17,0	125	18,0	0,167	1,17
2	5	7,2	789	17,0	125	17,9	0,167	1,20
1	6	6,0	741	16,0	125	16,8	0,167	1,00
	7	11,2	5015	17,0	315	17,9	0,053	0,59

Окончание таблицы П.9.

Расчетные значения				Исправленные значения
j	рд, Па	потери р, Па	невязка р, %	диаметр d, мм	скорость v, м/с	расход, L, м3/ч	примечание
10	11	12	13	14	15	16	17
1,95	192,2	709,2	0	125	17,9	789
1,95	169,3	607,8	14,3	125	18,1	799
1,95	194,4	660,7	6,8	125	18,7	826
1,95	194,4	606,5	14,5	125	19,5	861
1,95	192,2	605,4	14,6	125	19,4	857
1,95	169,3	499,4	29,6	125	20,0	883
0,88	192,2	282,5

6. Зная скорость воздуха на участке v_i, рассчитываем динамическое давление рд и по формуле (П.65) определяем потери давления на участках ответвлений. Результаты заносим в табл. П.9.

7. Определяем величину невязки по отношению к ответвлению с наибольшими потерями давления (по отношению к первому ответвлению):

р_i = [(p₁ - p_i)/p₁]100, %.

Для участка №2: р₂ = [(p₁ - p₂)/p₁]100 = [(709,2 – 607,8)/709,2]*100 = 14,3 %. Результаты заносим в графу 13 табл. П.9.

8. Так как на всех ответвлениях величина невязки превышает 5 %, то необходимо выполнить увязку ответвлений. Увязку выполняем увеличением расхода воздуха на ответвлениях. По формуле (П.66) определяем исправленное значение скорости v, м/с, и по формуле (П.67) определяем исправленное значение расхода воздуха L, м³/ч. Например, для участка №2:

v₂ = [2p₁//(_экв + _j)₂ ]^0,5 = [2*709,2/1,2/(1,64 + 1.95)]^0,5 = 21,4 м/с.

L₂ = 900d₂²v₂ = 900*3,14*0,125*0,125*18,1 = 799 м³/ч.

Результаты вычислений заносим в графы 15 и 16 табл. П.9

9. Приступаем к расчету магистрали – участок №7. Для обеспечения устойчивого транспортирования всех частиц принимаем минимальное значение транспортирующей скорости равным наибольшему значению на участках ответвлений – то есть v_min.7 = 17 м/с. Суммируя исправленные расходы воздуха на ответвлениях определяем расход воздуха на магистрали

L₇ = 789 + 799 + 826 + 861 + 857 + 883 = 5015 м³/ч.

Определяем диаметр воздуховода:

d₇ = (4*5015/3600/3,14/17)^0,5 = 0,323 м  315 мм.

Определяем скорость воздуха на участке магистрали:

v₇ = 4*5015/3600/3,14/(0,315*0,315) = 17,9 м/с.

Результаты заносим в табл. П.9.

Определяем виды местных сопротивлений на магистрали:

- переход от коллектора к воздуховоду КМС = 0,43

- три отвода на 90^о при R = 2d КМС = 0,15х3 = 0,45.

Итого на участке №7 : _j = 0,43 + 0,45 = 0,88.

Определяем потери давления на участке магистрали:

р₇ = (0,053*11,2 + 0,88)*192,2 = 282,5 Па.

10. По формуле (П.68) определяем потери давления в сети воздуховодов СПТ:

p_сети = p₁ (1 + К_р.1) + p₇(1 + К_р.7) + g_р.1_вz =

= 709,2(1 + 1,4*0,19) + 282,5(1 + 1,4*0,183) + 9,81*0,19*1,2*(5,0 – 0,7) =

= 897,8 + 354,9 + 9,6 = 1262,3 Па.

_р.7 = (G_м.i)/L₇/_в = (160*2 + 180*2 + 210*2)/5015/1,2 = 0,183 кг/кг.

11. Подбираем очистное устройство – циклон типа «Ц» Гипродревпрома. Принимаем скорость воздуха во входном патрубке v_вх = 17 м/с и определяем расчетную площадь патрубка F_вх^р

F_вх^р = 5015/3600/17 = 0,082 м²  циклон Ц-800, F_вх = 0,08 м².

Определяем фактическую скорость движения воздуха во входном патрубке циклона

v_вх = 5015/3600/0,08 = 17,4 м/с.

Определяем потери давления в циклоне при одиночной установке и выбросе воздуха в атмосферу, вх = 5,4.

ро.у = 5,4*(17,4*17,4)*1,2/2 = 980,9 Па.

12. По формуле (П.69) определяем потери давления в СПТ

p_СПТ = 1,1(p_сети + p_о.у ) 1,1*(1262,3 + 980,9) = 2467,5 Па.

13. По величине суммарных потерь p_СПТ = 2468 Па и суммарном расходе воздуха

L_СПТ = 1,1*5015 = 5517 м³/ч подбираем радиальный пылевой вентилятор ВЦП6-45-6,3 (агрегат П.6,3.090-2).

69