Порядок выполнения расчета и проектирования аспирационных сетей машин

Расчет и проектирование аспирационных сетей технологических машин выполняется по нескольким методикам. В настоящее время в основном применяются две методики расчета аспирационных сетей: метод потерь давления на единицу длины воздуховода и метод полных и динамических давлений.

Рассмотрим расчет и проектирование аспирационных сетей по методу потерь давления на единицу длины воздуховода.

Порядок расчета и проектирования представлен в структурированном поэтапном виде.

2.1 Определение оборудования, подлежащее аспирации.

По чертежам цеха и по выданному заданию выявить оборудование, которое необходимо аспирировать.

2.2 Расчет кратности воздухообмена в помещении. Выполняется для обеспечения комфортного воздухообмена в помещении, т.к. при большой кратности воздухообмена возможно возникновение сквозняков. Кроме этого, возможно образование вакуума в помещении.

Кратность воздухообмена (обмен/час) определяют по следующей формуле.

. (1)

где i – кратность воздухообмена;

Q_общ – общий расход воздуха, м³/ч. Определяется как сумма расходов всех аспирационных сетей в помещении.

V_п – объем помещения, м³.

2.3 Компоновка аспирируемого оборудования в аспирационные сети. Каждому студенту необходимо сформировать из оборудования, перечисленного в задании, две сети.

Аспирационные сети формируются из оборудования, подлежащего аспирации на основе нескольких принципов.

Технологический принцип заключается в том, что в одну сеть объединяется такие машины, в которых при обработке сырья выделяется пыль одинаковая либо близкая по качеству.

В соответствии с пространственным принципом рекомендуется объединять в одну сеть близкорасположенное оборудование, что позволяет изготавливать воздуховоды незначительной длины.

Принцип одновременности работы заключается в объединении в одну сеть машин, работающие в одно и то же время. Это позволяет обеспечить устойчивую работу аспирационной сети в соответствии с расчетными показателями.

Очень важным является соблюдение при проектировании аспирационной сети температурного принципа, который заключается в том, что в одну сеть объединяется оборудование, в котором аспирируемый воздух имеет одинаковую температуру. При смешивании в воздухопроводе теплого и холодного воздуха возможна конденсация влаги и налипание пыли на внутренние стенки воздухопровода.

Принцип эксплуатационной надежности предусматривает объединение в одну сеть машины с не более, чем с десятью точками аспирации. Причем машины со встроенными вентиляторами необходимо объединять в самостоятельную сеть.

По заданию студенту необходимо объединить в сети оборудование, перечисленное в соответствующем варианте. Заполнить нижеприведенную таблицу

2.4 Подбор пылеуловителя и определение его аэродинамического сопротивления.

При подборе пылеуловителя расход воздуха в сети увеличивается на 5% с учетом подсоса воздуха в воздуховодах.

(2)

где Q₁, Q₂ ….Q_n – расход воздуха на аспирацию соответствующей машины в сети. Определяется по справочникам для каждой машины.

По найденному расходу воздуха в сети подбирают по ближайший меньший по размерам циклон (Приложение Б).

По размерам входного отверстия выбранного циклона рассчитывают входное сечение и определяют входную скорость.

(3)

где v_вх – входная скорость воздуха в циклон, м/сек;

Q_сети – полный расход воздуха в сети, м³/сек;

S_вх – поперечное сечение входного отверстия циклона, м².

Рассчитанную входную скорость сравнивают с оптимальной входной скоростью для данного циклона. Если отличие не превышает 5%, то циклон выбран правильно. Если отличие значительно, то выбирают другой ближайший циклон и повторяют расчет.

Сопротивление циклона определяется с учетом входной скорости воздуха, определенной по расчету.

(4)

Выбор всасывающего фильтра осуществляют по расходу воздуха в сети также с учетом 5% подсоса воздуха в воздухопроводах по формуле (1). Исходя из расхода воздуха в сети, определяют необходимую площадь фильтрующей поверхности.

(5)

где - необходимая площадь фильтровальной поверхности, м²;

Q_ф – расход воздуха, поступающего в фильтр, м³/час. В расчете можно принять Q_сети = Q_ф.

[Q_уд]- нормативная удельная нагрузка на ткань фильтра, м³/ч∙м². Для одноступенчатой очистки воздуха для фильтров Г4-1БФМ можно принимать нормативную удельную нагрузку равную 60…75 м³/ч∙м².

Затем по справочным данным (Приложение Б) принимают фильтр, площадь фильтрующей поверхности S_ф которого равна или больше необходимой S_ф^'.

Определяется действительная удельная нагрузка на фильтровальную ткань фильтра (м³/ч∙м²).

(6)

По действительной удельной нагрузке определяется сопротивление фильтра (Приложение В).

2.5 Предварительный подбор вентилятор сети. Осуществляется по суммарному расходу воздуха в сети с учетом подсоса в воздухопроводах и пылеотделителе и ориентировочному давлению вентилятора.

Q_в= Q_сети + Q_подс

Подсос в сети принимается равным 5% от общего расхода воздуха в сети, подсос в пылеотделителе принимается в зависимости от типа пылеотделителя. Для циклонов подсос принимают равным 150 м³/ч на один шлюзовый затвор, для всасывающих фильтров Г4-1БФМ – 15% от расхода воздуха через фильтр, для фильтров РЦИ - 5%.

Ориентировочное давление вентилятора принимают равным 1800…2000 Па для сетей с циклонами и фильтрами Г4-1БФМ и 2500…3000 Па с фильтрами РЦИ.

По справочникам по указанным параметрам подбирают вентилятор с максимальным к.п.д. (Приложение Г)

2.6 Установка пылеотделителя и вентилятора. С учетом размеров пылеотделителя и вентилятора определяется место их установки. необходимо также учитывать расположение и длину воздуховодов.

Рекомендации по установке вентилятора и пылеуловителя:

- при установке вентилятора и пылеуловителя предусматривают проходы для обслуживания (с одной стороны 1,0…1,2 м, с других не менее 0,8 м);

- циклоны можно устанавливать вплотную к стенам, в углах помещения;

- необходимо избегать установки пылеуловителей напротив окон, т.к. это затемняет цех;

- вентилятор и пылеуловитель устанавливаются возможно ближе один к другому.

2.7 Проектирование трассы воздуховода. При проектировании трассы воздухопровода необходимо соблюдать следующее:

-воздухопроводы проводят параллельно и перпендикулярно стенам и балкам, избегая применять косые длинные воздухопроводы;

- вначале объединяют тройниками воздухопроводы наиболее удаленных от вентилятора машин с малыми расходами воздуха и сопротивлениями, а затем присоединяют их к машинам с повышенными расходами и сопротивлением;

- горизонтальные воздухопроводы проводят выше окон под потолком, при этом минимальную высоту от пола принимают не менее 2,2 м;

- вертикальные воздухопроводы прокладывают в простенках между окнами или вдоль колонн.

Для определения необходимых монтажных зазоров и расположения воздухопроводов в помещении на этом этапе расчета необходимо рассчитать диаметры воздухопроводов. Диаметры воздухопроводов рассчитываются по формуле, полученной из уравнения неразрывности потока

(7)

где Q – расход воздуха в данном воздухопроводе, м³/час;

v – скорость воздуха в воздухопроводе, м/сек.

Рекомендуется принимать скорость воздуха на запыленных участках до пылеотделителей 12 – 15 м/сек и 10 – 12 м/сек на малозапыленных участках (после пылеотделителей).

Полученные расчетные значения диаметров воздухопроводов округляют до ближайшего стандартного диаметра и пересчитывают скорость воздуха.

Ряд стандартных диаметров:100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600 мм.

По проложенной на чертеже цеха трассе воздухопровода определяют длину прямых воздухопроводов, места установки отводов, тройников и других элементов аспирационной сети. Затем вычерчивают без масштаба плоскостную схему воздухопровода. На плоскостной схеме наносят длины прямых воздухопроводов, их диаметры, параметры других элементов аспирационной сети.

2.8 Расчет аспирационной сети. Целью расчета является определение параметров аспирационной сети для окончательного подбора вентилятора, обеспечивающего надежную и экономичную ее работу.

Расчет аспирационной сети осуществляется в следующем порядке.

а. Разбивают сеть на участки. Участком называется часть сети с одинаковым расходом и одинаковой скоростью воздуха. Определяют главную магистраль сети. Главной магистралью сети называют последовательность участков по направлению движения воздуха, оказывающих максимальное сопротивление движению воздуха и имеющих больший расход воздуха. Остальные участки называют боковыми участками или ответвлениями сети. Боковые участки не влияют на сопротивление сети, т.к. сопротивление в них уравнивается с магистралью. Боковые участки присоединяются к магистрали при помощи тройников.

Участки магистрали обозначаются цифрами (1- 2 – первый участок, 2- 3 – второй участок и т.д.) или прописными буквами (А –Б – первый участок, Б – В- второй участок и т.д.). Боковые участки обозначают строчными буквами (а – Б, б – в и т.д.).

б. Определяют сопротивление сети по участкам магистрали начиная с первого. Расчет сопротивления участка (сети) выполняется методом потерь давления на единицу длины воздуховода. Согласно этому методу, потери давления на участке Н_уч определяются по формуле

(8)

где R – потери давления на 1 метре длины воздухопровода, Па/м. Определяется по справочным таблицам или по расчетным формулам с учетом диаметра воздухопровода и скорости воздуха в воздухопроводе.

l – длина участка, м.

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. Находят в таблицах или получают расчетным путем для каждого местного сопротивления на данном участке (Приложение Г). Местными сопротивлениями считаются фасонные части воздухопровода, которые могут изменять скорость или направление потока воздуха. Потери давления в фасонных частях воздухопровода, в основном, не связаны с их длиной, поэтому их называют местными сопротивлениями. К ним относятся конфузоры, отводы, колена, тройники, диффузоры.

Н_д – динамическое давление в воздухопроводе участка, Па.

,

ρ – плотность воздуха в воздухопроводе, кг/м³. При проектировании сети принимают ρ = 1,2 кг/м³.

v – скорость воздуха на данном участке, м/с.

На первом участке и на всех боковых в сумму потерь давления на участке учитывается потери давления в машине.

в. Расчет боковых ответвлений осуществляется аналогично участкам магистрали.

Боковые ответвления присоединяются к воздухопроводу главной магистрали при помощи тройников. Необходимо иметь в виду, что расходы воздуха после тройника складываются, а сопротивления участка магистрали и бокового ответвления выравниваются.

Выравнивание сопротивлений в магистрали боковом ответвлении осуществляется двумя способами:

- повышением сопротивления бокового участка за счет уменьшения диаметра бокового воздухопровода, т.е. увеличивая скорость воздуха. Расчет выполняют методом приближения, принимая меньшие стандартные диаметры и сравнивая полученное сопротивление с сопротивлением магистрали.

- установкой дополнительного сопротивления в боковом участке. В качестве дополнительных сопротивлений используют диафрагмы, заслонки. Определяют разницу потерь давления ΔН в проходном Н_{пт п} и боковом Н_{пт б} участках, т.е.

ΔН = Н_{пт п} – Н_{пт б}, Па (9)

Коэффициент дополнительного сопротивления определится по формуле

(10)

где v- скорость воздуха в боковом участке, м/с.

Затем по таблицам, содержащим коэффициенты сопротивлений и параметры диафрагм или заслонок, подбирают устройство с наиболее подходящим значением коэффициента сопротивления (Приложение Д).

г.Определение общего сопротивления сети. Общее сопротивление сети находят как сумму сопротивлений участков магистрали. Кроме этого, добавляют потери давления на преодоление вакуума в помещении, образующегося за счет выброса воздуха из помещения через аспирационные сети.

В общем случае

Н_сети = ΣН_уч + Н_вак (10)

При проектных расчетах можно принимать Н_вак =50 Па.

д. Расчетные данные свести в таблицу (Приложение Е).

е. Подбор вентилятора. Вентилятор для проектируемой сети подбирают по давлению и расходу воздуха в сети. При этом сопротивление сети увеличивают на 10% для неучтенных расчетом сопротивлений.

Н_в =1,1Н_сети (11)

Расход воздуха для подбора вентилятора равен

Q_в =ΣQ_м + Q_подс (12)

где ΣQ_м – сумма расходов всех машин в сети, м³/ч;

Q_подс – подсос воздуха в воздухопроводах сети, м³/ч. При проектных расчетах принимают равным 5% от суммарного расхода воздуха на машины в данной сети.

При подборе вентилятора обязательно учитывают место его установки в сети (до или после пылеотделителя) и его характеристики (Приложение).

е. Расчет мощности на валу вентилятора и подбор электродвигателя. Мощность, необходимая для привода вентилятор определяется по формуле

(13)

где Q_в – расход воздуха вентилятора, м³/ч;

Н_в – давление вентилятора, Па;

– к.п.д. вентилятора. Определяется при подборе вентилятора по его характеристикам.

Мощность электродвигателя для привода вентилятора обычно рассчитывается с учетом к.п.д. привода вентилятора.

N_эл = 1,1N_в, кВт (14)