9. Электрический расчет вентиляторной установки.

9.1. Общие требования к проектирования вентиляторной установки.

Для создания нормальных условий для обслуживания персонала промышленные и коммунальные предприятия с пыльной, дымной, жаркой, химически активной и ядовитой атмосферой искусственно вентилируют.

Системы вентиляции разделяют на приточные, вытяжные и приточно-вытяжные.

В систему вентиляции могут быть встроены фильтры, воздухоохладители и воздухонагреватели.

Основной элемент системы вентиляции – вентиль тер с электрическим приводом.

Для выбора вентилятора надо знать две характеристики системы – это производительность и напор. В свою очередь вентиляторы по конструкции разделяют на осевые и центробежные.

Центробежные вентиляторы (ЦВ) наиболее распространены. Усредненный КПД ЦВ составляет 60 – 80%. Усредненный КПД осевых вентиляторов едва достигает 35 – 60%.

Центробежный вентилятор имеет корпус (улитку) спиральной формы, который направляет воздух и способствует преобразованию скорости в напор.

В зависимости от формы лопаток ЦВ обладают различными характеристиками Н=f(Q).

Тип вентилятора выбирают исходя из условий эксплуатации и требований, предъявляемых к вентилятору.

Е

Рис. 9.1. Виды характеристик вен- тиляторов и системы

сли необходимо поддерживать расход воздуха постоянный, независимо от скорости вращения, например, для дутья в топках котлов, применяют вентиляторы с падающей характеристикой (1). Такой же тип вентилятора следует использовать, когда несколько вентиляторов работают на одну систему. Если объем воздуха подаваемого вентилятором регулируется заслонкой (∙) А и (∙) А′, применяют вентиляторы с пологой характеристикой (2), которая позволяет производить регулирование с минимальной потерей давления Н_А ≈ Н_А′ Q_A′ >Q_A.

Кривые (3) и (3′) характеристики сети при регулировании заслонкой на напоре вентилятора.

Воздуходувки как специальный тип ЦВ, имеют более прочный корпус, работают при повышенных скоростях и развивают большее давление.

2. Порядок расчета электропривода вентилятора.

Мощность на валу ЭД, необходимая для вращения крылатки (колеса) вентилятора, определяется работой, затрачиваемой на разгон и транспортировку газа или воздуха и вычисляются по формуле:

(9.1)

где Q – производительность, м³/с,

Н_в – напор вентилятора, ПА,

η_в – КПД вентилятора из каталога или таблиц, для ориентировочного расчета η_в – осевого вентилятора 0,3 ÷ 0,6 , η_в – центробежного 0,6 ÷ 0,85,

К₃ – коэффициент запаса мощности ЭД, К₃ – 1,1 ÷ 1,5 ( Р_эд ≤ 2 квт - К₃=1,5; Р_эд = 2 ÷ 5квт - К₃=1,5-1,25; Р_эд = 5 ÷ 50квт - К₃=1,25-1,15)

Скорость вращения вентилятора и выбранного по каталогу ЭД должны быть одинаковы. Расчет электропривода вентиляторной установки начинается с вычерчивание схемы вентиляции аксонометрии и проставления количества воздуха (газа), которое должно быть подано в заданные помещения, или удалено из них.

Всю систему вентиляции разбивают на участки. Участком называется отрезок трассы, где количество и скорость перемещающегося воздуха остаются неизменными. У каждого участка воздуховода проставляют порядковый номер и его длину, а также количество перемещаемого воздуха.

Площадь сечения воздуховода на участке определяют:

где G – расход воздуха на данном участке м³/с,

v – скорость истечения, м/с.

При расчете участков приточной вентиляции сначала задаются скоростью движения воздуха на выходе из воздухораспределительных устройств, используя таблицу 9.1, а затем в воздухопроводах, постепенно увеличивая скорость по мере приближения к вентилятору.

При расчете вытяжных воздуховодов скорость на входе в вытяжные решетки (лючки) принимают в пределах v_выт ~ 5 ÷ 7 м/с.

Если воздуховоды выполнены из листовой стали, то v_выт ~ 8 ÷ 10 м/с.

В жилых и общественных зданиях воздуховоды выполнены из кирпича, бетона, шлакоалебастра v_выт ~ 0,3 ÷ 7 м/с.

Таблица 9.1.

Расположение воздухораспределительных устройств по отношению к рабочей зоне	Перепад температуры между приточным воздухом и воздухом помещения (кондиция)	vвыт , м/с
В рабочей зоне - ,, - На высоте от 2 до 3 м - ,, - На высоте свыше 3 м	3 4 7 10 10	0,5 – 0,75 0,3 – 0,6 2 – 3 1,5 – 2 3 – 4

После определения сечения воздуховода определяют его диаметр:

Если воздуховод прямоугольный, то, задаваясь одной из сторон, находят вторую F=a∙b.

Напор вентилятора Н_b должен быть достаточным для преодоления суммы сопротивлений во всасывающей нагнетательной части и компенсации потерь динамического давления при выходе воздуха из сети в атмосферу

(9.2)

Как видим, формула (9.2) полная аналогия с определением напора насоса:

(9.3)

часть напора вентилятора, затрачиваемая на преодоление сопротивления трения в воздухопроводах;

(9.4)

часть напора, затрачиваемая на преодоление местных сопротивлений – поворотов, изгибов, сужений воздуховода, а также арматуры (люков, клинкетов, заслонок, жалюзей и т.д.).

ρ – плотность воздуха ( кг/м³) либо (н/м³)

Если подставлять весовую плотность воздуха γ=ρ∙g, н/м³, то размерность h _ТР, h _М.С. будет в ПА.

Если использовать измененные формулы, т.е.

размерность h_тр, h_м.с. будет в метрах.

Для справки 1 м в ст равен 10⁴ПА; 1 мм в ст примерно 10 ПА.

Коэффициент трения λ_тр зависит от скорости истечения воздуха в воздуховоде и, если число Рейнгольдса R_e ≤ 100000, то а если R_e ≥ 100000, то

Если воздуховоды выполнены из строительных материалов, значения λ_ТР умножают на коэффициент β.

Таблица 9.2.

Тип строительных материалов	β
Воздуховоды шлакоалебастровые Воздуховоды кирпичные Воздуховоды оштукатуренные по сетке	2,0 2,5 3,0

Коэффициент ξ в формуле (9.4) зависит от конструкции арматуры воздуховода. Значения ξ сведены в таблицу (9.3).

Таблица 9.3.

Участок воздуховода

ξ

1. Шахта вытяжная с зонтом Шахта приточная с жалюзными решетками 2. Вход в отверстие заподлицо со стенами Вход с закругленными краями 3. Вход и выход через жалюзную решетку подвижную вход / выход неподвижную вход / выход 4. Плавный поворот на 900 5. Прямое колено под угол 900 6. Два спаренных поворота на угол 450 7. Плавное сужение канала на диаметр 8. -,,- то же в 2 раза меньше 9.внезапное сужение канала 10. Внезапное расширение канала 11.Свободный выход из канала Тройник под угол 900 - при нагнетании основной проход ответвление - при всасывании основной проход ответвление Тройник под угол 450 - при нагнетании основной проход ответвление - при всасывании основной проход ответвление

1,0 2,8 0,5 0,12 1,4/3,5 0,9/2,7 0,5 1,1 0,4 0,4 0,2 0,4 0,8 – 1,0 1,0 0 1,6 0,7 1,0 0 0,5 1,0 0,7

Производительность вентиляционной установки определяют либо по требуемой кратности воздухообмена, либо из условий удаления тепла и влаги из помещений.

Методика расчета производительности вентилятора по суммарным тепло потерям приведена в [ ].

а) Например, потери в электрических машинах, квт :

где k₃ – коэффициент загрузки электрических машин.

б) Выделение теплоты с корпусов крупных электрических машин примерно 0,5 квт с одного квадратного метра поверхности.

в) Потери в выпрямителях

г) Потери от ящиков сопротивления - в среднем примерно 1 квт на один ящик или примерно 8% установленной мощности электродвигателя.

д) Потери от силовых трансформаторов, установленных в КТП в среднем 2 % от S_тр-ра.

е) Потери от высоковольтных КРУ или КСО, (600 – 1000 А) принимают примерно 0,5 – 1,0 квт на каждую ячейку.

ж) Потери в конденсаторных установках примерно 4 вт на 1 квар мощности БК.

з) Потери в шинопроводах примерно 0,95 % передаваемой мощности.

и) Потери от светильников примерно 15 вт на один квадратный метр площади помещения.

При люминесцентном освещении примерно 20 – 30 % от установленной мощности.

При использовании ДРЛ, ДРИ примерно 10 % установленной мощности.

Количество воздуха необходимое для уноса тепловых потерь

ΣΡ – отводимые потери, квт;

860 – коэффициент перевода квт в ккал;

С_р – теплоемкость воздуха, 0,24 ккал/кг⁰С;

γ – плотность примерно 1,2 кг/м³;

Δ t – температура перегрева в помещении, примерно 15 – 18⁰С.

В системе вентиляции замкнутого типа для охлаждения воздуха, отсасываемого из помещений с повышенной температурой применяют серийные воздухоохладители типа ВУП и ВО. Расход воды в этих воздухоохладителях составляет примерно 0,25 – 0,4 м³/час на 1 квт тепловых потерь при температуре 25⁰С.

Нагрев воды в ВО не более 2 – 4 ⁰С.

Воздух, проходящий через ВО охлаждается в среднем на 10⁰С. В таблице 9.4 приведены данные ВУП.

Таблица 9.4.

Тип ВО	Отводимые потери, квт при τ0С		Размеры, мм
	7	10	L	H
ВУП 16×6×1000-6 ВУП 16×6×1500-4 ВУП 22×6×1500-4 ВУП 16×6×2500-2 ВУП 22×6×2500-2	36 – 53 54 – 80 76 – 110 93 – 136 128 – 188	52 – 76 78 – 115 108 – 158 133 – 194 184 – 267	1428 1928 1928 2928 2928	950 950 1250 950 1250

τ⁰С – разность температур охлажденного воздуха и холодной воды.

Максимальная температура охлажденного воздуха принимается 40⁰С, поэтому разность температур зависит от температуры холодной воды, τ = 7⁰С при температуре воды 33⁰С; τ = 10⁰С при температуре воды 30⁰С. Характеристика ВО серии ВО-100А и ВО-150А приведены на графиках рис.9.2.

t_a - температура воздуха входящего в ВО (~40⁰С)

t_ω – температура воды входящей в ВО при t_ω=25⁰С и t_a=35⁰С.

Гарантируется отвод номинальных потерь соответственно 100 и 150квт.График

ha=f(va) для ВО серии ВУП 16.

ha – потеря давления воздуха в ВО.

После того как определены требуемые производительность Q и напор Н, необходимый номер вентилятора выбирают либо по его характеристикам, либо по таблицам 9.5.

Центробежные вентиляторы Ц4-70, осевые вентиляторы серии МЦ.

Рис. 9.2. Характеристики для выбора

выбора ВО (пунктиром- ВО100А)

Таблица 9.5.

№ осевого вентилятора, МЦ	Частота вращения		Производительность		Напор		КПД, %
	об/мин	С -1	м3/час	м3/сек	мм, в.ст.	ПА
	1	2	3	4	5	6	7
4 6 5 6 5 6 4 5 6 5 6 4 5 6 7 7 7 11 7 8 7	1440 960 960 960 1440 1440 2700 960 960 1440 1440 2700 1440 1440 960 1440 960 720 1440 960 1440 1	24 16 16 16 24 24 45 16 16 24 24 45 24 24 16 24 16 12 24 16 24 2	1800 1800 2700 2700 2700 2700 2700 3600 3600 3600 3600 3600 5400 5400 7200 7200 11000 11000 11000 14500 14500 3	0,5 0,5 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 2,0 3,0 3,0 3,0 4,0 4,0 4	6 9 5,2 8,0 14 20 30 3,6 6,0 12 18 25 10 16 10 25 7 12 25 11 25 5	59 88,1 51 78,5 137 196 294 35,3 59 118 178 246 98,1 157 98,1 246 68,8 118 246 108 246 6	37 35 45 47 35 35 25 55 55 47 47 35 52 54 50 30 56 35 40 55 30 7
8 11 10 8	1440 720 960 1440	24 12 16 24	14500 18000 18000 18000	4,0 5,0 5,0 5,0	35 12 20 35	344 118 196 344	30 50 30 40
Центробежные Ц4 - 70	1	2	3	4	5	6	7
2 ½ 2 ½ 4 3 2 ½ 3 4 5 6 4 4 5 4 5 6 5 6 6 8 7 10 8 8 10 8 8 10	1440 1440 960 1440 2700 1440 960 960 960 1440 960 960 1440 960 960 960 960 1440 720 960 720 960 720 720 960 720 720	24 24 16 24 45 24 16 16 16 24 16 16 24 16 16 16 16 24 12 16 12 16 12 12 16 12 12	540 900 900 900 900 1800 1800 1800 1800 1800 2700 2700 2700 3600 3600 5400 5400 5400 7200 7200 11000 11000 14500 14500 14500 18000 18000	0,15 0,25 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,75 0,75 0,75 1,0 1,0 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 3,0 3,0 4,0 4,0 4,0 5,0 5,0	22 17 25 32 85 17 24 38 38 58 28 38 50 38 52 25 55 110 55 75 80 100 45 85 100 30 80	218 167 246 314 837 167 236 373 373 568 277 373 491 373 510 246 540 1080 540 735 785 981 442 835 981 294 785	75 75 65 73 70 60 78 65 65 72 72 73 78 78 65 70 75 70 72 75 60 72 76 72 72 60 75