8.Выбор вариантов расчета производственной вентиляции по загрязнению и климатическим параметрам воздуха

Как известно воздух производственных помещений в зависимости от их назначения и технологических процессов может загрязняться пылью, туманами, газами, парами тяжелых металлов.

Зачастую наблюдаются и отклонения климатических параметров от санитарно- гигиенических норм. Указанные отклонения и загрязнения приобретают критические и катастрофические значения при нарушениях технологической дисциплины, в особенности при производственных авариях. Возникает практическая задача, какой мощности должна быть общеобменная механическая вентиляция, чтобы обеспечить надежное удаление загрязненного или перегретого, переувлажненного воздуха не только в штатном режиме работы цеха, но и при авариях.

Учитывая ограниченность ресурсов для ее решения, по нашему мнению, следует использовать известный принцип минимакса: максимально возможный эффект при минимально необходимых затратах. Поскольку нельзя исключать вариант аварии, когда и загрязнения, и отклонения климатических параметров воздуха могут происходить одновременно соответствующее этому математическое описание может иметь вид

где Q^*_Gmin,Q^*_Pmin,Q^*_Tmin,Q^*_ψmin,Q^*_Vmin — соответственно минимально необходимые расходы воздуха на проветривание в цехе по газам G, пыли Р, температуре Т, относительной влажности ψ и скорости движения воздуха V; - знак дизъюнкции(или).

Согласно формуле при этом рассчитываются расходы воздуха по каждому из параметров с использованием соответствующих методик, и выбирается максимальное значение из всех минимально необходимых, которое и используется затем как исходная величина при выборе вентилятора.

Совершенно очевидно, что нормальный режим проветривания будет сопровождаться сокращением количества рассчитываемых расходов воздуха Q^*_min во внутренних скобках формулы до четырех, трех, двух и одного. Это имеет значение при модернизации производства и при управлении проветриванием по текущим параметрам.

9.Выбор вентилятора и проектирование вентиляционной сети цеха

Вентиляторы — это воздуходувные машины, создающие определенное давление и служащие для перемещения воздуха при потерях давления в вентиляционной сети не более 12кПа.

В зависимости от развиваемого давления вентиляторы делят на следующие группы: низкого давления до 1 кПа, среднего давления 1—3 кПа, высокого давления 3—12 кПа.

Вентиляторы низкого и среднего давления применяют в установках общеобменной и местной вентиляции.

В зависимости от состава перемещаемого воздуха, вентиляторы изготовляют из определенных материалов и различной конструкции:

а) обычного исполнения для перемещения чистого или малозапыленного воздуха (до 100 мг/м³) с температурой не выше 80 °С, все части таких вентиляторов изготовляют из обычных ортов стали;

б) антикоррозийного исполнения — для перемещения агрессивных сред (пары кислот, щелочей); в этом случае вентиляторы изготавливают из стойких против этих сред материалов — железохромистой и хромоникелевой стали, винипласта и т. д.;

в) искрозащитного исполнения — для перемещения взрывоопасных смесей, например содержащих водород, ацетилен и т. д.; основное требование, предъявляемое к таким вентиляторам — это полное исключение искрения при их работе (вследствие ударов или трения), поэтому корпус и входные патрубки вентиляторов изготавливают из алюминия или дюралюминия. Участок вала, находящийся в потоке взрывоопасной смеси, закрывают алюминиевым колпаком и втулкой, а в месте прохода вала через кожух устанавливают сальниковое уплотнение;

г) пылевые — для перемещения пыльного воздуха (содержание пыли более 100 мг/м³), рабочие колеса вентиляторов изготавливают из материалов повышенной прочности, они имеют мало (4—8) лопаток.

Вентиляторы изготавливают различных размеров, и каждому из вентиляторов соответствует определенный номер, показывающий величину диаметра рабочего колеса в дециметрах, например вентилятор У4-70 № 6,3 имеет диаметр колеса 6,3 дм или 630 мм.

Для подбора осевых вентиляторов нужно знать требуемую производительность и полное давление. Номер вентилятора и электродвигатель выбирают по справочникам. Для подбора радиальных вентиляторов, кроме производительности и давления, необходимо выбрать их конструктивное исполнение.

Полное давление Р_в, развиваемое вентилятором, расходуется на преодоление сопротивлений во всасывающем и нагнетательном воздуховодах, возникающих при перемещении воздуха

Р_в = Р_вс + Р_н = Р_n (8.1)

где Р_вс и Р_н — потери давления во всасывающем и нагнетательном воздуховодах; Р_n — суммарные потери давления в вентиляционной сети.

Потери давления складываются из потерь давления на трение (за счет шероховатости поверхностей воздуховодов) и местные сопротивления (повороты изменения сечения, фильтры, калориферы и т. д.).

Потери ∆Р_n (Па) определяют суммированием потерь давления на отдельных расчетных участках сети

, (8.2)

где и — соответственно потери давления на трение и на преодоление местных сопротивлений на расчетном i-ом участке воздуховода; — потери давления на трение на 1 м длины; l_i — длина расчетного участка воздуховода, м; — сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке; — скорость воздуха в воздуховоде, м/с;  — плотность воздуха, кг/м³.

Величины и приводятся в справочниках.

Порядок расчета вентиляционной сети следующий:

1. Выбирают конфигурацию сети в зависимости от размещения помещений, установок оборудования, которые должна обслуживать вентиляционная система.

2. Зная требуемое количество воздуха на отдельных участках воздуховодов, определяют их поперечные размеры с учетом допустимых скоростей движения воздуха (3—10 м/с).

3. По формуле (8.2) рассчитывают сопротивление сети, причем за расчетную принимают наиболее протяженную магистраль.

4. По каталогам выбирают вентилятор и электродвигатель.

5. Если сопротивление сети оказалось слишком большим, размер воздуховодов увеличивают и производят пересчет сети. Зная, какую производительность и полное давление должен развивать вентилятор производят выбор вентилятора по его аэродинамической характеристике. Такая характеристика вентилятора выражает связь между основными параметрами — производительностью, давлением, мощностью и КПД при определенных частотах вращения n (рад/с или об/мин).

Например, требуется подобрать вентилятор производительностью L=6,5 тыс. м³/ч при Р_в= 440 Па. Для выбранного радиального вентилятора Ц4-70 № 6, 3. Требуемый режим работы будет соответствовать точке А. По этой точке находят частоту вращения колеса n=15 рад/с (900 об/мин) и =0,8.

При выборе типа и номера вентилятора необходимо руководствоваться тем, что вентилятор должен иметь наиболее высокий КПД, относительно небольшую скорость вращения (υ=πDn/60), а также, чтобы частота вращения колеса позволяла осуществить соединение с электродвигателем на одном валу.

В тех случаях, когда эксплуатируемый вентилятор не обеспечивает необходимой производительности, можно ее увеличить, помня, что производительность вентилятора прямо пропорциональна частоте вращения, а потребляемая мощность — кубу скорости вращения:

Установочную мощность электродвигателя для вентилятора (кВт) рассчитывают по формуле:

где K₃ — коэффициент запаса (K₃ =1,05—1,5); — КПД вентилятора (принимается по характеристике вентилятора); — КПД привода, который при плоскоременной передаче равен 0,9, при клиноременной — 0,95, при непосредственной установке колеса на валу двигателя — 1, при присоединении колеса через муфту — 0,98.

Выбор вентиляторов и двигателей производят по справочникам. В приложении приведены необходимые данные из справочника.

При проектировании вентиляционной сети требуемое давление определяют из расчета воздуховодов по предварительно принятым в них скоростям движения воздуха. Скорости выбирают так, чтобы на перемещение воздуха затрачивалось наименьшее количество энергии и одновременного, чтобы воздуховоды не были дорогими при изготовлении и громоздкими для установки в помещении. Потери давления, возникающие от трения при одной и той же скорости движения тем меньше, чем меньше периметр сечения воздуховода на единицу перемещаемого объема, поэтому на участках, где воздуха проходит много (вблизи вентиляторов), применяют большие скорости. Кроме того, такое распределение скоростей улучшает условия увязки ответвлений сети.

Обычно для сети промышленных зданий принимают скорости 10—12 м/с на головных участках и 3—6 м/с на дальних концевых.

При расчете сети следует учитывать потери давления в вентиляционном оборудовании (калориферах, фильтрах и пр.). Естественным давлением в системах механической вентиляции обычно пренебрегают. При расчете сети воздуховодов должен быть обеспечен запас давления в 10 % на непредвиденные сопротивления.

Пример: рассчитать круглый стальной воздуховод приточной системы механической вентиляции для промышленного здания (рис. 9.1).

Расчетная схема приточной системы вентиляции с механическим побуждением.

Рис.9.1

Таблица 9.1