10159

Истинная скорость в воздуховоде уточняется с учетом выбранного значе-

ния di по формуле, м/с:

Суммарные потери давления в i-том воздуховоде Pвi, Па, определяются по следующей зависимости:

Pвi ( i mpi )Pдi , (54)

где Σζi – сумма коэффициентов местных сопротивлений на i-м участке (склады-

вается из коэффициентов местных сопротивлений отводов, конфузоров, диффу-

зоров и т.д.); ζтрi – приведенный коэффициент трения на i-м участке, рассчиты-

вается по формуле:

где λ/di – потери давления на трение на 1 м длины воздуховода при диаметре di

и скорости воздушного потока ωi; li – длина воздуховода на i-м участке, м. Рдi –

динамическое давление в воздуховоде на i-м участке, Па.

Динамическое давление в i-том воздуховоде равно [64]:

Потери давления на i-м участке до подсоединения к коллектору склады-

ваются из потерь давления в воздуховоде и потерь давления в местном отсосе рассматриваемого участка, определяемых аналогичным способом.

При перемещении воздуха с массовой концентрацией М > 0,01 кг/кг по-

тери давления в сети пересчитываются по участку с наибольшим гидравличе-

ским сопротивлением с учетом массовой концентрации и характера переме-

щаемого материала по формуле:

Pni 1,1Pучi 1 K M , Па, (57)

где K – коэффициент, характеризующий особенности перемещаемых материа-

лов. Для древесины данный коэффициент равен K = 1,4.

109

3.2.2. Определение потерь давления в коллекторе

Выбор типа и марки коллектора осуществляется из объемного расхода воздуха в системе и требований к конструкции коллектора (например, количе-

ства входных патрубков).

Сопротивление коллектора складывается из потерь давления на преодо-

ление местных сопротивлений на входе в коллектор и на выходе из него. Ско-

рость и динамическое давление на входе в коллектор (выходе из коллектора)

определяется по формулам (53) и (56) соответственно. Следует принимать во внимание, что при расчете скорости на входе в коллектор используется значе-

ние Li для участка с наибольшим расходом воздуха. Потери давления на входе в коллектор (выходе из коллектора) определяются по формуле:

Pвх вых вх вых Pд.вх вых , Па, (58)

где ζвх(вых) – коэффициент сопротивления на входе (или выходе) из коллектора.

3.2.3. Расчет пылеулавливающего аппарата

Достаточную степень очистки запыленного воздуха в процессах дерево-

обработки обеспечивают аппараты сухой механической очистки – циклоны.

В процессах пиления, фрезерования, сверления, строгания древесины об-

разуются достаточно крупные частицы (щепа, стружки, опилки), поэтому наи-

большее распространение получили циклоны типа «К» (Клайпедского ОЭКДМ)

и типа «Ц» (Гипродревпром). Основной недостаток этих циклонов – невысокая эффективность при улавливании мелкодисперсной пыли. Для улавливания пы-

ли от процессов шлифования применяются циклоны типа УЦ (Гипродревпром).

Также на деревообрабатывающих предприятиях используются циклоны типа ЦДО, ЦВВ, ЛТА и другие. После выбора типа циклона производится его рас-

чет. Расчет циклона осуществляется методом последовательных приближений

ивключает несколько этапов:

1.Определение конструктивно-технологических характеристик циклона.

2.Определение гидравлического сопротивления аппарата.

110

3. Определение степени очистки в циклоне.

Определение конструктивно-технологических характеристик циклона.

Необходимая площадь сечения циклона F, м2, определяется по формуле:

опт

где L – расход очищаемого воздуха при рабочих условиях, м3/с (соответствует суммарному объему воздуха, поступающему за секунду из узла аспирации); ωопт – оптимальная скорость в сечении корпуса циклона, м/с.

Диаметр циклона D0, м, рассчитывается по формуле:

где n – количество циклонов в группе. Рассчитанный диаметр циклона округля-

ется до целого числа и из типоразмерного ряда выбирается циклон с ближай-

шим наименьшим значением диаметра Dц, м.

Исходя из выбранного диаметра циклона, вычисляется действительная скорость воздуха в аппарате ωц, м/с:

Значение действительной скорости не должно отличаться от значения оп-

тимальной скорости более чем на 25 %.

Определение гидравлического сопротивления циклона.

Гидравлическое сопротивление циклона Pц, Па, равно:

где ζ – КГС пылеулавливающего аппарата.

Определение степени очистки в циклоне.

При определении степени очистки используется вероятностный подход,

согласно которому:

где Ф(x) – функция нормального распределения частиц по размерам (интеграл вероятности); х – вспомогательный аргумент, определяемый по формуле:

где dm – медианный размер частиц пыли, мкм; d50 – размер частиц, улавливае-

мых в аппарате данного типа с эффективностью 50 %, мкм; lg η – стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки; lg ч – среднее квадратичное отклонение в функции нормального распределения частиц данной пыли по размерам.

Величины dm и lg ч являются характеристиками дисперсного состава кон-

кретной пыли. Величины d50 и lg η – параметры, определяющие эффективность конкретного аппарата при стандартных условиях его работы. Поэтому справоч-

ное значение параметра d50 пересчитывается для рабочих условий по формуле:

где Т – индекс для обозначения стандартных условий работы циклона; Dц –

диаметр циклона, м; ρч – плотность частиц пыли, кг/м3; ω0 – средняя скорость воздуха в аппарате при испытаниях, м/с; μ – динамический коэффициент вязко-

сти воздуха, Па∙с.

Значение динамической вязкости воздуха при рабочих условиях μ, Па·с,

уточняется по формуле:

где μ0 – динамическая вязкость воздуха при 0 °С и 101,3 кПа, μ0 = 17,3 ∙10-6

Па∙с; Т – рабочая температура воздуха, K; С – постоянная Сазерленда при 0 °С

и 101,3 кПа, для воздуха С = 124.

112

3.2.4. Расчет материального баланса процесса пылеулавливания

После расчета пылеулавливающего аппарата составляется материальный баланс процесса пылеулавливания. Количество уловленной пыли определяется по следующей зависимости:

Mул Mвх Mвых , кг/сут, (68)

где Мвх – количество пыли на входе в циклон, кг/сут; Мвых – количество пыли на выходе из циклона, кг/сут.

Количество пыли на входе в аппарат равно Мвх, кг/сут:

3.2.5. Подбор вентилятора и электродвигателя

Аэродинамический расчет сети аспирации заканчивается подбором вен-

тилятора и электродвигателя к нему.

Системы аспирации имеют большие значения гидравлического сопротив-

ления и содержат взвешенные частицы, поэтому в таких схемах обычно ис-

пользуются центробежные (радиальные) пылевые вентиляторы.

Подбор вентилятора осуществляется по аэродинамическим характеристи-

кам – номограммам по требуемым значениям производительности (объемный расход отводимого воздуха) и напора.

При этом производительность задается с учетом возможных подсосов,

запас на которые составляет 15 %. Из вентиляторов серийного изготовления используются аппараты типа ВРП, ВР и другие. Электродвигатель выбирается по каталогам заводов изготовителей. Требуемая мощность Nтр, кВт/ч, не должна превышать значение установочной мощности.

113

Требуемая мощность на валу электродвигателя Nтр, кВт/ч, равна:

где Qр – количество воздуха, отводимого вентилятором, м3/с; Рр – создаваемый вентилятором напор, кгс/м2; 102 – коэффициент для пересчета из (кгс·м/с) в (кВт); ηв – КПД вентилятора; ηп – КПД передачи.

При насадке колеса вентилятора непосредственно на вал электродвигате-

ля КПД передачи равен 1; при соединении вала электродвигателя с вентилято-

ром при помощи муфты – 0,98; при клиноременной передаче – 0,95.

3.3.Пример расчета

3.3.1.Аэродинамический расчет узла аспирации

Аксонометрическая схема аспирационной системы приведена в приложе-

нии 1. Исходные данные и описание схемы приведены в приложении 2 и при-

ложении 3. Суммарный массовый расход перемещаемых материалов (древес-

ных отходов, выбрасываемых в процессе работы пяти станков):

Gn 40,95 14,08 13,43 24,65 10,7 103,81, кг/ч.

Минимально необходимое количество воздуха для транспортировки от-

ходов в целом по сети воздуховодов:

L 1000 1272 1350 1000 1000 513 6135 , м3/ч.

Массовая концентрация взвешенных веществ в системе аспирации вы-

числяется по формуле (51) и составляет:

В качестве примера в данном разделе приводится аэродинамический рас-

чет участков 1 и 6. Результаты расчета сети аспирации удобно представлять в виде расчетной таблицы. Форма расчетной таблицы приведена в приложении

4. Минимально необходимый объем отводимого воздуха L и длина каждого участ-

ка lизисходныхданныхпереносятся вграфы 2и4 расчетной таблицы.

114

Диаметр воздуховода 1-го участка рассчитывается по формуле (52):

d1 4 0,278 0,144, м. 3,14 17

По справочным данным (приложение 5) принимается ближайший мень-

ший диаметр: d1 = 140 мм. Тогда в соответствии с формулой (53) скорость воз-

духа в воздуховоде на участке 1 равна:

4 0,2781 3,14 0,1402 18,07, м/с.

Динамический напор в воздуховоде рассчитывается по формуле (56):

Pд1 1,21 18,072 197,55, Па. 2

Значение величины потерь давления на трение на 1 метре длины сталь-

ного воздуховода определяется по справочным данным (прил. 6) в зависимости от диаметра воздуховода и скорости воздуха. На рассматриваемом участке λ/d = 0,143. Приведенный коэффициент трения рассчитывается по формуле (55):

тр1 0,143 4 0,572.

Рассчитанные значения λ/d и ζтр1 заносятся в графы 8 и 9, соответственно,

расчетной таблицы.

Определение коэффициентов местных сопротивлений

Коэффициенты местных сопротивлений на каждом из участков опреде-

ляются по приложениям 7-11 исходя из характеристик соединяемых элементов.

Подсоединение местного отсоса к воздуховоду.

Диаметр присоединительного патрубка местного отсоса (D1 = 130 мм)

меньше диаметра воздуховода (d1 = 140 мм). При переходе с меньшего сечения на большее устанавливается конический диффузор:

Находится соотношение площадей поперечных сечений присоединитель-

ного патрубка местного отсоса (F0) и воздуховода (F1):

По справочным данным (прил. 7) подбирается ближайшее к рассчитан-

ному значение F0/F1. При этом угол раскрытия диффузора задается таким обра-

зом, чтобы значение ζ0 было минимальным.

Значение ζ0 относится к скорости (ω0) в меньшем сечении (F0), т. Е. в

данном случае к скорости воздуха в присоединительном патрубке местного от-

соса. Значение ζ0 надлежит соотнести со скоростью воздуха в воздуховоде рас-

сматриваемого участка, т.е. пересчитать на большее сечение. Пересчет выпол-

няется по следующей формуле:

Два секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90° (прил. 3).

По приложению 8 определяется коэффициент сопротивления ζ отвода при угле поворота 90°: ζ = 0,35 при R/d=2.

Таким образом, при конструировании воздуховода необходимо обеспе-

чить радиус поворота R = 2d1 = 2 ∙ 0,140 = 0,28 м.

Поскольку на участке два отвода по 90°, то ζ1,2 = 2∙0,35 = 0,70.

Два секционных отвода из звеньев круглого сечения по 45°.

По приложению 8 коэффициент сопротивления составляет ζ = 0,2 при R/d

= 2 (R = 0,28 м). Для двух отводов – ζ3,4 = 2∙0,2 = 0,40.

Подсоединение воздуховода к коллектору.

С учетом рассчитанного объемного расхода по таблице 1 подбирается вер-

тикальный коллектор с нижним вводом КВН6.180 и шестью входными патруб-

ками. Диаметр воздуховода (d1 = 140мм) меньше диаметра присоединительного патрубка на входе в коллектор (DK = 180 мм). Устанавливается диффузор.

Соотношение площадей поперечных сечений воздуховода F0 и входного патрубка коллектора F1 составляет:

При Fo/F1 ≥ 0,6, ζ0 = 0,05.

116

Значение ζ0 относится к скорости воздуха в меньшем сечении d1 = 140 мм,

т. Е. в воздуховоде рассматриваемого участка. Сумма коэффициентов местных сопротивлений воздуховода на участке 1 составляет:

1 0,06 0,70 0,40 0,05 1,21.

Рассчитанные значения Σζ по участкам заносятся в графу 10 расчетной таблицы, приведенной в приложении 4. Потери давления в воздуховоде на рас-

четном участке определяется по формуле (54):

Pв1 0,572 1,21 197,55 352,03 Па.

Результаты расчета записываются в графу 11 расчетной таблицы.

Коэффициенты сопротивления местных отсосов ζ* относятся к сечению присоединительного патрубка местного отсоса (прил. 2), поэтому формула для определения потерь давления в местном отсосе с учетом формулы (56) записы-

вается следующим образом, Па:

Потери давления в местном отсосе участка 1:

Значения ζ*, ωотс, и Ротс заносятся соответственно в графы 12, 13, 14 рас-

четной таблицы (прил. 4). Потери давления на участке складываются из потерь давления в воздуховоде и потерь давления в местном отсосе:

Pуч1 Pв1 Pотс.1 352,03 317,12 669,15 Па.

Проводим расчеты для участка 6 (прил. 1). Диаметр участка 6 равен:

d6 4 0,143 0,100 м. 3,14 18

По приложению 5 диаметр воздуховода принимается d6 = 100 мм. Ско-

рость воздуха на участке 6 равна:

4 0,1436 3,14 0,1002 18,22 м/с.

117

Динамический напор рассчитывается по формуле (56):

Pд6 1,21 18,222 200,84 Па. 2

По справочным данным (прил. 6) λ/d = 0,217.

Приведенный коэффициент трения рассчитывается по формуле (55) и для воздуховода на участке 6 составляет:

ζтр6 0,217 7 1,519.

Определение коэффициентов местных сопротивлений.

Подсоединение местного отсоса к воздуховоду. Диаметр воздуховода (d6

= 100 мм) совпадает с диаметром присоединительного патрубка отсоса (D6 = 100 мм). В этом случае присоединение патрубка идет без установки дополни-

тельных соединителей.

Четыре секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90°. По при-

ложению 8 определяется коэффициент сопротивления ζ отвода при угле пово-

рота 90°: ζ = 0,35 при R/d = 2, R = 2d6 = 2 ∙ 0,100 = 0,2 м.

Поскольку на участке четыре отвода по 90, то ζ1-4 = 4∙0,35 = 1,4.

Один секционный отвод из звеньев круглого сечения 45°. По приложению

8 находится значение ζ: ζ = 0,35 при R/d = 2 (R = 0,2 м).

Подсоединение воздуховода к коллектору. Диаметр воздуховода (d6 = 100

мм) меньше диаметра присоединительного патрубка на входе в коллектор (DK = 180 мм). Устанавливается диффузор.

Соотношение площадей поперечных сечений воздуховода F0 и входного патрубка коллектора F1:

По приложению 7 при F0/F1 = 0,3, ζ0 = 0,09.

Значение ζ0 относится к скорости воздуха в меньшем сечении (d6 = 100

мм), т. Е. в воздуховоде рассматриваемого участка.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σζ для участка 6:

118