3.9. Расчёт механической общеобменной вентиляции

В системах механической вентиляции движение воздуха осуществляется вентиляторами и эжекторами.

Вентиляторы - это воздуходувные машины (осевые или центробежные), служащие для перемещения воздуха.

Эжекторы - это устройства, применяемые в вытяжных системах в тех случаях, когда необходимо удалить агрессивную среду, пыль, способную к

93

взрыву не только от удара, но и от трения или легковоспламеняющиеся и взры­воопасные газы (рис. 3.11).

1 - труба; 2 - сопло; 3 - камера разрежения; 4 - конфузор; 5- горловина; 6 - диффузор

Рис. 3.11. Схема эжектора

Для подбора вентиляторов нужно знать требуемую производительность и полное давление.

Требуемую производительность W_нт (м³/ч) рассчитывают по формуле

^Wвент

(3.34)

где L - полученный по расчету суммарный воздухообмен для всех вен­тилируемых помещений, м /ч;

k₃ - коэффициент запаса, k₃ ⁼ 1,1 для стальных воздуховодов длиной до 50 м; k3 = 1,15 для стальных воздуховодов длиной более 50 м.

Давление для подбора вентилятора (Н_вент) определяют по формуле

Н_вент=Н-к₃ (3.35)

где Н — давление, подсчитанное для всей системы вентиляции, Па (рис.

3.12);

k₃ - коэффициент запаса (k₃ = 1/1).

94

I-VI - участки сети; 1, 2,4-7, 9, 10 - изгибы воздуховода (колена); 3,8 - переходы V _уч -объем воздуха на участке; D_уч - диаметр трубопровода на участке; Н_уч - потери напора на участке; а - угол колена; Н - потери напора; F1/F2 - соотношения поперечных сечений су­жений труб.

Рис. 3.12. Схема вентиляционной сети

Расчётное давление (напор) определяется из выражения

Па.

муле

(3.36)

где H - напор, Па;

R - потери давления на трение в воздуховоде длиной 1 м, Па; l - длина участка воздуховода, м; Z - потери давления в местных сопротивлениях в том же воздуховоде,

Потери давления (напора) на прямых участках труб рассчитывают по фор-

2

'

(3.37)

3-у

где ЪЕ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассматривав­ши участке воздуховода (табл. 3.8);

2

2

- динамическое давление, Па (табл. 3.8).

Или потери напора на прямых участках можно определить по формуле

Z =

2d

(3.38)

95

где срт - коэффициент, учитывающий сопротивление труб (для железных труб ср_т =0,02);

v_cp - средняя скорость воздуха, м/с (для прилегающих к вентилятору уча­стков v_cp = 8... 12м/с, для удаленных - v_cp = 1...4м/с);

l - длина воздуховода, м;

d - диаметр трубы, м;

/>_в - плотность воздуха, кг/м3 (табл. 2.11).

96

Таблица 3.8 - Данные для расчета круглых стальных воздуховодов

Динамиче­ское давле­ние, Па	Скорость движения воздуха, м/с	Количество проходящего воздуха, м /ч (верхняя строка) и потери давления на трение на 1 м воздуховода (Па) при внутренних диаметрах (нижняя строка), мм
		180	200	225	250	280	315	355	400	450	500	560	630
2
2,403	2,0	183 0,353	226 0,265	286 0,265	351 0,235	443 0,206	561 0,176	712 0,147	904 0,128	1145	1413	1772	2243
										0,108	0,098	0,088	0,078
3,453	2,4	220 0,490	271 0,432	343 0,373	424 0,324	532 0,284	673 0,245	865 0,206	1085	1373	1696	2127	2692
									0,176	0,157	0,137	0,118	0,098
4,709	2,8	256 0,647	317 0,559	401 0,490	495 0,432	622 0,373	785 0,324	997 0,275	1266	1602	1978	2481	3141
									0,235	0,206	0,176	0,157	0,137
6,141	3,2	293 0,824	362 0,716	458 0,628	465 0,549	709 0,471	897 0,412	1140	1447	1831	2261	2836	2582
								0,353	0,304	0,265	0,226	0,196	0,176
7,779	3,6	330 1,020	407 0,892	515 0,775	636 0,677	798 0,589	1009 0,510	1282	1628	2060	2543	3190	4038
								0,441	0,373	0,324	0,284	0,245	0,216
9,604	4,0	366 1,236	452 1,079	521 0,932	706 0,814	886 0,706	1122 0,608	1426	1809	2289	2826	3534	4481
								0,530	0,451	0,391	0,343	0,296	0,255
11,576	4,4	403 1,472	497 1,285	619 1,108	777 0,971	975 0,853	1234	1567	1990	2518	3109	3899	4935
							0,736	0,628	0,540	0,471	0,412	0,353	0,304
13,83	4,8	440 1,426	542 1,510	687 1,305	848 1,148	1063	1346	1710	2170	2747	3391	4254	5284
						0,991	0,853	0,736	0,638	0,549	0,481	0,422	0,363
15,01	5,0	458 1,854	565 1,619	715 1,402	883 1,236	1108	1402	1781	2261	2861	3532	4431	5608
						1,069	0,922	0,795	0,589	0,589	0,520	0,451	0,392
17,462	5,4	494 2,138	610 1,874	773 1,619	954 1,422	1196	1514	1923	2442	3090	3815	4786	6057
						1,236	1,060	0,912	0,785	0,677	0,598	0,520	0,451
20,21	5,8	521 2,443	656 2,129	830 1,844	1024	1285	1626	2066	2623	3319	4098	5140	6506
					1,619	1,4031	1,216	1,050	0,902	0,775	0,677	0,589	0,510
21,582	6,0	549 2,600	678 2,266	858 1,962	1060	1329	1682	2137	2713	3434	4239	5317	6730
					1,726	1,491	1,296	1,108	0,961	0,824	0726	0,628	0,540

97

Потери давления в расчётной ветви воздуховодов составляют сумму по­терь давления в участках, составляющих рассчитываемую ветвь (Па)

Я = Ъ(Я L + Z) или H = Z +Z_м

где Z - потери напора на прямых участках, Па; Z_м - местные потери напора, Па

(3.39)

Местные потери напора в коленах, переходах, жалюзи рассчитываются по формуле

Z_M = 0,5if/_Mv²_cpPe, (3.40)

где ^- коэффициенты местных потерь напора (табл. 3.9); v_cp - средняя скорость движения воздуха, м/с; _в - плотность воздуха, кг/м³.

Таблица 3.9 - Значения коэффициентов местных сопротивлений воздуховодов

Наименование мест­ного сопротивления	Коэффициент	Наименование местного сопро­тивления	Коэффициент
Колено: а = 90°	1,1	Внезапное расширение: f/F = 0,l	0,81
а= 120°	0,55	f/F = 0,3	0,49
а= 150°	0,2	f/F = 0,5	0,25
Отвод: R/D = 1	0Д5	Дроссель или задвижка	0,01
R/D=l,5	0,175	Боковой вход	1
R/D = 2	0,15	Вход с конца	03
Внезапное сужение: f/F = 0l	0,29	Выход с конца	1
f/F = 0,3	0,25	Сетка с живым сечением 80%	ОД
f/F = 0,4	0,21	Жалюзи-выход	3
f/F = 0,5	0,18	Жалюзи-вход	0,5

Зная величину максимальных потерь напора Н, по номограмме выбирают номер вентилятора N, максимальный КПД вентилятора г\_в и безразмерный па­раметр А (рис. 3.13).

По номеру вентилятора N и коэффициенту А рассчитывают количество оборотов вентилятора по формуле

п =A/N

(3.41)

98

Рис. 3.13. Номограмма для выбора вентилятора

Если при подборе вентилятора полученные величины W и Н_вент не попа­дают на характеристику одного из вентиляторов, имеющихся на графике (но­мограмме), то принимают ближайший подходящий вентилятор, и, изменяя чис­ло оборотов вентилятора, получают требуемую по расчёту производительность и давление.

Пересчёт производят по формулам

₂

(3.42)

где n1 - оборотов по характеристике; n₂ - число оборотов измененное;

W1, H1, N1 - соответственно производительность, давление и мощность по характеристике;

W2, H2, N2 - производительность давление и мощность расчетные. Необходимую мощность электродвигателя определяют по формуле

W H

дг _ вент вент

⁵~⁶

(3.43)

где NВ — мощность, потребляемая вентилятором, кВт; Цв - к.п.д. вентилятора (по характеристике);

Цп - к.п.д. привода, принимаемый (для электровентиляторов ц_и = 1,0; для муфтового соединения щ ⁼ 0,98; для клиноремённой передачи щ ⁼ 0,95).

99

Марки вентиляторов приведены в табл. 3.10. Размеры воздухорас­пределителя даны на рис. 3.14.

1 — корпус; 2 — выходной патрубок; 3 — винт регулировочный; 4 — диск;

5 — входной патрубок

Рис. 3.14. Воздухораспределитель центробежный типа ВЦ Тогда кратность воздухообмена (раз в час) будет равна

К = Р_ф/Р_ПДК= 350/300 = 1,2

Приняв объем кабины трактора V=1,5 м3 , определим требуемый воздухо­обмен

L_Т = # К=1,2-1,5 = 1,8м2/ч

Определим площадь поперечного сечения воздуховода F, принимая ско­рость воздушного потока v = 7 м/с по формуле (3.15)

¥=L_T-3600 v =1,8/3600 = 5W⁴м Так как воздуховод круглого сечения, радиус его будет равен

-4

г =

F 5-10

3,14

= 0,012 м

Производительность вентилятора найдем с учетом коэффициента запаса (k3= 1,3) по формуле (3.34)

100

= Ь_гк₃=1,81,3=2м³/ч

Рассчитаем потери напора в вентиляционной сети по формуле (3.38), при­нимая, что коэффициент, учитывающий сопротивление труб, срт = 0,02; средняя скорость воздуха, м/с; v_cp = 1м/с; длина воздуховода, м; l_m =1,5 м; диаметр трубы, м; d= 0,024 м ; плотность воздуха р_в = 1,247 кг/м¹.

Z = ^-k-Pe^cp _=Од ._х 2471 • 1,5/2 -0,024 = 0,75 ПА

Местные потери в коленах, переходах, жалюзи найдем по формуле (3.40), принимая коэффициент местных потерь напора для колена а = 120° щ= 0,5; для колена а = 90° щ ⁼1Д; для внезапного расширения щ = 0,8; для входа в вентилятор после фильтра щ = 6

Z_м = 0,5if/_Mv²_cpPe= 0,5(1,5 + 1,1 + 0,8 + 6) 1,247 = 5,9 Па Суммарные потери напора в линии определим по формуле (3.39)

ZЛ = Z +Z_м = 5,9 + 0,75 = 6,65 Па Тогда напор вентилятора Н_вент = Z_Л = 6,65 Па.

Найдем мощность (кВт), необходимую для привода вентилятора, по фор­муле (3.43)

_N W_eeHmH_{eeHm =6},₆₅ ._2/3600 .₀₄ -0,9 = 4-Ю"³ кВт 3610^ь

Вывод. Выбираем электродвигатель МЭ-12,5 мощностью 12,5Вт.

9. Рассчитайте, какое количество воздуха необходимо удалить из отделе­ния обкатки карбюраторных двигателей для поддержания концентрации угар­ного газа (СО) в помещении в пределах допустимой нормы. Известно, что в от­делении одновременно обкатывается 3 двигателя ЗИЛ-130, часовой расход топ­лива всех двигателей равен ПО кг/ч, доля содержания СО в отработанных газахравна 5%, а доля СО, прорывающаяся в помещение из системы газоотвода, со­ставляет 0,05% от общего количества угарного газа в продуктах сгорания.

10. При работе молотковой дробилки КДУ-2 в помещение через неплотно­сти прорывается 0,25 г/с, нетоксичной пыли зерновых отходов с примесью дву­окиси кремния менее 2%. Количество воздуха, удаляемого из помещения L =0,7 м³/с. Определите, какова при этом будет фактическая концентрация пыли впомещении. Будет ли фактическая концентрация пыли удовлетворять санитар­но-гигиеническим нормам?

11. В отделении мойки деталей в окружающую среду выделяется 0,5 г/с во­дяных паров. Рассчитайте, какое количество воздуха необходимо удалить изпомещения для поддержания относительной влажности 65%, при влажностипоступающего воздуха 55%, температура удаляемого и поступающего воздухасоответственно равна 23 и 17°С.

12. Помещение оборудовано шестью вытяжными шахтами, сечением0,75x0,75 м и высотой 4,2 м. Каждая шахта оборудована заслонкой, позволяю-

101

щей регулировать сечение шахты. Рассчитайте площадь проходного сечения шахты, обеспечивающую удаление 12000 м /ч воздуха при условии, что темпе­ратура удаляемого воздуха равна 24°С, а температура приточного воздуха 10°С, коэффициент, учитывающий потерю скорости воздуха в канале шахты 0,55.

13. Оценить эффективность местного отсоса типа вытяжного шкафа по ско­рости движения воздуха в рабочем проёме, если часовой объем удаляемоговоздуха равен 2800 м3 , площадь сечения шкафа 0,25 м2 , минимально допусти­мая скорость движения воздуха 3,5 м/с.

14. Определить какой воздухообмен необходимо обеспечить в помещенииобъемом 12x15x8 м , если известно, что в условиях естественной вентиляции скратностью воздухообмена 3,5 раза в час концентрация пыли в воздухе состав­ляет 15 мг/ м³, а ПДК этой пыли равна 2 мг/ м .

15. Найти воздухообмен для аспирационного кожуха диаметром 110 мм, ес­ли известно, что диаметр абразивного круга 260 мм.

16. Рассчитайте скорость движения воздуха в вытяжном зонте сварочногопоста, если в час расходуется 0,7 кг электродов, а норма воздухоотбора 4000 м³/кг, площадь сечения воздуховода 0,85x1,2 м².

17. В гараже площадью 850 м2 , и высотой 6 м одновременно заводят 5 дви­гателей мощностью 70 л.с. Время заводки 4 минуты, содержание угарного газав выхлопе 5 %, коэффициент загрузки двигателя 0,15, часовой расход топлива450 г/(л.с- ч). Рассчитать воздухообмен на удаление окиси углерода.

18. Определить необходимую производительность вентилятора в медниц­ком отделении ремонтной мастерской, если известно, что площадь помещения46 м2, высота 5 м. Кратность воздухообмена К = 4,5.

19. В размолочном отделении кормоцеха выделяется в час 14 г мучной пы­ли. Рассчитать производительность вентилятора, необходимую для удаленияизлишков пыли.

20. В цехе ремонта топливной аппаратуры для производственных целейприменяют бензин, который ежечасно испаряется в количестве 350 г. Рассчи­тать производительность вентиляции, необходимую для доведения концентра­ции паров бензина до предельно допускаемой - 0,3 г/м3 .

21. В литейном цехе авторемонтного завода размерами 15x10x5 м³ приразливке жидкого чугуна в час выделяется 90 г окиси углерода (СО). Рассчи­тать производительность вентилятора, необходимую для поддержания в цехенормальной концентрации СО.

22. В термическом цехе установлены три электропечи. Каждая печь отдаетв атмосферу цеха 5000 кал/ч тепла. Без вентиляции температура в цехе возрас­тет до 28°С. Рассчитать производительность вентиляции, снижающей темпера­туру воздуха, если наружный воздух нагрет до 17°С.

23. Рассчитать производительность вентилятора для удаления избытковвлаги из коровника, в котором размещено 90 лактирующих коров массой по 300кг, 50 коров массой по 400 кг и 40 коров массой по 600 кг. Внутренняя темпера­тура коровника +12°С, наружная -9°С.

24. В свинарнике размещено 70 откормочных свиноматок живой массой по100 кг и 50 - по 200 кг. Животные выделяют углекислоту, которую необходимо

102

удалить естественным вентилированием. Конструкция свинарника допускает установку вытяжных шахт высотой 4,2 м. Температура внутри свинарника +12°С, снаружи -10°С.

25. Определить количество воздуха, отсасываемого с верстака медника вы-тяжным зонтом, открытым с трех сторон. Размеры зонта 1,7x0,9 м2 . Скоростьдвижения отсасываемого воздуха 0,7 м/с.

26. В ремонтной мастерской установлена ванна для восстановления плун­жерных пар хромированием. Размеры ванны 0,5x1,Ом². Температура ванны+60°С, температура в помещении +17°С. Рассчитать двухбортовую отсоснуювентиляцию.