3.1. Расчет вентиляционных систем.

3.1.1. Гидравлическая устойчивость систем отопления или вентиляции

Под гидравлической устойчивостью сети, по которой транспортируется жидкость или газ, следует понимать способность ее поддерживать стабильность распределения жидкости или газов по отдельным участкам сети, установленного начальной или эксплуатационной регулировкой.

Расход газов или жидкости в сети или в каждом отдельном участке-ветви системы отопления или вентиляции зависит от проводимости последнего (включая регулировочные органы) и напора перед ними. Под проводимостью следует понимать расход газов (жидкости) на данном участке при потере напора 1 кгс/м². Если, например, количество воздуха или воды, проходящих через участок-ветвь при потере напора 1 кгс/м², равно α, напор H, то действительный расход через него:

Все участки-ветви системы связаны между собой магистральным трубопроводом. Если в какой-либо ветви системы изменится расход, то произойдет изменение потерь давления, а следовательно, и напора на всех участках системы. В соответствии с этим изменяется и расходы среды, трансформируемой на всех участках.

Если выключить из системы одного потребителя, то расход в целом уменьшится, уменьшится также и давление на магистраль, а свободный напор перед потребителями воздуха увеличится, что будет способствовать некоторому возрастанию расхода воздуха у всех потребителей. При дополнительном расходе воздуха в какой-либо точке системы произойдет обратное явление, т.е. у всех остальных потребителей расход уменьшится.

Наибольшая разрегулировка потребителей системы произойдет в том случае, когда останется включенным только один потребитель. В этом случае падение давления в магистральной сети будет минимальным, а напор перед ветвью приблизится к напору, развиваемому побудителем (вентилятором):

Н_у = Н_с ,

где Н_у - напор, расходуемой на участке-ветви системы, кгс/м² ; Н_с – суммарный напор, расходуемый в сети трубопроводов до побудителя или другого устройства, кгс/м² .

При этом режиме будет достигнут максимальный расход и устойчивость для одного работающего потребителя, а в целом система будет предельно разрегулированной. Следовательно, чем больше расхождение между Н_у и Н_с ,тем больше разрегулировка сети.

Критерий гидравлической устойчивости сети трубопроводов можно характеризовать выражением:

R = H_у / Н_с .

Предельное значение этого коэффициента R = 1 (при Н_у = Н_с ),что соответствует теоретическому случаю отсутствия потерь в сети (при бесконечно большом диаметре). В этом случае устойчивость будет максимальной. При R = 0, что теоретически возможно при Н_у = 0, сеть будет абсолютно неустойчивой.

Гидравлический критерий 0,5 условно может быть принят границей между зонами устойчивости и неустойчивости сети.

Пример 1.

Исходные данные:

Бункерная эстакада оборудована системой аспирации, состоящей из двух магистралей, обслуживающих левую и правую половины эстакады. Магистраль объединяет восемь ветвей; в свою очередь, каждая ветвь объединяет 8-9 аспирируемых точек с суммарным расходом воздуха на ветви от 100000 до 200000 м³/ч. Суммарный расход воздуха в конце магистрали одной стороны 1250000 м³/ч, или 350 м³/с. Потери в магистральном воздуховоде равны 30 кгс/м³, потери в каждой ветви 170 кгс/м².

Необходимо определить гидравлическую устойчивость системы при работе всех восьми ветвей, а также насколько изменится разрегулировка системы в случае отклонения любых двух ветвей, т.е. сокращения производительности до 900000 м³/ч, или 250 м³/с.

Решение:

Находим гидравлическую устойчивость системы R:

R = H_у / Н_с = 170 / 200 = 0,85.

Коэффициент а при расходе 25 м³/с и напоре Н = 1 кгс/м²:

То же для магистрали:

При сокращении производительности системы, например, на 27% произойдет перераспределение давления в результате снижения потерь в магистрали и соответственно увеличится расход воздуха в действующих ветвях.

Потери в магистрали сократятся с 30 до 15 кгс/м²:

Н = (250 / 63,5)² = 15 кгс/м².

Соответственно напор в ветвях увеличится со 170 до 185 кгс/м²; при этом расход воздуха возрастет. Например, при проводимости а = 4,35 м³/с –

т.е. расход возрастет на 5,0%.

Коэффициент гидравлической устойчивости так же увеличится и будет равен:

Фактически разница будет несколько меньше вследствие перераспределения напора между ветвями и магистралью из-за увеличения расхода воздуха на 4,0%.

Как видно из приведенного примера, потери в магистральном воздуховоде составляют около 15% от общих потерь, а гидравлическая устойчивость системы при сокращении расхода воздуха на 27% повысится на 8%.

Предположим, что в процессе освоения системы аспирации необходимо увеличить расход воздуха на 84м³/с. Тогда потери в магистральном воздуховоде возрастут:

Соответственно напор в ветвях снизится до 200 – 45 = 155 кгс/м². Расход воздуха для одной ветви при коэффициенте проводимости а = 4,35 будет равен:

Коэффициент гидравлической устойчивости системы снизится на 8%:

, т.е., система устойчива.