Стуров Д.С. Проектирование и расчет местной вентиляции машиностроительных производств

Подождите немного. Документ загружается.

170

По заданным исходным данным следует определить диаметры воздухо-

водов, потери давления в магистрали. Произвести уравнивание потерь давле-

ния в ответвлении путем уменьшения диаметра ответвления и увеличения

скорости движения воздуха при сохранении расхода (производительности)

труда.

Решение

1. Определяем размеры сечения труб

, l

250

5,0

13,1

13,1Д

=== мм;

225

4,0

13,1

13,1Д

=== мм;

300

9,0

13,1

LL(

13,1Д

= мм;

2. Определяем относительную шероховатость стенок воздуховодов

0006,0

250

15,0

===

∆

0007,0

225

15,0

===

∆

0005,0

300

15,0

===

∆

3. Определяем величину критерия Рейнольдса

107,1

105,1

250,010ДV

R ⋅=

⋅

−

105,1

225,010ДV

R ⋅=

⋅

−

104,2

105,1

3,012

ДV

R ⋅=

⋅

−

4. Определяем по таблице 3.2 коэффициент гидравлического трения

= 0,017;

= 0,017.

171

5. Определяем суммарный коэффициент трения движения воздуха в

прямолинейных трубах на участках 1, 2; 3.

68,0

250,0

10017,0

)ll(

ТР1

⋅

302,0

225,0

4017,0

ТР2

⋅

283,0

300,0

5017,0

ТР3

⋅

6. Определяем коэффициенты местных сопротивлений на участках 1; 2; 3.

Коэффициенты местных сопротивлений:

на участке 1:

• на входе из отсоса А

(зонт круглой формы) в систему -

вк1

= 0,1.

• в колене К

к1

тр

= 0,054 + 0,26 = 0,314 (по таблицам 3.3; 3.4).

• в тройнике Г – прямой проход (табл. 3.9)

гп

= 0,4

∑

= 0,1 + 0,314 + 0,4 = 0,814

На участке 2 (ответвление)

Коэффициенты местных сопротивлений:

• на входе из отсоса Б

в систему

вк2

= 0,1

• в колене К

к2

= 0,285

• в тройнике Г – (боковой проход )

гб

= 0,13

∑

= 0,1 + 0,285 + 0,13 = 0,515

На участке 3 (местных сопротивлений нет).

6. Определяют суммарные потери давления

На участке 1

()

64,89

102,1

)814,068,0(

M1ТР

⋅

⋅+=

⋅

⋅+=

⋅

⋅=

ξξ

ΣΣΣ

, Па

На участке 2

02,49

102,1

)515,0302,0(H

⋅

⋅+=

, Па

172

На участке 3

45,24

122,1

283,0H

⋅

⋅=

, Па

8. Потери давления на главной магистрали

всего

гм

= 89,64 + 24,45 = 114,09 Па

в точке

А Н

= 89,64 Па

Потери давления в ответвлении

отв

= 49,02 Па следует выровнять до ве-

личины потерь давления в точке

А магистрали Н

= 89,64 Па

Обозначим диаметр больший через

= Д

= 225 мм.

Задаемся диаметром, меньшим

< Д

Пусть Д

= 180 мм (или любую другую величину меньше большего диа-

метра).

По расходу воздуха в ответвлении (участок 2) и диаметру

= 180 мм

находим данные для определения потерь по методике, изложенной в п. (2-7):

75,15

18,0785,0

4,0

Д785,0

)М(2

⋅

= м/с ≈16 м/с

0008,0

180

15,0

)М(2

∆

;

)м(2)м(2

)м(e

109,1

105,1

18,016

ДV

R ⋅=

⋅

−

по табл. 3.2

2(м)

= 0,017;

тр2(м)

= 38,0

18,0

4017,0

⋅

В связи с изменением скорости движения воздуха на участке 2 изменят-

ся коэффициенты сопротивления в тройнике

Г. Находим их из условия:

(табл. 3.10)

6,1

≈= ; 4,1

180

250

≈= ;

= 0,45;

= -0,2;

Сумма местных сопротивлений

2(м)

= 0,1 + 0,285 + 0,45 = 0,835

Потери давления в ответвлении при условии

2(м)

= 180 мм и сохранении

расхода воздуха:

173

()

6,186

162,1

835,038,0H

)М(2

⋅

+= Па

Находим искомую величину диаметра

Д`

по формуле (4.7):

Д`

= Д

бм

мбм

)ДД(h

−

= 180 мм, Д

= 225 мм,

96,9664,896,186HHh

1)М(2М

−

=−= Па

62,4064,8902,49HHh

12б

−

−=−= Па

Д`

= 180 +

32180

)62,40(96,96

)180225(96,96

−−

−

Д`

= 212 мм.

Принимаем стандартный диаметр ответвления по табл. 3.1

Д`

= 200 мм.

Скорость воздушного потока при этом диаметре будет

7,12

0314,0

4,0

Д785,0

⋅

м/с.

4.2.3 Уравнивание потерь давления в ответвлениях путем

установки диафрагмы задвижки или дроссельного клапана

На рисунке 4.3 приведены диафрагма с центрально расположенным от-

верстием (шайба) и кривые для определения коэффициентов сопротивления

Значение коэффициента

в зависимости от соотношения поперечных

сечений трубы

и диафрагмы F

могут быть определены по таблице 4.9

Таблица 4.9

Значение коэффициента сопротивления

/ F

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

1075 246 100 51 30 18 12 8 6

/ F

0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,9 1,0

4 2,8 2 1,4 0,96 0,65 0,32 0,13 0,0

174

Рисунок 4.3. Кривые распределения коэффициента сопротивления шайб

Потери давления в диафрагме могут быть определены по формуле:

1707,01

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−−+=⋅

ρρ

, Па

где

и F

- соответственно площади поперечных сечений трубы

и диафрагмы, м

– скорость движения воздуха в трубе, м/с.

Как уже отмечалось, в горизонтальных воздухопроводах лучше приме-

нять для уравнивания давлений односторонние диафрагмы. Для удобства рас-

чета односторонней диафрагмы рекомендуется шкала, в которой приводится

зависимость

а/Д от коэффициента сопротивлений односторонней диафрагмы

(Рисунок 4.4).

175

Рисунок 4.4. Односторонняя диафрагма и сдвоенная шкала для расчета

ее размеров

Выполним расчет выравнивания потерь давления в ответвлении схемы

рисунка 4.2 путем установки диафрагмы с центральным отверстием и одно-

сторонним вырезом.

На участке 1 главной магистрали в точке примыкания

А потеря давления

составляет

= 89,64 Па, а потери давления в ответвлении H

отв.

= 49,02 Па.

Сопротивление ответвления должно быть увеличено

на

= H

- H

отв.

= 89,64 – 49,02 = 40,62 Па.

Коэффициент сопротивления диафрагмы определяется:

68,0

105,02,1

62,40

⋅⋅

По кривой на рис. 4.3 находим, что

= 0,68 соответствует

725,0

===

Искомая величина диаметра диафрагмы:

192725,025,2

Дd

=== мм.

176

С целью уравнивания потерь давления в ответвлении (рис. 4.2) требует-

ся подобрать одностороннюю диафрагму, определив размеры ее по данным

предыдущего примера:

= 89,64 Па; в ответвлении Н

отв

= 49,02

Сопротивление односторонней диафрагмы равно разности давлений

= H

– H

отв

= 89,64 – 49,02 = 40,62 Па

Коэффициент сопротивления диафрагмы определяется по выражению

68,0

102,15,0

62,40

⋅⋅

На рисунке 4.4. находим что

= 0,68 соответствует величине а/Д = 0,36;

откуда

а = 0,36

⋅

225 = 81 мм.

х = Д – а = 225 – 81 = 144 мм.

4.2.4 Порядок расчета потерь давления разветвленной сети

1. Расчет потерь давления разветвленной сети состоит из расчетной

схемы, расчетной таблицы и пояснений к расчету в виде расчетных формул,

конструктивного исполнения элемента сети и других необходимых данных.

2. Для расчета вентиляционной сети необходимо знать и иметь: место

установки отсосов или приточных шахт;

воздухоочистителей и вентиляторов;

координатное расположение трассы воздухопроводов. Иными словами, надо

иметь законченный проект общего вида всей вентиляционной установки.

3. Составлять расчетную схему надо начинать с изображения вентиля-

ционных узлов (воздухоочистители, калориферы, вентиляторы и т. п.) в их

нормальном (вертикальном) положении.

Далее следует показать диффузор ( ) или конфузор ( ) в виде

треугольника соответственно на

выходе или на входе в гидравлическую сеть.

Прямые воздухопроводы (трубы горизонтальные или вертикальные) изобра-

жают линиям произвольной длины. Отводы и колена изображают дугами с

177

178

соблюдением углов поворота. Направление поворота отводов (колен) может

быть любым, чтобы не допускать пересечения воздухопроводов. Расчетную

схему выбирают по варианту задания, представленную в таблице 4.10. На рас-

четной схеме все элементы обозначены соответствующими номерами.

4. После составления расчетной схемы составляют расчетную таблицу

из нескольких вертикальных граф, в которые будут внесены расчетные фор-

мулы и соответствующие им расчетные данные.

При расчете определяют диаметры воздуховодов на всех участках сети;

сопротивление всей сети, равное общим потерям давления в сети по главной

магистрали

∑

П.Г.М.

; выравнивают потери давления в тройниках на парал-

лельных (боковых) участках сети уменьшением диаметра и повышением ско-

рости бокового участка или применением диафрагмы.

5. Главной магистралью сети называют сумму последовательных участ-

ков по направлению движения воздуха, создающих максимальные потери дав-

ления. Все остальные участки сети называют боковыми или ответвлениями

(ветвями), так

как они параллельны и не влияют на потери давления в сети.

За первый участок главной магистрали принимают участок, в котором

наибольшие потери давления и который наиболее удален от вентилятора и

имеющего наибольшее сопротивление. Обычно начало и конец участка обозна-

чают буквами русского алфавита: по главной магистрали - прописными, по

боковым участкам – строчными

, либо каждый участок называют номером

(цифрой).

6. Потери давления в параллельных участках не прибавляют к потерям

по главной магистрали, а выравнивают между собой и с участком главной ма-

гистрали.

Для примера рассмотрим схему вентсети, представленную на рисунке

4.5 и расчетную таблицу 4.11.

Расчет потерь давления выполним по методу потерь давления на еди

ницу длины по формуле

179

∑

RlH

МП

, (4.8)

где

ρλ

⋅= – потери давления на 1 метр длины воздуховодов.

Рисунок 4.5. Расчетная схема вентиляционной вытяжной разветвленной сети:

1 – источники выделений вредных веществ (чугунная пыль); 2 – отсосы (зоны

круглой формы); 3 – вентилятор; 4 – циклон.

7. Расчет ответвленных сетей включает определение потерь давления и

диаметров трубопроводов. Потери давления в магистральном воздуховоде

(участке) до места подключения ответвления и в ответвлении должны быть

равны. То есть –

∑

г.м. =

∑

отв

Потери на участке АБ главной магистрали должны равняться:

∑

АБ(г.м.)

∑

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∑

+⋅

II .отв

мI

, (4.9)

и V

– искомые диаметр и скорость движения воздуха

на боковом участке (II).

станок станок станок