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

Подождите немного. Документ загружается.

180

181

Это уравнение равенства полных давлений решают методов интерполя-

ции следующим образом: Задают скорость

, равной скорости воздуха V

на

участке главной магистрали и по известному расходу

. находят диаметр Д

принимая ближний стандартный по табл. 3.1. По этим данным рассчитывают

потери давления в боковом участке. Если различие сопротивлений на участке

главной магистрали и в ответвлении не превышает 5%, то задача считается

решенной т.е.

∑

гм

≈

∑

отв.

4.2.5 Примерный расчет вытяжной разветвленной

вентиляционной сети

Расчетная схема вентиляционной сети представлена на рисунке 4.5. Рас-

чет потерь давления ведем по методу потерь давления на единицу длины воз-

духопровода. Расчетная формула (4.8).

Результаты вычислений занесены в таблицу 4.11.

В расчетной схеме сети за первый участок главной магистрали принят

участок

АБ, как наиболее удаленный от вентилятора и имеет наибольшие по-

тери давления по сравнению с другими участками (это доказано будет после-

дующим расчетом).

Главная магистраль сети состоит из шести последовательных участков

АБ – БВ – ВГ – ГД – ДЕ - ЕЖ

Если будет запланирован дальнейший расчет, связанный с подбором

вентилятора, то потери давления на участке

ГД в данном расчете не следует

учитывать, так как они будут учтены коэффициентом полезного действия

вентилятора.

Вентсеть имеет два боковых ответвления:

бБ и вВ.

Участок АБ и участок бБ: Скорость движения воздуха на первом уча-

стке

АБ принимаем V

= 12 м/с, тогда по расходу L = 0,6 м

/с и скорости

V = 12 м/с находим диаметр воздуховода участка I по формуле:

182

,131Д =

, (4.10)

252,0

0,6

,131Д ==

принимаем

= 250 мм

• Динамическое давление на участке определяется по формуле:

4,86

122,1

⋅

, Па

Значение На записываем в графу 9.

• Определяем критерий Рейнольдса по формуле

102

105,1

25,012VД

R ⋅=

⋅

−

– кинематическая вязкость м

/с, при t = 20

C равна 1,5 ⋅ 10

-5

При R

= 2 ⋅ 10

-5

и 0006,0

∆

коэффициент

будет равен (по табл. 3) 0,017.

• Потери давления на 1 метр длины воздухопровода

88,54,86

250,0

017,0

=⋅=⋅=

, Па/м

заносим этот результат в графу 5.

R = 5,9.

• Расчетная длина участка АБ состоит из длины прямых труб l

= 2 м;

= 4 м и длины колена (отвода)

8,0785,0

180

250,0290

180

Дn

≈=

⋅

⋅⋅

где

n – отношение радиуса отвода R

к диаметру воздухопровода Д

(на схеме

= 2Д)

– угол отвода в град. = 90

Тогда расчетная длина участка АБ будет равна l

= 2 + 4 + 0,8 = 6,8 м (Гр. 6)

Потери давления на всей длине участка АБ (гр. 7) равны 6,8

⋅

5,9 = 40,12 Па

183

• Сумма коэффициентов местных сопротивлений участка АБ состоит

из коэффициентов сопротивления отвода (колено) и проходного уча-

стка тройника (Гр. 16÷23)

Коэффициент сопротивления отвода при

= 2Д и

= 90

будет равен

= 0,15 (по табл. 3.3)

Коэффициент сопротивления в тройнике находят при выравнивании по-

терь давления в проходном участке

АБ и в боковом бБ решением уравнения

равенства полных давлений, т.е.

∑

п.б

∑

п.тп.

∑

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∑

⋅=

∑

тп.п

мб

б.п

, (4.11)

где l

– расчетная длина бокового участка бБ;

∑ξ

– сумма коэффициентов местных сопротивлений бокового участка бБ;

и V – диаметр и скорость бокового участка, при которых потери давле-

ния в боковом участке

б.п

∑

получаются равным потерям давления в

проходном участке

тп.п

∑

Уравнение равенства полных давлений (4.11) решают методом интерпо-

ляции следующим образом:

1. Находят заведомо больший диаметр бокового участка

из отноше-

ния равенства скоростей в проходном и боковом участках при

/ V

равном

1,0 и более. По формуле 4.10 при

= 12 м/с имеем Д

= 206 мм. Примем

= 200 мм. Уточняем значение V

= 12,74 м/с

2. Затем рассчитывают при этом диаметре и скорости воздуха потери

давления в проходном

пр.п

∑

и боковом

б.п

∑

участках и находят разность

между этими потерями при большем диаметре, т.е.

б.п

∑

пр.п

∑

< 0.

По расчету

б.п

∑

= 61,0. (Промежуточные вычисления см. в строках бБ

АБ ), а

пр.п

∑

= 61,72.

Тогда h

= 61,0 – 61,72 = -0,72 Па.

184

В данном случае разность составляет 1,2%, что значительно меньше до-

пустимого значения (

≤ 5%). Поэтому потери давления в точке Б схемы рис. 4.5

следует считать выравненными и на этом расчет участка

бБ закончен. Если же

разность незначительно превышает 5%, то расчет продолжается.

Задают в боковом участке заведомо большую скорость и находят заве-

домо меньший диаметр

, руководствуясь зависимостью:

, Па 90-50 50-80 80-120 120-150 15-180 более 180

/ Vп

1,3 1,4 1,5 1,7 1,9 2,0

Рассчитав табличным методом потери давления в боковом участке

б.п

∑

при меньшем диаметре Д

, находят разность h

между потерями дав-

ления в боковом и в проходном участках при меньшем диаметре:

б.п

∑

пр.п

∑

> 0 (4.12)

Окончательный искомый диаметр бокового участка определится по

формуле

бм

мб

мм

ДД

hДД

−

+= , мм (4.13)

В тех случаях, когда выравнивание потерь давления ответвлений и глав-

ной магистрали в точках их слияния затрудненно или становится громоздким

(трудоемким), решить задачу можно применением диафрагмы.

Участок БВ и Участок вВ. Расход воздуха на этом участке равен сум-

ме расходов на участках

АБ и бБ, т.е.

L = 0,6 + 0,4 = 1 м

/с = 3600 м

/ч.

Скорость воздуха на участке БВ принимают не менее той, что была на

участке

АБ, т.е. V = 12,74 м/с.

По расходу

L = 1 м

/с и скорости 12,74 м/с определяют ближайший

нормированный диаметр на участке

БВ

316,0

12,4

1,0

,131

,131Д ===

Принимаем 0,315 м = 315 мм.

185

Затем уточняется скорость V = 12,74 м/с и находят Н

= 97,4 Па и

R = 5,3 Па/м

Длина участка

l = 3 м.

На участке

вВ расход воздуха 0,3 м

/с, скорость принимаем 13,0 м/с.

Расчетный диаметр

170 мм. Длина участка l = l

+ l

отв

= 3 + 0,45 = 3,45 м.

1,104,97

170,0

017,0

=⋅=⋅=

, Па/м

Аналогично предыдущему расчету (участок бБ)

б.п

∑

пр.п

∑

= 54 – 84 = -30 Па.

Выполняем повторный расчет участка

вВ.

Принимаем:

V = 15 м/с; 16,0

0,3

,131Д == мм;

135

152,1

⋅

= Па;

∑

п.б

= 77 Па;

б.п

∑

пр.п

∑

= 77 – 84 = -7

Искомый диаметр участка вВ

1573160

307

160170

7160

ДД

hДД

бм

мб

мм

=−=

+−

−

⋅−=

−

+= мм

Принимаем

Д = 160 мм.

Участок ВГ. Расход воздуха на участке равен сумме расходов на участ-

ках

АБ, бБ, вВ, т.е.

L = 0,6 + 0,4 + 0,3 = 1,3 м

/с

Скорость воздуха должна быть не менее той, что была на участке

БВ, т.е.

V = 13 м/с, тогда Д = 315 мм. Длина участка l = 1 м

В сумму коэффициентов местных сопротивлений входит сопротивление

конфузора, установленного при входе в вентилятор

= 0,11.

Суммарные потери давления в конце участка ВГ при входе в вентилятор

равны

100 Па. Промежуточные вычисления внесены в графу 1 строка Вг.

186

Участок ДЕ. Расход воздуха на этом участке равен расходу при входе в

вентилятор, т.е.

1,3 м

/с. Диаметр воздуховода на участке принимают равным

диаметру вентилятора, т.е.

315 мм.

Расчетная длина участка составляет

l = l

+ l

= 2,0 +0,99 +1,0

≈

3 м.

В сумму коэффициентов местных сопротивлений на участке

ДЕ входят

сопротивления двух диффузоров

= 0,11

⋅

2 = 0,22 и одного отвода

= 0,15,

∑ξ

= 0,37.

Общие потери давления на главной магистрали

∑

п г.м.

= 652 Па с уче-

том потерь в циклоне

п ц.

= 500 Па

187

ГЛ А ВА 5 Выбор вентилятора и определение мощности

его электропривода

5.1 Вентиляторы вентустановок

Для перемещения воздуха в вентиляционных системах применяются

воздуходувные машины с рабочим органом в виде лопаточного колеса, назы-

ваемые вентиляторами. Они способны развивать рабочее давление до 15 кПа.

В вентиляционной технике применяются центробежные и осевые венти-

ляторы (рисунок 5.1 и 5.2). Схема устройства

центробежного вентилятора пока-

зана на рис. 5.1.

Основным рабочим органом является рабочее колесо 1, состоящее из от-

дельных лопастей, установленных между двумя стальными дисками. Колесо

закреплено на валу и помещено в металлический спиральный корпус 2, изго-

товленный из листовой стали или отлитый из чугуна. При вращении рабочего

колеса воздух засасывается через осевое отверстие 3,

увлекается лопастями,

создающими разрежение и закручивание потока, и выбрасывается через выход-

ное отверстие 4.

Рисунок 5.1. Схема устройства центробежного вентилятора.

188

Рабочее колесо вентилятора соединяется с валом при помощи литой или

кованой ступицы и закрепляется консольно, т.е. имеет одну опору (при не-

больших размерах вентилятора предпочтительнее размещать его непо-

средственно на валу электродвигателя). Большие вентиляторы имеют между

электродвигателем и рабочим колесом промежуточный вал, опирающийся на

два подшипника. На этом валу может

располагаться шкив для привода от элек-

тродвигателя. 14

Благодаря использованию центробежной силы, воздействующей на воз-

душный поток, эти вентиляторы способны создавать давления, значительно

превосходящие давления осевых вентиляторов. В зависимости от величины

развиваемого давления в соответствии с ГОСТ 10616-90 «Вентиляторы ради-

альные и осевые. Параметры и размеры», радиальные вентиляторы подраз-

деляются на три

вида: низкого давления (Н

≤

1 кПа), среднего давления

(1 <Н

≤

3 кПа) и высокого давления (свыше 3 кПа).

Радиальные вентиляторы бывают правого и левого вращения. У вентиля-

торов правого вращения лопаточные колеса (по ходу разворота кожуха) вра-

щаются по часовой стрелке, если смотреть со стороны всасывания, а у венти-

ляторов левого вращения - в обратном направлении. Если лопаточное колесо

вращается не по развороту

кожуха, то изменение направления движения возду-

ха не происходит, но его расход резко падает. Объем подаваемого вентилято-

ром воздуха пропорционален частоте вращения, а развиваемое давление про-

порционально квадрату числа оборотов. Вентиляторы проектируются и вы-

пускаются сериями, состоящими из нескольких разных по размерам, но гео-

метрически подобных номеров. Номер вентилятора - это размер

его рабочего

колеса, высаженный в дециметрах.

Радиальные вентиляторы довольно многообразны по конструктивному

исполнению и назначению: обычного исполнения для перемещения чистого

воздуха, антикоррозионные для перемещения агрессивных сред и др. [7; 19]

189

Рисунок 5.2. Схемы расположения кожухов радиальных вентиляторов

правого (а) и левого (б) вращения.

Рисунок 5.3. Схема устройства осевого вентилятора

Схема устройства осевого вентилятора показана на рис. 5.3. Основным

элементом этого механизма является рабочее колесо 1, помещенное в ме-

таллический корпус 2. Рабочее колесо состоит из литой ступицы, в которой за-

креплены одним концом лопасти. Лопасти колеса, или лопатки, установлены

под некоторым углом и являются

отдельными частями винтовых поверхностей

постоянного или радиально-переменного шага. При вращении рабочего колеса

на передних и задних винтовых поверхностях лопаток создается разность дав-

лений (по законам вихревой теории Н. Е. Жуковского), в результате чего воздух

засасывается во входное, расширяющееся отверстие 3 корпуса и нагнетается в

противоположное выходное отверстие 4. Ступица рабочего

колеса обычно

а) б)