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

Подождите немного. Документ загружается.

на них состояние воздушной среды более благоприятное, чем в остальной

части помещения.

Благодаря улавливанию вредных выделений у места их образования,

местная вентиляция захватывает с каждым объемов воздуха значительно боль-

шее количество пыли, влаги, газов и тепла. Поэтому местная вентиляция зна-

чительно экономичнее и эффективнее, чем общеобменная и всегда надо стре-

миться

устраивать местную вентиляцию, несмотря на то, что уже имеется об-

щеобменная вентиляция.

Для устранения теплового дискомфорта работающих наиболее целесо-

образно устройство воздушных завес на дверных или технологических про-

емах, воздушного душирования рабочих мест, имеющих избытки явного тепла,

а также удаление тепла местными отсосами.

Для устранения загрязненности воздуха от источников выделений

вред-

ных веществ очень эффективным является устройство местных отсосов.

Всякая местная вентиляционная система состоит из трех основных час-

тей (Рисунок 1). Приточная система – из воздухозаборного устройства, всасы-

вающе-нагнетательной вентиляционной сети и воздухораспределительного

устройства, например, для воздушного душирования или тепловой завесы.

Вытяжная система состоит из устройства для улавливания вредных веществ

от источника

выделений, всасывающе-нагнетальной сети и воздухо-

сбрасывающего устройства, удаляющего загрязненный воздух в цеховую вен-

тсеть или в атмосферу с применением очистки или без нее. В состав вентиля-

ционной сети входят: воздуховоды (трубы круглого или прямоугольного сече-

ния; колена и отводы, тройники и крестовины цельные или составные, также

как и трубы

могут быть круглые или прямоугольные); вентиляционное обору-

дование – вентиляторы, калориферы, увлажнители; воздухоочистительные аг-

регаты и устройства и наконец, устройства, регулирующие скорость и дав-

ление воздушного потока – это задвижки, шайбы, диафрагмы и т.п.

Рисунок 1. Виды местной вентиляции

В приточной вентсистеме присутствие калорифера диктуется соображе-

ниями безопасности работников в холодное время года, когда холодный улич-

ный воздух перед подачей к рабочим местам необходимо подогревать до тре-

буемой температуры, а в жаркое время года – наоборот охлаждать.

Устройство для очистки воздуха от вредных веществ в приточной

вен-

тсистеме требуется лишь тогда, когда подаваемый в рабочую зону воздух уже

загрязнен в момент забора – концентрация вредных веществ в нем превышает

0,3 ПДК рабочей зоны.

Кроме калориферов и очистителей в приточной системе при необходи-

мости применяют увлажнители для достижения нормативной относительной

влажности воздуха и задвижки различного устройства, регулирующие ско-

рость и объем подачи свежего воздуха к рабочим местам.

В вытяжной вентсистеме калорифер вообще не требуется, а вот очистное

устройство обязательно должно быть в случаях выброса загрязненного воздуха

в помещение цеха или за его пределы в окружающую среду. Если же удаляе-

мый отсосом

загрязненный воздух направляется в вытяжную сеть общеоб-

менной приточно-вытяжной вентиляции цеха, то очистка этого воздуха долж-

на выполняться общецеховыми очистными устройствами, до уровня соответ-

ствующего ПДК рабочей зоны.

Выбор конструктивной схемы всех частей местной вентиляции опреде-

ляется архитектурно-планировочными решениями и конкретными условиями

производственной среды в помещении, описать которые

заранее невозможно.

Расчет основных параметров местной вентиляции осуществляется в

три этапа:

первый - выбор схемы отсоса и определение производительности отсо-

са или пропускной способности воздухораспределительного устройства;

второй – определение гидравлических сопротивлений выбранной про-

ектной схемы вентиляционной сети;

третий – выбор вентилятора и определение мощности его электропри-

вода.

ГЛ А ВА 1 Вытяжная система местной вентиляции.

Источники выделений вредных веществ и их уловители (отсосы)

1.1 Улавливание вредных веществ от источников выделений

Местный отсос (или просто отсос) – это пневмосистема, состоящая из

источника выделений вредных веществ и их приемника или уловителя. [11]

Местный отсос является частью вентиляционной системы помещения, опре-

деляющим характер и основные особенности

движения потока загрязненного

воздуха вблизи источника выделений. Геометрические технологические и са-

нитарно-гигиенические характеристики источников выделений очень разно-

образные, поэтому в широкой практике возникло множество различных кон-

структивных исполнений местных отсосов. [12]

В различных отраслях экономики широко используются: 1 – отсосы от-

крытого и 2 - менее распространены отсосы закрытого типов. Отсосы закры-

того типа,

у которых источники выделений изолированы (укрыты) от произ-

водственной среды или встроенные в технологическое оборудование как, на-

пример пылестружкоуловители металлорежущих станков, в данной работе не

рассматриваются.

К отсосам открытого типа относятся:

• вытяжные зонты (соосные отсосы);

• вытяжные панели (боковые отсосы);

• бортовые отсосы от ванн с растворами;

• нижние отсосы от напольных источников;

• активированные отсосы (с дополнительным поддувом);

• компенсационные отсосы (совокупность боковых отсосов с воздуш-

ной завесой).

Выбор конструкции отсоса и методика его расчета в значительной мере

зависят от условий движения выделения вредных веществ, определяемых ти-

пом источника (рисунок 1.1):

а – тепловой;

б – динамический;

в – диффузионный;

г – смешанный.

Движение воздуха около тепловых источников происходит за счет теп-

ловой энергии, подводимой к ним. [11]

Рисунок 1.1. Типы (а, б, в) и формы (г, д, е, ж) источников выделений

вредных веществ:

а – тепловой; б – динамический; в – диффузионный; г – круглый;

д – квадратный; е – прямоугольный; ж – щелевой.

1 – начальный (разгонный) участок струи;

2 – основной участок струи.

Выделения вредных веществ от теплового источника распространяются

в виде направленного потока – конвективной

струи, как правило, турбулент-

ной. Конвективные струи разделяются на участки: начальный или разгонный

участок формирования струи, на котором осевая скорость возрастет от нуля

на поверхности источника до некоторого максимального значения и основной,

где осевая скорость убывает или остается постоянной с удалением от источ-

ника. Длина разгонного участка приближенно может быть принята равной

1,5-2,0 калибрам теплового источника. Калибр определяется величиной радиу-

са – для круглых источников и наибольшей стороной - для прямоугольных

источников.

Динамические источники образуются во

многих технологических про-

цессах, связанных с необходимостью выпуска продуктов из аппаратов или ем-

костей, содержащих вредные вещества в газообразном состоянии. К динамиче-

ским источникам относятся также устройства (насадки, воздухораспределите-

ли и т.п.), отводящие вредные вещества к местам их сбора и утилизации спе-

циальными воздушными потоками, например, с помощью поддува.

Движение

воздуха около динамических источников обусловлено перепа-

дом давлений, что приводит к образованию загрязненной приточной струи.

Приточная струя - это струя, обладающая некоторой скоростью истечения за

счет избыточного давления внутри объема сосуда, аппарата, воздуховода или

воздухораспределителя.

Приточная струя состоит из начального и основного участков. Длина на-

чального участка, в пределах которого сохраняются

постоянными скорость и

температура на оси струи, равна примерно шести калибрам отверстия (щели).

Диффузионные источники – это испарения легколетучих веществ, нахо-

дящихся в различных растворах, смесях, составах и т.д.

Диффузионные потоки обусловлены градиентом концентрации газовой

примеси. Направление интенсивности распространения последней зависит

от диффузионных характеристик вещества и турбулентности окружающей

среды.

Различные причины

движения вредных веществ нередко действуют со-

вместно. Например, источник теплоты выделяет так же и газовые примеси, за-

грязненная приточная струя сильно нагрета и т.п. Учитывая совместное дейст-

вие разных причин, побуждающих течение загрязненной струи вблизи неко-

торых источников, можно считать их как источники смешанного типа. Во всех

случаях необходимо уметь оценить влияние каждой причины на закономерно-

сти движения и правильно выбрать конструкцию отсоса с учетом превали-

рующего фактора.

По форме в плане (рисунок 1.1) источники и приемные устройства отсо-

сов могут быть круглые, прямоугольные и щелевые. В соответствии

с этим

струи могут быть компактные и плоские.

В пределах начального (разгонного) участка конвективная струя считает-

ся компактной, если она образуется над тепловым источником, имеющим в

плане круглую форму или форму прямоугольника с соотношением сторон

/ в

≤

Если тепловой источник вытянутой формы, когда а

/ в > 2, то образую-

щуюся над ним конвективную струю следует считать плоской.

Компактной считается приточная струя, истекающая из отверстия ис-

точника круглой, квадратной или прямоугольной формы;

плоской – струя, истекающая из щелевого отверстия.

При решении практических задач приходится сталкиваться с более раз-

нообразными и плоскими формами источников, однако при выборе расчетных

схем и формул следует приводить их к одному из рассмотренных видов.

При выборе и конструктивной проработке местного отсоса необходимо

руководствоваться следующими основными положениями: [8, 9, 12]

• элементы отсоса должны составлять единое целое с конструкцией

технологического оборудования и не мешать проведению технологи-

ческого процесса;

• всасывающее отверстие должно быть максимально приближено к ис-

точнику выделений вредных веществ;

• размеры приемного отверстия должны быть равными или несколько

большими размеров подтекающей к отсосу струи. Уменьшение раз-

меров отсоса ведет к увеличению потребного расхода воздуха;

• зону действия отсоса следует максимально ограничивать фланцами,

экранами, ширмами и т.п.;

• ориентация приемного отверстия в пространстве должна произво-

диться с учетом возможно меньшего отклонения потока выделений

вредных веществ от естественного направления движения;

• при определении направления движения потока выделений вредных

веществ, необходимо следить за тем, чтобы они не проходили через

зону дыхания работающих;

• препятствиям на пути движения воздуха к отсосу следует придавать

форму, при которой сопротивление их будет минимальным (острые

кромки, грани скруглять и т.д.);

• поле скоростей в приемном отверстии отсоса рекомендуется устраи-

вать соответствующим полю скоростей в подтекающем потоке выде-

лений вредных веществ. Для этого следует использовать вставки, рас-

секатели, выравнивающие решетки и т.п.

1.2. Вытяжные зонты

Вытяжные зонты устанавливаются соосно над сосредоточенными источ-

никами выделений на минимальной возможной высоте l.

Применять зонты следует

при незначительной подвижности воздуха в

помещении (V

≤

0,2–0,4 м/с), в противном случае поток загрязняющих веществ

под зонт может отклоняться и поступать в рабочую зону.

Угол раскрытия зонта не должен превышать 60

, а размеры в плане ре-

комендуются на 10–20% больше, чем источник выделений.

Эффективность улавливания вредных веществ соосными отсосами зави-

сит от типа струи [11], ее скорости и размеров, а также от формы и размеров

самих источников и отсосов. Это видно на примере, рисунок 1.2.

Рисунок 1.2. Улавливание загрязненных струй соосными отсосами:

а – неполное улавливание; б – полное улавливание; в – избыточное улавлива-

ние. 1 – источник выделений; 2 – вредные выделения; 3 – отсос (уловитель)

По мере удаления от источника струя постепенно расширяется и по сво-

им размерам может перекрывать всасывающее отверстие отсоса. Однако на

некотором расстоянии под воздействием отсоса струя, сужаясь, входит

в ее

приемное отверстие. В зависимости от производительности отсоса можно на-

блюдать три характерных режима взаимодействия. При недостаточной произ-

водительности периферийная часть струи не попадает в приемное отверстие

и рассевается в помещении – это неполное улавливание (Рис. 1.2, а).

Если границы струи замыкаются на краях отверстия отсоса, то происхо-

дит полное улавливание (

Рис. 1.2, б); отсос при этом будет иметь минималь-

ную производительность, обеспечивающую полное улавливание струи – это

предельное наиболее эффективное улавливание. Если далее увеличивать объем

удаляемого воздуха (т.е. увеличивать производительность отсоса), то границы

струи будут смещаться от краев к оси отсоса. Тогда отсос частью своего вход-

ного сечения станет втягивать из помещения

незагрязненный воздух – это из-

быточное улавливание (Рис. 1.2, в).

В дальнейшем, при изложении методики расчета [11] будем иметь в виду

только определенное улавливание, как самый эффективный вариант примене-

ния отсосов. Излагаемая ниже методика предназначена для расчета производи-

тельности отсосов, улавливающих конвективные струи в пределах разгонного

участка (Рис. 1.1):

а – компактная струя, l

≤

4r или l

≤

б – плоская струя, l

≤

4в

И для расчета отсосов, улавливающих приточные струи в пределах ос-

новного участка:

в – компактная струя, l

≥

12r или l

≥

12r

г – плоская струя, l

≥

12в

где r

– эквивавелентный по площади радиус прямоугольного источника,

вычисляемой по формуле:

aв128,1/aв4r

(1.1)

По расходу воздуха наиболее выгодны отсосы с размерами в плане:

а – для улавливания конвективных струй,

R = 1,2r или B = 1,2в;

б –для улавливания приточных струй,

R = r + 0,24

⋅

l или B = в + 0,24

⋅

l (1.2)

Длинную сторону приемного отверстия отсоса рекомендуется принимать,

2А = 2(а + 0,24

⋅

l) (1.3)

Предлагаемая методика дает возможность рассчитывать отсосы любых

форм и размеров, в том числе и меньших по размерам в плане, чем источник.

Расчет зонтов выполнен по методике Посохина В.Н. [11] с учетом кон-

кретных технологических процессов (табл. 1.1) и многовариантности решения

практических задач

Таблица 1.1

Производственные процессы с применением вытяжных зонтов

Производственный

процесс

Рабочее место

или источник

выделений

Вредные

выделения

Характеристика

рекомендуемого отсоса

1 2 3 4

1. Суперфинишная обра-

ботка плунжерных пар

пастами на спирте

Стенд доводки

плунжерных пар

медицинских ин-

галяторов

пары спирта Вытяжной зонт круглой

формы, струя, компакт-

ная - конвективная

2. Стерилизация масок

индивидуального поль-

зования

Стол стерилиза-

ции СИЗ

пары спирта Зонт щелевой, струя -

плоская, конвективная

3. Испытание спиртовых

карбюраторов ДВС

Стол - стенд пары спирта Зонт прямоугольный,

струя – компактная,

конвективная