ПРОМЫШЛЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ  И СВЯЗИ

Кафедра охраны труда и окружающей среды

 

 

ПРОМЫШЛЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ

Методические указания к выполнению курсового проекта
для студентов специальности 5В073100- Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды

 

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛИ: Хакимжанов Т.Е., Дюсебаев М.К, Промышленная вентиляция. Методические указания к выполнению курсового проекта, для студентов специальности 5В073100 – «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды».- Алматы: АУЭС, 2013 -  27 с.

 

Методические указания к выполнению курсового проекта, перечень рекомендованной литературы. Методические указания рекомендуется для студентов -бакалавров специальности 5В073100 – «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды»

Табл. 2 библиограф. - 4 назв.

Рецензент: АУЭС, доцент кафедры ЭПП  Башкиров М.В 

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский  университет энергетики и связи» на 2011 г.

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

Сводный план на 2012 г., поз. 56

 

Введение

          В общем виде процесс вентиляции сводится к удалению из помещения загрязненного воздуха и замене его чистым воздухом, отвечающим гигиеническим требованиям. Воздухообмен в помещениях может происходить путем естественного проветривания. Естественный воздухообмен обычно невелик по объему зависит от случайных факторов. Поэтому он называется неорганизованным. Организованный воздухообмен достигается вентиляцией, где побудителем движения воздуха являются вентиляторы. Методические указания содержат методы расчета воздухопроводов и выбора вентилятора. Подробно приводится метод расчета воздухопровода для вентиляции производственного помещения и пример расчета потребного воздухообмена при проектировании вентиляции. Предложено выбирать вентилятор с использованием метода наложения характеристик сети и вентилятора.

          Цель курсового проекта. Получение студентами умений и навыков по проведению расчету воздухопровода путем определения потерь давления по длине трубопровода и потерь на местные сопротивление, а также выбор вентилятора путем наложения характеристики сети на характеристику вентилятора.

          Задание. Из таблицы 1-«Исходные данные по вариантам для расчета воздухопровода» студент переписывает значения длин участков а, б, в, г, д в соответствие с вариантом, который даст преподаватель. На основании данных, взятых из таблицы по своему варианту, студент проводит расчет воздухопровода в соответствии с методами, изложенными ниже.   

 

    1. Методы расчета воздухопроводов

При заданных для каждого участка значениях длин l, суммарных коэффициентов местных сопротивлений SV ; и расходов (нагрузок) q, а также SV предопределенном порядке значений скоростей v, в результате расчета воздухопровода определяются диаметром d и потери давления p. Диаметр определяется из уравнения расхода

 

а потеря давления для каждого участка воздухопровода по формуле

p=

где  коэффициент трения l в общем случае зависит от d и v.

Простейший метод такого расчета воздухопровода заключается в том, что для каждого участка по заданным значениям  , q и v  вычисляют или находят в таблицах  d,  и  а затем по последней формуле подсчитывают значения .

Пример – Для обслуживания данного объекта запроектирован  воздухопровод. Участки расчетной магистрали обозначены буквами ( а, б, в, г, д – см. графу 21 в таблице 1). В соответствии с построенной схемой по масштабу выявлены длины участков (l в м, см. графу 3 таблицы 2) и суммарные значения

коэффициентов местных сопротивлений (, см. графу 3).         

 

На участке а имеется потеря давления на вход, в двух отводах и в тройнике – потеря на ответвление. Коэффициент местного сопротивления на вход для выбранной конструкции отсоса принят по справочнику равным 0,7. Круглый отвод (два одинаковых) запроектирован с углом 90º и радиусом закругления 2.

Его коэффициент местного сопротивления равен ζ=0,15.Суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке а равен

∑ζ=0,7 +2*0,15=1,0

На сборных участках б и  могут  быть местные потери давления только в тройниках, которые ввиду малости не учитываются.

На участке г потеря давления в переходном патрубке от вентилятора ориентировочно оценивается коэффициентом местного сопротивления ∑ζ=0,1 (размеры выходного отверстия вентилятора и участка воздухопровода еще не выявлены).

                 

На участке д располагается выпускная шахта, коэффициент местного сопротивления которой для выбранной конструкции с учетом выхода принят 2,4 (с плоским экраном и его относительным удалением 0,33 – см.рисунок 2). Так как потерей давления в тройнике пренебрегаем, то на участке д получаем ∑ζ=2,4.

Дальнейший расчет начнем с наиболее удаленного от вентилятора участка а, причем в соответствии с заданием ориентируемся на скорости порядка 13-14 м/сек.

Задаваясь для этого участка скоростью v=13м/сек,(записываем это значение в графу 6 таблицы 1) в соответствии с расходом q=1000 М3/час, вычисляем диаметр воздухопровода

Значительно удобнее и проще расчет производить по вспомогательной таблице (см. приложение А). Для этого в левой вертикальной графе таблицы находим скорость 12 м/сек и в соответствующей строке ищем ближайшее к заданному расходу значение в 995 М3 /час. Рядом с этой цифрой в строке указано =0,102, которое записываем в графе 8. Эти обе цифры находятся в колонке искомого стандартного диаметра 165мм, значение которого записываем в графе 5.

Одновременно во второй вертикальной графе вспомогательной таблицы рядом со значением выбранной скорости 13м/сек находим и запишем в графу 7 расчетной таблицы соответствующую величину динамического давления

=10,4кг/м2.

Для участка б по скорости 13м/сек находим во вспомогательной таблице для диаметра 235мм расход 2030 м3/час. При том же диаметре 235 мм расчетному расходу 2000 м3/час соответствует скорость

v=13=12,8м/сек

и динамическое давление

12,8=10,0 кг/м3

Эта интерполяция, очевидно, по смежным табличным данным может быть произведена с достаточной точностью в уме.

Значение =0,068, соответствующее расходу 2030 м3/час, пересчитывает в данном случае не следует, так как оно весьма мало зависит от расхода (скорости).

Аналогичным образом для остальных участков воздухопровода определяем диаметры и уточняем скорости, динамические давления, а также значения .

В дальнейшем по заданным и подсчитанным данным подсчитываем потери давления по формуле

p=

Для упрощения вычислений вначале путем перемножения результатов граф 2 и 8 определяем l (графа 9),  затем сложением результатов граф 9 и 3 получаем графа 10 и, далее, путем перемножения результатов граф 7 и 10 находим р (графа11).

В графе 12 нарастающим итогам записываем потери давления в магистрали до концов соответствующих участков.

Общая потеря давления в рассчитанном воздухопроводе определяется суммой потерь давлений во всех участках магистрали, т.е. 65,3 кг/м2. По этому давлению и производительности 3000 /час следует производить подбор вентилятора

Существуют и многие другие методы расчета воздухопровода. Суть  одного из них заключается в том, что потери в местных сопротивлениях приводят к виду потерь на трение (в вышеописанном методе, наоборот, потери давления на трение как бы приводят к виду коэффициента местного сопротивления . Действительно, представим себе потерю давления в местном сопротивлении и равновеликую потерю на трение при неизменном динамическом давлении, т. е.

 

откуда следует, что эквивалентная длина


а общая потеря давления на участке 

Выбор того или иного метода расчета определяются только удобством использования и не может влиять на точность результатов.

 

2 Основные положения работы вентилятора в сети

Вентиляторы обычно перемещают воздух из атмосферы в помещение, где практически такое же давление.

Сетью называется трубопровод, присоединенный к вентилятору. Сеть может быть простой в виде одного трубопровода, каждый участок которого пропускает одно и то же количество воздуха, и сложной – на разных участках которой движется различное количество воздуха.

Измерим давление в трубопроводе, присоединенном к вентилятору, и постоим график распределения полного РП и статистического РСТ давлений в сети (рис.3). Разность этих давлений представляет собой динамическое давление (РД=РП-РСТ).

          Сеть присоединенную к отдельному вентилятору, разделяют на две основные части: всасывающую – до вентилятора и нагнетательную – после вентилятора (считая по направлению движения воздуха). Если начало и конец сети находятся в окружающей атмосфере, избыточное давление которой принято за нуль то полное давление по всей длине всасывания отрицательно, а в нагнетательной части сети положительно.

          В начале сети полное давление равно нулю, а в конце (на выходе из трубопровода) – динамическому давлению, так как РСТ=0.

          Статистическое давление на выходе на линии всасывания также всегда отрицательно, причем абсолютная величина этого отрицательного давления больше, чем полного. Статистическое давление на нагнетании меньше полного на величину динамического давления (РСТ=РП-РД), однако в зависимости от значений последнего оно может быть как положительным, так и отрицательным.

Рисунок 3 – Схема распределения давлений в сети, присоединенной к вентилятору

          Полное давление, развиваемое вентилятором, РВ определяется потерями в сети ∆ РС и равно разности полных давлений на участках нагнетания и всасывания, т.е.

          Численно эта величина равна сумме полного давления на нагнетании и полного разрежения на всасывании

          Характеристикой сети называется зависимость между полными потерями давления в сети и расходом.

          Эта зависимость может быть определена аналитическим путем или выражена графически.

          Изменение давления «затопленной» сети связано с потерями на преодоление сил и местных сопротивлений.

          Сопротивления трению, как известно из гидравлики, определяются по формуле

кГ/м2,

где λ- коэффициент сопротивления трения, зависящий от скорости, размеров трубопроводов и степени его шероховатости;

l и d – длина и диаметр трубопровода в м;

ν- средняя скорость в/сек;

g=9,81 м/сек2.

Если принять длину участка равной одному диаметру трубопровода, т.е. l=d, то, рассматривая физический смысл коэффициента λ, можно отметить, что λ показывает число динамических давлений, затрачиваемых на преодоление сил трения в трубопроводе, длина которого равно одному диаметру (калибру).

Местные сопротивления возникают во всех случаях нарушения прямолинейного и равномерного движения воздуха (например, при изменении направления в отводах, коленах, тройниках, изменении скорости в диффузорах и т.п.).

Потери давления на преодоление местных сопротивлений определяются по формуле

 кГ/м2,

где  - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Очевидно, что коэффициент местного сопротивления показывает число динамических давлений, которые компенсируют потери на преодоление местных сопротивлений.

Потеря давления на каждом участке сети выражается формулой

 

 кГ/м2.

          Общая потеря давления в сети составляет

 кГ/м2.

 

          Поскольку все входящие в формулу величины, кроме ν, известны, она может быть написана в следующем виде

 кГ/м2.

          Скорость и расход связаны зависимостью

L=vF м3/сек.

          С учетом этого формула общей потери давления примет вид

          Это выражение является уравнением квадратичной параболы 1 с вершиной в начале координат (рисунок 4). Такой вид имеет обычно характеристика сети, присоединенной к вентилятору, засасывающему воздух из атмосферы и подающему его в помещения, где давление также равно атмосферному (в условиях, когда коэффициент λ сохраняет постоянное значение).

3 Способ наложения характеристик

          Пользуясь характеристикой сети, можно определить условия работы вентилятора, если на общий график (рисунок 5) нанести характеристику сети 1 и характеристику р-L вентилятора при определенном числе оборотов 2, приняв масштаб координат обеих характеристик одинаковыми.

          Точка пересечения 3 этих двух характеристик определит режим работы вентилятора в рассматриваемой сети, т.е. развиваемое давление Рр и производительность Lр.

          Если наложить характеристику сети на полную характеристику вентилятора, включающую линии N-L (мощности) и η-L (к.п.д.), то можно определить все параметры, характеризующие работу вентилятора в данной сети, т.е. кроме производительности и давления мощность N и к.п.д.  η. Однако необходимо учитывать, что точки пересечения характеристики сети с кривой мощности и к.п.д. никакого отношения к сети не имеют, а определяют только параметры работы вентилятора в зависимости от его производительности. Поэтому при определении мощности и к.п.д. необходимо на ординате находить точки, соответствующие рабочим значениям Lр.

          Способ наложения характеристик позволяет легко и наглядно проверять различные изменения режима работы вентилятора в сети при изменении их характеристик.

          В реальных условиях характеристика сети не является постоянной. В процессе эксплуатации вентиляционных сетей могут наблюдаться изменения расходов или потерь давлений вследствие отключения части сети, увеличения потребления. Характеристика сети может измениться и в связи с ее реконструкцией.

          На характеристики вентиляторов, приведенных в приложении Б, можно наложить характеристики рассматриваемой сети и определить тип и параметры этих вентиляторов. 

 

         Таблица 2 - Полученные данные расчета воздухопровода по 21 варианту

№ уч.

q

м3 /час

d

мм

 

v

м/сек

 

кг/м2

1/м

P

кг/м2

Р¢

кг/м2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

а

7

1,0

1000

165

13,0

10,4

0,102

0,71

1,71

17,8

17,8

б

5

-

2000

235

12,8

10,0

0,068

0,34

0,34

3,4

31,2

в

2,5

-

3000

285

13,1

10,5

0,053

0,13

0,13

1,4

22,6

г

2

0,1

3000

285

13,1

10,5

0,053

0,11

0,21

2,2

24,8

д

12

2,4

150

195

14,0

12,0

0,084

1,00

3,40

40,5

65,3

 

Таблица № 2 Исходные данные по вариантам для расчета воздухопровода

Номера вариантов заданий для студентов

 

Буквенные   обозначения участков

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

Значение длин участков (а, б, в, г, д) по вариантам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

6

5

7

5

6

4

3

4

7

8

9

10

8

7

6

5

7

8

9

10

7

б

4

6

5

4,5

5

6

7

6

4

3

3

2

2

3

3

6

4

3

4

2

5

в

2,5

3

3

2

3

2,5

3

2

3

4

2

2

4

4

5

4

2

3

2

3

2,5

г

2

2

3

2

3

2

3

2

3

2

2

3

4

3

4

3

3

4

3

2

2

д

12

12

11

12

12

14

11

11

12

11

12

11

10

12

11

11

13

12

11

12

12

 

Задание

для выполнения курсового проекта по промышленной вентиляции на тему «Расчет воздухопровода и выбора вентилятора»

         Студент получают задание в соответствии с номером варианта. Варианты каждому студенту дает преподаватель в соответствии с таблицей №2. Дальнейший расчет студент выполняет в соответствии с методическим указанием.

 

Список литературы

1.          Ананьев В. А., Балуев Л.Г., Гальперин А.Д., и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика: Учебное пособие. – М.: 2000. – 416 с.

2.          Калинушкин М.П. Вентиляторные установки ( пятое издание). – М: «Высшая школа», 1982. – 294 с.

3.          СНиП 2.09.09-87 изд.1995. Общие строительные нормы и правила устройства систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Административные и бытовые здания. 

4.          Хакимжанов Т.Е., Жандаулетова Ф.Р. БЖД. Дипломное проектирование. Расчет воздухопровода и выбор вентилятора. Методические указания по выполнению раздела в дипломных проектах для студентов всех форм обучения специальностей 050717 – Теплоэнергетика и 050718 – Электроэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2006. – 22 с.