Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Украины
Одесская государственная академия строительства и архитектуры
Институт Инженерно- Экологических Систем
Кафедра отопления, вентиляции и охраны воздушного бассейна
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для выполнения контрольной работы по дисциплине
«Системы аспирации и пневмотранспорта»
Для студентов образовательно-квалификационного уровня - 6.060101 «бакалавр»
Специальность « Теплогазоснабжение и вентиляция»
(форма обучения - дневная и заочная)
ОДЕССА - 2014
|
УДК 691:002:006.354 (075) |
«УТВЕРЖДЕНО» Учёным советом Института Инженерно-Экологических СистемПротокол №_____от_______________ |
Авторы: доц., к.т.н. Даниченко Н.В.; доц., к.т.н. Гераскина Э.А.
Рецензенти: к.т.н., доц. кафедры КВ и МЖ Исаев В.Ф.;
доц. кафедры ОВ и ОВБ Семенов С.В.
Изложены общие положения по проектированию систем аспирации и пневмотранспорта предприятий стройиндустрии. Приведены расчеты систем аспирации и пневмотранспорта с учетом герметичности укрытий и эжекции воздуха сыпучими строительными материалами. Представлены примеры расчетов и конструирования систем аспирации и пневмотранспорта.
Ответственный за выпуск: зав. кафедрою отопления, вентиляции и охораны воздушного бассейна проф., д.т.н. Петраш В.Д.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …...……………………………………………………………………4 1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ………….……………………………………..…………….4
1.1 Принципиальные решения по проектированию систем аспирации…………...5
1.2 Принципиальные решения по проектированию систем пневмотранспорта.....8
4. Потери теплоты помещением ………………………………………………….....5 5. Расчет поступлений тепла в помещения………………………………………….6 5.1Теплопоступления от людей……………………………………………………...6
5.2 Теплопоступления от источников освещения…………………………………..7
5.3 Поступление тепла от солнечной радиации и оборудования………………….7
5.4 Тепловой баланс помещений…………………………………………………….8
6. Расчет пылеочистного оборудования…………………………………………….8
6.1 Пример расчета рукавного фильтра…………………………………………….13
7. Определение причин пылевыделений в перегрузочных комплексах………….15
7.1 Оценка герметичности укрития………………………………………….........16
7.2 Эжекция воздуха сыпучим материалом……………………………………...19
7.3 Объемы аспирируемого воздуха……………………………………………...21
7.4 Пример компоновки и расчета аспирационной системы…………………...22
7.5 Выбор вентилятора…………………………...................................................28
Литература………………………………………………………............................29
Приложение 1 Параметры воздуха ……………....................................................30
Приложение 2 Исходные данные для контрольной работы …..........................35
Приложение 3 Планы и разрезы перегрузочных комплексов…………………..36
ВВЕДЕНИЕ
Проблема загрязнения воздушной среды вредными веществами явилась следствием бурного развития промышленности. В результате этого наносится ущерб здоровью людей, все более отчетливо проявляются последствия вызванного им нарушения экологического равновесия.
Для борьбы с выделяющимися в воздух производственных помещений парами, газами и пылью вредных веществ наиболее эффективно применение местной вытяжной вентиляции, т.е. удаления вредных выбросов непосредственно от мест их образования. Удаление загрязненного воздуха от мест его сосредоточения легко осуществить при утройстве укрытий у агрегатов, являющихся иточником вредностей в помещении. Устройство локализирующей, или местной вытяжной вентиляции рекомендуется как один из наиболее экономичных и эффективных методов борьбы с вредными выбросами, такие системы принято называть – системами аспирации.
Благодаря применению систем аспирации можно предотвратить или значительно уменьшить проникновение вредностей в помещения. Эти системы, удаляя сравнительно небольшие объемы воздуха позволяют достичь значительного эффекта.
Чистый приточный воздух в этих случаях следует подавать в отдалении от источников вредных выбросов, т.е. приточный воздух должен всегда подаваться в «чистую зону» вдали от мест образования вредных выбросов.
Пневматическим транспортом называют перемещение измельченных материалов и отходов по воздуховодам в смеси с воздухом. Особенно широкое применение системы пневмотранспорта получили на предприятиях, так как совмещают перемещение материалов и отходов с обеспыливанием рабочих мест, сушкой, охлаждением и перемешиванием.
Настоящие указания по дисциплине «Системы аспирации и пневмотранспорта» разработаны на основе закона Украины «Про охорону навколишнього природного середовища» [1] с целью дальнейшего углубления знаний и получения практических навыков студентов по защите окружающей среды от загрязнений путем выполнения индивидуальных заданий по расчету систем систем аспирации и пневмотранспорта .
Методические указания составлены в соответствии с учебной программой курса «Системы аспирации и пневмотранспорта» для студентов базового направления 6.060101 «Строительство», специального вида деятельности «Теплогазоснабжение и вентиляция» образовательно-квалификационного уровня «Бакалавр».
Содержание методических указаний учитывает специфику и объем дисциплины, знания и навыки которой в дальнейшем используются при подготовке специалистов в области вентиляции для выполнения курсового проекта по дисциплине «Защита воздушного бассейна от вентиляционных выбросов» на пятом курсе.
Методические указания предназначены для использования студентами очной и заочной форм обучения при освоении практической части курса «Системы аспирации и пневмотранспорта».
В производственных помещениях чтобы ограничить зону распространения растекающейся струи вредных веществ и обеспечить очистку воздуха, в местах наибольшего их выделения устраивают местные отсосы .
Местные отсосы представляют собой устройство для локализации вредных выделений у места их образования и удаления загрязненного воздуха за приделы помещения с концентрациями, более высокими, чем при общеобменной вентиляции. Это позволяет сокращать возухообмен и тем самым снижать расходы на очистку воздуха.
Санитарно-гигиеническое значение местных отсосов заключается в том, что они не допускают проникновения вредных выделений в зону дыхания работающих (рабочую зону).
Кроме санитарно-гигиенических требований, к местным отсосам предъявляют следующие технологические требования:
а) место образований вредных выделений должно быть укрыто настолько, насколько это позволяет технологический процесс, а открытый проем должен иметь минимально возможные размеры;
б) местное отсосы не должно мешать нормальной работе или снижать производительность труда;
в) вредные выделения должны удаляться от места их образования в направлении их естественного движения – горячие газы и пары вверх, холодные и пыль вниз;
г) конструкция местного отсоса должна быть простой, иметь малое гидравлическое сопротивление, легко сниматься и устанавливаться на место при чистке и ремонте оборудования.
Конструктивно местные отсосы оформляют в виде разнообразных укрытий источников вредных выделений. Условно их можно разделить на три группы: полуоткрытые, открытые и полностью закрытые.
Полуоткрытый отсос представляет собой укрытие, внутри которого находится источник вредных выделений. Укрытие имеет открытый проем или отверствие. Примером такого укрытия являются вытяжные шкафы, вентилируемые камеры (для окраски), витринные отсосы и т.п.
К местным отсосам открытого типа относятся укрытия, находящиеся за приделами источника вредных выделений – над ним или сбоку от него. Примерами таких укрытий являются вытяжные зонты, боковые, бортовые и кольцевые отсосы.
Полностью закрытые отсосы являются герметичным укрытием от кожуха оборудования, которые соединяются с ним и имеют отверствия или щелевые зазоры для поступления через них воздуха из помещения. Примером таких отсосов являются укрытия дробилок, магнитных сепараторов, элеваторов (норий), транспортеров, мест пересыпки сыпучих материалов в производственных помещениях.
Укрытия следует распологать по направлению распространения струи вредных выделений, используя для их захвата их собственную кинетическую энергию. В этом случае расход удаляемого воздуха будет минимальным. При проектировании местных укрытий выбор формы отсоса, его расположения относительно источника вредных выделений и объема отсоса зависит от характера технологического процесса.
При проектировании аспирационных систем следует применять высокоэффективные местные отсосы для удаления выделяющихся вредностей непосредственно у мест их образования.
Аспирационные системы состоят из аспирационных укритий, отсасывающих патрубков, воздуховодов, отводов, тройников и других фасонних элементов, пылеуловителя и вентилятора.
Аспирационное укрытие – это герметизирующий кожух технологического или транспортного оборудования. При отсосе воздуха из-под укрытия предотвращается выделение пыли из оборудования в помещение.
Одна из основних причин по которым пыль, образующаяся в рабочих зонах технологического и транспортного оборудования поступает в помещение – избыточное давление внутри укрытий, которое возникает от движения в них с большой окружной скоростью рабочих органов и от эжекции (внесения) в них воздуха вместе с сыпучими материалами.
К такому оборудованию относят различные типы дробилок ударного действия, шаровые мельницы, просеиватели, смесители, элеваторы и транспортеры.
При загрузке бункеров, емкостей в них также возникает избыточное давление, которое обуславливает выделение пыли. При равномерном поступлении в бункера материала, падающего с небольшой высоты, процесс протекает спокойно. Значительные давления возникают тогда, когда порция материала заполняет весь обьем закрытой емкости, например в дозировочных весах, весовыбойных апаратах.
Выброс крупных частиц пыли может происходить в результате сообщаемой частицам скорости, например при срыве их с движущихся частей механизмов. Расчеты показывают, что частицы размером менее 10 мкм почти мгновенно теряют сообщенную им скорость.
При перемещении и обработке нагретых материалов в транспортном и технологическом оборудовании в укрытиях под воздействием тепла давление может перераспределиться и возникнуть избыточное давление, способное привести к выделению пыли и вредных примесей в помещении, например в сушильных агрегатах.
2. Расчет параметров аспирационных систем
2.1 Аспирационные укрытия
Аспирационные укрытия применяют с целью предотвращения запыления воздуха в помещениях. Внутри укрытия поддерживают разряжение, чтобы через его неплотности засасывался воздух из оборудования с скоростями препятствующими распространению пыли в помещении.
Оборудование, предназначенное для транспортировки и переработки сыпучего материала, должно иметь укрытие, тсчательно уплотненное, особенно в местах интенсивного пылеобразования.
Отверствия укрытий, через которые отсасывается воздух, не должны находится в непосредственной близости к местам загрузки материала, а скорости в них не должны превышать 0,7 м/с для порошкообразных материалов (содержание частиц размером менее 0,2 мм болем 50% по весу при максимальном размере частиц 1,5 мм с ρ >1200 кг/м³ ), 1 м/с для зернистых материалов (со средним размером частиц 0,2-3 мм при ρ >2000 кг/м³) и 2 м/с для кусковых материалов (со средним размером более 3мм при ρ >2000 кг/м³).
В бункерах и других укрытиях большой вместимости скорости в вытяжном отверствии не регламентируются.
Эффективность аспирации зависит от конструктивного оформления местных отсосов и правильного выбора их присоединения.
Рис. 2.1 Схема аспирации нории (элеватора), а - головка нории; б - башмак нории; 1 - уплотнительная резина; 2 - лента транспортера.
Нории (рис. 2.1) с помощью которых производится подьем сыпучих материалов, заключаются в кожух по всей высоте. Причем при подъеме холодного материала отсос воздуха следует осуществлять от башмака нории (места загрузки), а у норий высотой болем 18м и при транспортировании нагретых материалов с температурой выше 50 ⁰С – и от верхней головки нории.
Объемный расход отсасываемого воздуха принимается в зависимости от ширины ковша и высоты подъема в приделах 600 – 1700 м³/ч.
Объемный расход воздуха удаляемого системой асирации, Lа м³/ч, может быть определен как
Lа = Lэ + Lн, (2.1)
где Lэ – объемный расход воздуха, эжектируемого (вносимого) в укрытие с поступающим материалом, м³/ч; Lн – объемный расход воздуха, поступающего из помещения через неплотности и проемы укрытия, м³/ч.
Объемный расход воздуха, м³/ч, эжектируемого в укрытие с поступающим через загрузочные течки материалом, определяется по формуле
Lэ = 0,12 Ку Wм vм ² , (2.2)
Где Ку – коэффициент, зависящий от конструкции укрытия и условий поступления материала: при вентилируемых перепадах с ленты на ленту транспортера Ку = 1…1,2; для емких укрытий загружаемых через течку, и невентилируемых перепадах с ленты на ленту транспортера Ку = 1,4…2; для укрытий на транспортере при поступлении материала из дробилок Ку = 2,2…3;
В случае, если расход поступающего материала, м³/ч, неизвестен, его можно определить по формуле
Wм = 300 b² vт, (2.3)
Где b – ширина ленты транспортера, м; vт – скорость движения ленты транспортера, м/с.
Скорость движения материала определяется по формуле
vм = , (2.4)
Где Н – высота падения материала в загрузочной течке, м; fм - коэффициент трения материала о поверхность течки; α – угол наклона загрузочной течки к горизонтали, град. [8]
Коэффициент трения материала fм принимается равным:
Для гипса и руды…………………………………………0,65
» глины и сырой земли………………………………..0,8
» сухой земли, щебня, гравия и каменного угля …...0,5
» песка и шлака ……………………………………….0,6
Задание: Определить расход воздуха, удаляемого от укрытия транспортера, перемещающего песок в формовочный цех завода железобетонных изделий. Песок подается на транспортер из бункера через течку под углом α = 90⁰ с расходом Wм=200 м³/ч. Высота падения материала 2,5 м. Коэффициент трения песка о поверхность течки 0,6. Общая площадь щелей в укрытии транспортера Fт = 0,445 м². Скорость проникания через неплотности укрытия vн = 1,5 м/с.
Расчет: Определяем скорость движения материала при входе в укрытие:
vм = = 7 м/с.
Объемный расход воздуха, м³/ч, эжектируемого в укрытие с поступающим через загрузочные течки материалом, определяется по формуле:
Lэ = 0,12 * 3 * 200 * 7² = 3530 м³/ч.
Объемный расход воздуха, поступающего из помещения через неплотности и проемы укрытия, равен:
Lн = 3600 vн Fт = 3600* 1,5 * 0,445 = 2420 м³/ч.
Общий объемный расход воздуха удаляемрго системой аспирации из-под укрытия:
L = 3530 + 2420 = 5950 м³/ч.
2.2 Эжекция воздуха сыпучим материалом
Перемещение сыпучих материалов воздушной среде вызывает ее противодействие. В результате действия сил аэродинамического сопротивления, например в пневмотранспортных материалопроводах происходит перемещение сыпучих материалов. А при гравитационном падении твердых частиц проявляется их эжекционное действие, т.е. увлечение воздуха движущимися частицами.
На предприятиях стройиндустрии протяженность самотечных трубопроводов составляет многие сотни метров. Поэтому необходимо знать и направленно использовать эжектирующее действие сыпучих материалов в самотечных трубопроводах.
На рис. 2.2 представлены схемы движения сыпучего материала в вертикальном и наклонном самотеках.
Рис. 2.2 Схемы движения сыпучего материала в а.) вертикальном и б.) наклонном самотеках.
Значение эжекционного давления воздуха, обусловленного гравитационным перемещением сыпучих материалов по самотечным трубопроводам, можно определить по формулам:
для вертикального самотечного трубопровода
Нэв = G/F* [ g *h/wc – (wk – wo) * λм * h/D * wc], (2.5)
для наклонного самотечного трубопровода
Нэн = λн * S * ρ wc²/2 * 1/Fc, (2.6)
Где G – массовый расход материала, кг/с; F – площадь поперечного сечения самотечного трубопровода, м²; wо ,wc , wk – начальная, средняя и конечная скорости движения материала, м/с; h – высота падения продукта, м; D – диаметр самотечного трубопровода, м; S – площадь поверхности контакта материала и воздуха, м²; λм, λн – коэффициенты трения между частицами материала и стенками самотечного трубопровода и между потоками материала и воздуха.
Эжекционное давление расходуется на перемещение и поддержание разности давлений воздуха между концами самотечного трубопровода, т.е.
Нэ = Нв + ∆Н, (2.7)
При отсутствии движения воздуха в самотечном трубопроводе величина эжекционного давления будет равна разности давлений воздуха между концами трубопровода и может бать измерена с помощью манометра.
Объем эжектируемого по самотечным трубопроводам воздуха можно определить по формуле:
Lэ = F , (2.8)
Где b, D -длина и диаметр самотечного трубопровода, м; λ, ξ – коэффициенты аэродинамического сопротивления прямолинейных и местных участков самотечного трубопровода.
Из зависимостей (2.5), (2.6), (2.8) следует, что величина эжекционного давления и объемов перемещаемого по самотечным трубопроводам воздуха зависит от их параметров, физико-механических свойств материала и степени герметизации самотечного трубопровода.
Статическое давление внутри самотечных трубопроводов распределяется следующим образом: вверху – разряжение, внизу – избыточное. Для снижения объемов эжектируемого воздуха необходимо уменьшить скорость движения материала, увеличить его удельный массовый расход и максимально герметизировать самотечный трубопровод.
Для расчетов в таблице 2.1 приведены объемы эжектируемого воздуха для вертикальных самотечных трубопроводов [15].
При определении объемов эжектируемого воздуха в наклонных самотечных трубопроводах вышеуказанные значения объемом воздуха необходимо умножить на коэффициент а, значение которого зависят от угла наклона самотечного трубопровода к горизонтальной плоскости см. таблица 2.2.
Таблица 2.1 Объемы эжектируемого воздуха по вертикальным самотечным трубопроводам движущимся сыпучим материалом, м³/ч.
|
Высота трубы, м. |
Массовый расход, т/ч |
|||
|
20 |
30 |
40 |
60…100 |
|
|
2 |
120 |
140 |
150 |
160 |
|
4 |
175 |
220 |
270 |
300 |
|
8 |
270 |
315 |
390 |
470 |
|
12 |
560 |
640 |
735 |
910 |
|
15 |
640 |
770 |
910 |
1100 |
Таблица 2.2 Коэффициент а, значение которого зависят от угла наклона самотечного трубопровода к горизонтальной плоскости.
|
Угол наклона, град |
85-90 |
75 |
65 |
45 |
|
Коэф. а |
1,0 |
0,6 |
0,52 |
0,4 |
2.3 Объемы аспирируемого воздуха
Как известно пылевыделение возможно из укрытий оборудования в местах избыточного давления воздуха. Установлено, что статическое давление воздуха изменяется по всему самотечному трубопроводу и протяженному укрытию (цепному и ленточному конвейерам, нории) при отсосе из них воздуха. Поэтому путем отсоса воздуха даже в одной точке можно создать разряжение в оборудовании практически любой точке герметизированной транспортно –технологической линии.
Объем воздуха, подлежащий отсосу в аспирационную сеть (Lа), рассчитывают по условиям баланса прихода и расхода воздуха:
Lэ + Lн = Lа + Lун + Lвыт, (2.9)
где Lэ – объем воздуха, поступающий в машину вместе с материалом по самотечным трубопроводам; Lн - объем воздуха, поступающий через неплотности за счет разряжения в машине; Lун - объем воздуха, увлекаемый материалом из машины по самотечным трубопроводам; Lвыт - объем воздуха, вытесняемый накапливающимся в машине (бункере) материалом.
Анализ формулы для расчета объемов аспирируемого воздуха показывает, что составляющие объемов воздуха от площади поперечного сечения, от герметичности и протяженности подводящих и отводящих самотечных трубопроводов, величины разряжения в укрытии оборудования и степени его герметичности, физико-механических свойств перерабатываемых материалов и их массового расхода.
Расчеты показывают, что средние скорости движения эжекционного воздуха в самотечных трубопроводах не превышают 4…5 м/с, а в укрытиях норий и цепных конвейеров 2…3 м/с. При таких незначительных скоростях ародианмическое давление в коробе цепного конвейера типа ТСЦ-100 (длиной 50м) или труба нории (высотой 40м) составляет 20…50 Па. Для практических расчетов можно принять удельные потери давления на перемещение воздуха в цепних конвейерах и норийных трубах равными 1Па на 1м.
Данные полученные по эжеционному давлению воздуха в самотечных трубопроводах, позволяют рекомендовать для инженерных расчетов их аэродинамического сопротивления при противотоке воздуха и сыпучего материала потери давления, равными 50 Па в вертикальних самотечных трубопроводах высотой до 1 м и наклонных – до 2 м [15]. С учетом принятых положений можно принципиально изменить и существенно упростить компоновку аспирационных сетей предприятий стройиндустрии.
2.4 Пример компоновки и расчета аспирационной системы
Рассмотрим принципиальные аспирационные транспортно–технологические системы предприятий стройиндустрии . Состав оборудования линии приемки сыпучего сырья включает бункер, конвейер, норию, конвейер. Пылевоздушные потоки образуются в основном на следующих участках: бункер – конвейер, конвейер – нория, нория - самотечном трубопроводе на участе нория - цепной конвейер. Соответственно этому в укрытиях образуются зоны повышенного и пониженного давления воздуха.
На Рис. 2.3 показана схема подключения к аспирационной системе оборудования участка приема супучего сырья.
Отсос воздуха можно осуществлять двумя способами: первый – подключить к аспирационной сети все места повышенного давления: бункер, конвейер, норию, цепной конвейер; второй - подключить к аспирационной сети бункер, башмак и головку нории, конвейер. При втором способе протяженность воздуховодов существенно уменьшается, а количество пыли, увлекаемой аспирационным воздуховодом, снижается, что обуславливает предпочтительность вторго способа.
Для нашего примера площадь живого селения решетки над приемным бункером дожна бать минимальной. Открытыми должны бать только те участки через которые сыпучий материал из транспортних средств поступает в приемный бункер. Для уменьшения площади контакта падающего потока материала с воздухом и уменьшением объема эжектируемого воздуха следует применять откидные уплотнительные щиты.
Рис.2.3 Схема подключения к аспирационной системе оборудования участка разгрузки железнонодрожного вагона : 1- железнонодрожный вагон; 2 - бункер; 3 – конвейер; 4 – нория; 5 - цепной конвейер; 6 - аспирационная сеть; 7- уплотнительные щиты.
Объем аспирируемого воздуха из приемного бункера определяют по формуле баланса прихода и расхода воздуха
При максимальном массовом расходе материала 100т/ч и высоте падения 2м см. Табл. 2.1 Lэ = 160 м³/ч; vн - скорость воздуха в отверствиях, 0.2м/с; Fн–площадь неплотностей приемного бункера, 3м²; Gм – объемная масса материала, 46м³; t – время разгрузки, 180с; получим:
Lа бун = 160 + ((0,2 * 3)*3600) + ((46 / 180)*3600) = 3240 м³/ч
Значения объемов аспирируемого воздуха из нории НЦ-100 (рабочая и холостая трубы) и цепногно конвейера ТСЦ-100 получены из нормативной документации [12] :
Lа нор. раб.= 450 м³/ч; Lа нор. хол.= 450 м³/ч; Lа цеп = 420 м³/ч;
Для всей аспирационной системы:
Lа = 3240 + 450 + 450 + 420 = 4560 м³/ч;
Величина давления в аспирационном патрубке приемного бункера с учетом ежекционного давления создаваемого сыпучим материалом при высоте падения 2м и насыпном лотке составляет:
На бун = 50 + 50 = 100Па
Давление в каждом из аспирационных патрубков нории с учетом ежекционного давления в сбрасывающей коробке конвейера составляет:
На нор = 30 + 50 = 80Па
Давление в аспирационного патрубка цепного конвейера с учетом ежекционного давления в наклонном самотеке до 2м и разряжении в бункере составляет:
На цеп = 50 + 50 + 30 = 130Па
Получив исходные данные и скомпоновав аспирационную систему выполним аэродинамический расчет системы производительностью
Lа = 4560 м³/ч; см. рис. 2.3, которую отображаем на плане цеха в такой последовательности:
1. Производится нанесение воздуховодов и других элементов системы аспирации на план помещения, с последующим конструированием пространственной (аксонометрической) схемы аспирации.
2. Выбирается магистральное направление движения воздуха. Магистральным считается наиболее протяженное или нагруженное направление от вентилятора до начальной точки первого участка системы.
3. Разбивается система на участки с постоянным расходом воздуха, участки нумеруются, начиная с наиболее отдалённого от вентилятора, вначале по магистрали, а затем по ответвлениям. Определяют длину участков и расход воздуха и вносят эти значения в таблицу 2.3 графы 1, 2, 3.
4. Предварительно задаёмся ориентировочной скоростью воздуха vор, м/с, на участке 1 воздуховода (в зависимости от скорости движения воздуха для заданной пыли см. табл. 2.4). Исходя из планировочных требований принимаем форму воздуховода и материал, из которого он изготовлен (круглый, из оцинкованной стали). Потери давления в цепном конвейере, присоединенного к участку 1, заносим в табл. 2.3 первой строкой. Для определения потерь давления в участке 1 соединяем прямой линией по номограмме рис. 2.5 точки Lцеп=420 м³/ч и v =10,5 м/с на пересечении этой прямой со шкалой D находим ближайший меньший рекомендуемый диаметр D=125 мм, величины v =10,5 м/с, Hд =67 Па, λ/D=0,18 заносим в графы 3, 6, 8.
5. Производим суммирование коэффициентов местных сопротивлений на участке ( тройники, отводы. и т.д. ) выбранных по [10]. Полученный результат Σ ζ записываем в графу 5.
6. Производим умножение , ( 1* λ/D) заполняем графу 9, сложение (1* λ/D + Σ ζ) заполняем графу 10 . Графу 11 (общие потери на участке ) находим как произведение величин, записанных в графах 6 и 10. В графу 12 записываем сумму общих потерь на 1 участке и потерь давления в в цепном конвейере.
Аналогично проводим расчеты остальных магистральных участков.
7. По окончании расчётов суммируем полученные величины и получаем суммарные потери давления в сети, которые служат критерием для подбора вентилятора.
8. Рассчитав потери давления по магистрали, приступаем к расчёту потерь давления на ответвлениях. При расчёте которых необходимо осуществить увязку, расхождение допускается не более 10 % [11].
9. Увеличивать потери давления в ответвлениях можно двумя способами. Первый способ – установка в ответвлении дополнительного местного сопротивления ( задвижки, диафрагмы, шайбы ). Второй способ – уменьшение диаметра ответвления.
В рассматриваемом примере следует повысить сопротивление 7-го участка на величину Нс = 237- 186,7 = 50,3 Па , а 8-го на – Нс = 373 - 187,7 =185,3 Па , а 9-го на – Нс = 460 - 157,8 = 302,2 Па. На 7 и 8 участках это можно осуществить установив дополнительно местные сопротивления т.к. диаметр трубы уже 125 мм. Величину коэффициента сопротивления диафрагмы, установленной на участке 7 определяем по выражению :
ζд7 = Нс / Нд7 = 50,3 / 74,1 = 0,68 (2.10)
По этой величине на рис. 2.4 определяем глубину погружения диафрагмы в воздуховод к его диаметру – а / D = 0,36, при D =125 мм а = 43.75мм. Аналогично для участков 8 и 9: ζд8 = Нс / Нд8 = 185,3 / 74,1 = 2,5 по рис. 5.3 определяем - а / D = 0,53, при D =125 мм а = 66,3мм; ζд9 = Нс / Нд9 = 302,2 74,1 = 4.1 по рис. 2.3 определяем - а / D = 0,59, при D =315 мм а = 186мм;
Рис. 2.4 Односторонняя диафрагма (а) и сдвоенная шкала для расчета размеров (б)
Рис.2.5 Номограмма А.В.Панченко [11] для расчета воздуховодов.
Таблица 2.3
Аэродинамический расчет воздуховодов.
Магистральные участки
|
Номер участка и наим. машин |
L м³/с |
v м/с |
l, м |
Σ ζ |
Hд, Па |
D, мм |
λ/D |
l* λ/D |
l* λ/D+Σζ |
Прир. пол-ного давле-ния уч-ка, Па |
Пол-ное давле-ние участка, Па |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
Цепной конв. |
0,12 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
130 |
130 |
|
Уч-к 1 |
0,12 |
10,5 |
5 |
0,7 |
67 |
125 |
0,18 |
0,9 |
1,6 |
107 |
237 |
|
Уч-к 2 |
0,242 |
10,5 |
3 |
0,3 |
67 |
180 |
0,12 |
0,36 |
0,69 |
136 |
373 |
|
Уч-к 3 |
0,37 |
11 |
7 |
0,6 |
74,1 |
200 |
0,09 |
0,63 |
1,18 |
87,4 |
460,4 |
|
Уч-к 4 |
1,27 |
11,8 |
7 |
0,1 |
88,2 |
355 |
0,04 |
0,31 |
0.4 |
34,8 |
495,2 |
|
Уч-к 5 |
1,27 |
11,8 |
8 |
0,6 |
88,5 |
355 |
0,04 |
0,36 |
0.57 |
50,5 |
545,6 |
|
Нагнетающий Уч-к 6 |
1,27 |
11,8 |
7 |
1 |
88,5 |
355 |
0,04 |
0,31 |
1,32 |
116,4 |
116,4 |
|
ответвления |
|||||||||||
|
Нория |
0,125 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
80 |
80 |
|
Участок 7 |
0,125 |
11 |
7 |
0,23 |
74,1 |
125 |
0,17 |
1,21 |
1,44 |
106,7 |
186,7 |
|
Нория |
0,125 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
80 |
80 |
|
Участок 8 |
0,125 |
11 |
7 |
0,2 |
74,1 |
125 |
0,17 |
1,25 |
1,45 |
107,7 |
187,7 |
|
Приёмный бункер |
0,9 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
100 |
100 |
|
Участок 9 |
0,9 |
11 |
10 |
0,18 |
74,1 |
315 |
0,06 |
0,6 |
0,78 |
557,8 |
157,8 |
Таблица 2.4 Значения величин для проектирования систем аспирации и пневмотранспорта [10]
|
Транспортируемый материал |
ϒ, кг/м3 |
Скорость движения воздуха в воздуховодах v, м/с |
Максимальная массовая концентрация смеси μ кг/кг |
Опытный коэфициент К |
|
|
вертикальных |
горизонтальных |
||||
|
Земляная и песочная пыль, оборотная (горелая) земля, формовочная земля |
2600 |
13 |
15 |
0,8 |
0,7 |
|
Земля и песок влажные |
2800 |
15 |
18 |
‒ |
‒ |
|
Глина молотая |
2400 |
14 |
17 |
0,8 |
0,6 |
|
Шамот |
2200 |
14 |
17 |
0,8 |
0,6 |
|
Пыль мелкая минеральная |
‒ |
12 |
14 |
‒ |
‒ |
|
Пыль от матерчатых полировальных кругов |
‒ |
10 |
12 |
‒ |
‒ |
|
Пыль угольная |
900‒1000 |
14 |
15 |
1 |
1 |
|
Пыль наждачная минеральная |
4000 |
15,5 |
19 |
‒ |
‒ |
|
Гипс, тонкомолотая известь |
1250 |
10 |
11 |
‒ |
‒ |
|
Шерсть: |
|||||
|
замасленная |
‒ |
18 |
19 |
‒ |
‒ |
|
незамасленная |
‒ |
19 |
20 |
‒ |
‒ |
|
искусственная |
‒ |
17 |
20 |
‒ |
‒ |
|
мериносовая (замасленная и незамасленная) |
‒ |
14 |
15 |
0,1‒0,2 |
‒ |
|
лоскут |
‒ |
16 |
18 |
‒ |
‒ |
|
разрыхленная и крупные очёсы |
‒ |
17 |
18 |
‒ |
‒ |
|
Лён: |
|||||
|
короткое волокно |
‒ |
16 |
18 |
‒ |
‒ |
|
льняная костра |
‒ |
16 |
18 |
‒ |
‒ |
|
Снопы тресты |
‒ |
18 |
20 |
0,5 |
‒ |
|
Хлопок-сырец, разрыхленный хлопок, крупные очесы хлопка |
‒ |
17 |
18 |
0,5 |
‒ |
|
Опилки: |
|||||
|
чугунные |
7300 |
19 |
23 |
0,8 |
0,85 |
|
стальные |
7300 |
19 |
23 |
0,8 |
‒ |
|
Шлак угля с размером частиц 10‒15 мм |
1600 |
20 |
22 |
1 |
0,5 |
2.7 Выбор вентилятора
Выбор вентилятора аспирационной системы осуществляется по давлению Нв, полученному в результате аэродинамического расчета системы аспирации, подбора циклона или фильтра, а так же по расходу воздуха L равного сумме объемов воздуха, необходимых для аспирации всего оборудования и присоса через неплотности. Требования к устанавливаемому вентилятору можно выразить формулами:
Нв = Нвак + Нп + Ннаг, (7.1)
Где Нв – требуемое давление вентилятора, Па;
Нвак – суммарное сопротивление аспирационной сети по магистральному направлению, Па;
Нп – гидравлическое сопротивление пылеотделителя, Па;
Ннаг - сопротивление аспирационной сети по магистральному направлению на нагнетание, Па;
L = Lо + Lпр , (7.2)
Где L – требуемый расход воздуха, м³/ч;
Lо – суммарный расход воздуха от оборудования, м³/ч;
Lпр – присос воздуха через неплотности оборудования, составляет 0,11* Lо, м³/ч;
В рассматриваемом примере:
Нв = 545,6 + 2894,1 + 116,4 = 3164,9 Па;
L = 4560 + (4560 * 0,11) = 5061,6 м³/ч;
По таблице 2.4 выбираем вентилятор ВРП 5,0 производительностью L =5061,6 м³/ч, давлением Нв = 3165 Па, мощность электродвигателя N=18,5 кВт, частота вращения n = 3000 об/мин.
Таблица 2.4
Пылевые вентиляторы ВЦП 5-45, ВРП
|
Типоразмер вентилятора |
Мощность, кВт |
Частота вращения вала, об/мин. |
Производ-ительность, тыс. м³/ч |
Полное давление, Па |
|
ВРП-2,5 |
0,75 1,1 |
3000 3000 |
1,1 1,5 |
1200 1500 |
|
ВРП-3,15 |
1,5 2,2 3,0 |
3000 3000 3000 |
1,0-1,6 1,65 2,2 |
1620-1500 1700 1800 |
|
ВРП-4,0 |
3,0 4,0 4,0 5,5 |
1500 1500 3000 3000 |
1,15-2,3 1,15-2,3 3,1 4,25 |
650 650 2800 2900 |
|
ВРП-5,0 |
2,2 3,0 18,5 7,5 11,0 18,5 |
1500 1500 3000 3000 3000 3000 |
2,3-4,5 2,3-4,5 4,5-9,0 3,3-6,7 3,7-7,6 4,5-9,0 |
1000-720 1000-720 4100-2900 2200-1550 2800-2000 4100-2900 |
|
ВРП-6,3 |
5,5 7,5 11,0 15,0 30,0 |
1500 1500 1500 1500 3000 |
4,5-9,2 4,5-9,2 5,2-10,5 5,5-11,4 6,6-13,7 |
1600-1150 1600-1150 2200-1550 2500-1750 3700-2600 |
|
ВРП-8,0 |
7,5 15,0 18,5 22,0 30,0 11,0 15,0 18,5 30,0 37,0 45,0 |
1000 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 |
6,2-12,5 12,2 13,9 9,3-17,0 9,3-18,5 7,0-14,0 8,0-16,0 8,5-17,0 9,8-20,0 10,5-22,0 11,0-23,0 |
1150-830 2400 2500 2600-2000 2600-1900 1500-1100 1900-1350 2300-1700 2900-2150 3450-2450 3800-2700 |
Таблица 2.5
Габаритные размеры вентилятора ВРП.
|
Обозначение вентилятора |
H max |
H1 |
A |
B |
L max |
L1 |
K1 |
K2 |
|
ВРП-3.15.1 |
540 |
210 |
162 |
490 |
428 |
92 |
115 |
190 |
|
ВРП-4.1 |
663 |
277 |
174 |
619 |
551 |
127 |
150 |
237 |
|
ВРП-5.1 |
782 |
320 |
213 |
760 |
590 |
140 |
190 |
307 |
|
ВРП-6,3.1 |
994 |
394 |
315 |
960 |
700 |
170 |
230 |
378 |
Рис. 2.5 Вентилятор ВРП.
3. Расчет системы пневмотранспорта
3.1 Принципиальные решения по проектированию систем пневмотранспорта
Системы пневматического транспорта далее пневмотранспорта проектируют для перемещения сыпучих материалов от оборудования к очистным устройствам.
Расчет воздуховодов систем пневмотранспорта следует начинать с определения количества транспортируемого материала и транспортируемого воздуха исходя из рекомендуемой массовой концентрации смеси μ.
При отсутствии даннях о количестве транспортируемого материала в системах пневмотранспорта расход воздуха определяется по минимально допустимым диаметрам воздуховодов и скоростям движения воздуха.
Минимально допустимые диаметры воздуховодов для систем пневмотранспорта, удаляющих мелкую сухую пыль (земляную пыль, песок, молотую глину и др.), волкнистую пыль, (волокна хлопка, шерсти и т.п.), древесные опилки и мелкие метеллические стружки, рекомендуется принимать 80-130 мм.
Воздуховоды систем аспирации и пневмотранспорта следует расчитывать из условий одновременной работы всех отсосов.
При расчете необходимо тсчательно увязывать потери давлений в отдельных ответвлениях сети, допуская неувязку не более 5%.
В случае необходимости при увязке потерь давлений допускается увеличивать объем воздуха, удаляемого от того или иного отоса, или устанавливать диафрагмы на вертикальних участках аспирационных систем, улавливающих сухую неслипающуюся и неволкнистую пыль.
В системах пневмотранспорта волокнистих веществ рекомендуется устанавливать конусные диафрагмы.
Длина ответвлений воздуховодов от колектора или магистрального сборника до приемника (отоса от станка) не должна превышать 20м.
Расчет воздуховодов рекомендуется проводить по методу скоростных (динамических) давлений, в котором потери давления в воздуховодах на трение заменяються эквивалентными потерями давления на местные сопротивления.
Системы пневмотранспорта классифицируются по схеме прокладки трубопроводов:
а) простая транспортная сеть (рис. 1а) используется при поектировании индивидуальных пылеотсасывающих установок (для отдельных станков);
б) разветвленная сеть (рис. 1б) – при линейно-предметном планировании станков, когда их количество и росположение остается неизменным долгое время (2-3 года);
в) пневмосеть с центральным сборником (рис. 1в,г) используется когда, станки расположены врадиусе до 10м от сборника, и в процессе эксплуатации возможно перемещение станков и замена их численности на 1-2 единицы.
г) комбинированная (рис. 1г) – сеть содержащая как разветвленные участки, так и центральный сборник.
Рис.3.1 Схемы систем пневмотранспорта: 1 - пылематериалоприемник; 2 - пылематериалоуловитель; 3 – вентилятор; 4 - транспортная сеть; 5 – гибкие армированные рукава; 6 – аспирационный сборник; 7 – проходной сборник.
Вертикальные сборники подразделяются на проходные и аспирационные. Если отходы, что отсасываются от станков, попадают в сборник и далее транспортируется по трубопроводам до очистных устройств системы пневмотранспорта – он проходной. Если в сборник поступает материал и пыль
с помощью герметизирующих устройств загружающих в специальную емкость или цеховой транспортер, то сборник аспирационный. В этом случае сборник используется как первая ступень очистки воздуха.
Проектирование пневмотранспортной установки после выбора конструкции и характеристики местного отсоса начинают с определения мест прокладки материалопроводов и воздухопроводов. Далее составляют схему системы в аксонометрической проекции, по которой определяют длину материалопроводов, воздухопроводов, фасонные элементы и номеруют участки. В задание расчета входит определение диаметра материалопроводов, воздухопроводов, потери давления в ответвлениях, на отдельных участках магистрали и по всей сети системы, подбор пылеуловителя и вентилятора.
При расчете разветвленных сетей необходимо, чтобы на разветвлении сети потери давления в ответвлениях всегда были равны потерям давления в сборном участке трубопровода. При расчете сетей с сборником - потери давления каждого ответвления должны быть равны между собой.
Допустимая невязка участков сети по потерям давления не более 10%, так как регулировка задвижками или диафрагмами при пневмотранспорте исключается.
Расчет воздуховодов систем аспирации и пневмотранспорта следует начинать с определения количества транспортируемого материала и транспортирующего воздуха исходя из рекомендуемой массовой концентрации смеси μ, которая определяется по формуле:
μ = G / (Q * ρ) (3.1)
где G - наибольшая масса перемещаемого материала, кг/ч;
Q - расчетный объем воздуха, который отбирается от местного отсоса, м³/ч.
Порядок расчета установок пневмотранспорта с промежуточным сборником следующий:
1. По объему воздуха, отсасываемому от пневмоприемника (Q, м³/ч) и минимальной скорости (vм, м/с) вычисляем диаметр трубопровода:
d = (3.2)
Некоторые практические значения скорости воздуха в воздуховодах систем аспирации и пневмотранспорта vм приведены в таблице 2.4.
2. По справочным данным принимают ближайший меньший стандартный диаметр (см. табл. 3.1 ) и находят действительную скорость воздуха:
v = (353.68 Q) / d ²ст (3.3)
3. При расчете по методу скоростных давлений получим уравнение, по которому определяем затраты давления на участке:
Нуч = (l * λ/d) + (Σζ*Hд) (3.4)
где l - длина расчетного участа воздуховода, м; λ - кооєфициент сопротивления трения; Σζ - сумма местных коэффициентов сопротивлений на расчетном участке; Hд = ρ v²/2 - динамическое давление, Па; см. рис.2.5.
Значение λ/d следует принимать по таблице 3.1.
Для поддержания пыли или транспортируемых материалов в взвешенном состоянии и для подъема осевших частиц при пуске системы скорость движения воздуха v следует принимать больше скорости витания частиц транспортируемого материала см. таблицу 2.4.
Расчет повторяется для всех конечных участков с п.1. Следует отметить, что использование таблиц или номограмм значительно упрощают выбор d, v и определения Н.
Таблица.3.1
|
d, мм |
Значения λ/d при скорости воздуха v, м/c |
|||||||
|
0,1-3 |
3,1-6 |
6,1-9 |
9,1-12 |
12,1-15 |
15,1-18 |
18,1-21 |
21,1-25 |
|
|
100 |
0,327 |
0,263 |
0,243 |
0,232 |
0,225 |
0,221 |
0,217 |
0,214 |
|
110 |
0,29 |
0,233 |
0,215 |
0,206 |
0,2 |
0,196 |
0,193 |
0,19 |
|
125 |
0,247 |
0,199 |
0,184 |
0,175 |
0,17 |
0,167 |
0,164 |
0,162 |
|
140 |
0,215 |
0,173 |
0,159 |
0,152 |
0,148 |
0,145 |
0,143 |
0,141 |
|
180 |
0,181 |
0,146 |
0,135 |
0,129 |
0,125 |
0,123 |
0,121 |
0,119 |
|
180 |
0,157 |
0,126 |
0,116 |
0,111 |
0,108 |
0,106 |
0,104 |
0,103 |
|
200 |
0,137 |
0,11 |
0,102 |
0,097 |
0,094 |
0,092 |
0,091 |
0,09 |
|
225 |
0,119 |
0,095 |
0,088 |
0,084 |
0,082 |
0,08 |
0,079 |
0,078 |
|
250 |
0,104 |
0,084 |
0,077 |
0,074 |
0,072 |
0,07 |
0,069 |
0,068 |
|
280 |
0,09 |
0,073 |
0,067 |
0,064 |
0,062 |
0,061 |
0,06 |
0,059 |
|
315 |
0,079 |
0,063 |
0,058 |
0,055 |
0,054 |
0,053 |
0,052 |
0,051 |
|
355 |
0,067 |
0,054 |
0,05 |
0,048 |
0,046 |
0,045 |
0,045 |
0,044 |
|
400 |
0,058 |
0,047 |
0,043 |
0,041 |
0,04 |
0,039 |
0,038 |
0,038 |
|
450 |
0,05 |
0,04 |
0,037 |
0,035 |
0,034 |
0,034 |
0,033 |
0,033 |
|
500 |
0,044 |
0,035 |
0,032 |
0,031 |
0,03 |
0,03 |
0,029 |
0,029 |
|
560 |
0,038 |
0,031 |
0,028 |
0,027 |
0,026 |
0,026 |
0,025 |
0,025 |
|
630 |
0,033 |
0,026 |
0,024 |
0,023 |
0,023 |
0,022 |
0,022 |
0,021 |
|
710 |
0,028 |
0,023 |
0,021 |
0,02 |
0,019 |
0,019 |
0,019 |
0,018 |
|
800 |
0,024 |
0,02 |
0,018 |
0,017 |
0,017 |
0,016 |
0,016 |
0,016 |
|
900 |
0,021 |
0,017 |
0,016 |
0,015 |
0,014 |
0,014 |
0,014 |
0,014 |
|
1000 |
0,018 |
0,015 |
0,014 |
0,013 |
0,013 |
0,012 |
0,012 |
0,012 |
|
1120 |
0,016 |
0,013 |
0,012 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,011 |
0,01 |
|
1250 |
0,014 |
0,011 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,009 |
0,009 |
0,009 |
|
1400 |
0,012 |
0,01 |
0,009 |
0,009 |
0,008 |
0,008 |
0,008 |
0,008 |
|
1600 |
0,01 |
0,008 |
0,008 |
0,007 |
0,007 |
0,007 |
0,007 |
0,007 |
Значения λ/d для расчёта воздуховодов пневматического транспорта
4. После расчета конечных участков из всех величин выбирается максимальная потеря давления (Нм), относительно которой находятся невязки потерь давления по остальным участкам:
Н = ((Нм - Ні ) / Нм )*100% (3.5)
Если Н в приделах 10%, тогда можно переходить к следующему участку. В случае, если данна величина превышает установленную то приступают к увязыванию затрат даления. Одним из вариантов является установка конических диафрагм на участке с меншими затратами давления.
Конструктивные размеры и величины коэффициентов сопротивления диафрагм, взависимости от состношения размеров, приведены в [10], поэтому необходимо определить только значение дополнительного кмс:
ζ = (Нм - Ні ) / 0,61 vі ² (3.6)
На основе полученной величены подбирается диафрагма для данного участка и переходят к определению невязки, а при необходимости и доувязки затрат давления на следующем участке.
Увязку затрат давления в сетях можно производить за счет уменьшения диаметра воздуховода на расчетном участке. В этом случае диаметр принимается на один калибр меньше предыдущего и расчет повторяется с п.2. При этом необходимо учитывать, что при типовых местных отсосах, для соединения его с материалопроводом будет необходимо сменить диаметр патрубка местного отсоса или установить переход на новый диаметр.
Закончив расчет и увязку концевых участков, приступают к расчету сборного коллектора. Определяют объем воздуха, что равняется сумме объмов воздуха, которые отсасываются от конечных участков. Далее расчитывается этот участок путем определения необходимого, а затем стандартного диаметра, скорости воздуха и затрат давления на участке до циклона или вентилятора по приведенным зависимостям.
Общие затраты давления определяются как сумма затрат давления (максимальных) на конечном участке и на сборном. При расчете сборных участков следует учесть, что скорость воздуха недолжна уменьшаться.
Пример расчета системы пневмотранспорта с промежуточным сборником представлен в таблице 3.3.
Последовательность расчета:
- согласно задания, в колонки 1, 2, 3, 4, 5, 6 вписываем данные станков из таблицы 3.2;
- на планах измеряем в масштабе величины участков колонки 7 и расчитываем 8, 9;
- колонки 10, 11, 12 принимаем по таблице 3.1 и рис.2.5. методических указаний;
- колонки 13, 14, 15, 16, 17, 18 расчитываются по формулам (3.4) - (3.6).
Таблица.3.2
Характеристики отсасывающих устройств деревообрабатывающих станков
|
№ позиции |
Станок |
План станка |
Обознач. воздуховода |
V м/с |
L, м3/ч |
ξ |
Схема |
|
22 |
Концеравнитель, трехпильный ЦКЗ-2 dпилы = 500 мм |
А Б В |
15 |
840 |
1 |
||
|
25 |
Многопильный ЦД-5 dпилы = 300 мм |
- |
15 |
1500 |
1 |
||
|
54 |
Фрезерный карусельный Ф-2ВК фрезерный двошпиндельный |
А Б |
17 |
840 |
0,8 1,1 |
Σ L =9900 м3/ч
3.2 Расчет пылеотделителя
Циклоны ОЭКДМ (Клайпеда) и Ц (Мекрушева) используют в пылеулавливающих установках деревообрабатывающих производств.
Особенностью этих циклонов есть способ отвода потока воздуха из корпуса в выхлопную трубу. В выхлопные трубы циклонов поступает два потока. В циклоне ОЭКДМ дополнительный поток воздуха входит в зазор между выхлопной трубой и её нижней конусной частью, не изменяя направления вращения, а в циклоне типа Ц предусматривается сепаратор, который изменяет направление вращения этого потока на противоположное.
Циклоны ОЭКДМ и Ц, как правило, устанавливаются на нагнетающем тракте вентилятора и обеспеченные устройствами, которые защищают апараты от попадания в них атмосферных осадков.
Для расчёта еффективности очищения циклона, кроме характеристики пыли и воздуха, которое очищают, необходимо иметь в своём распоряжнии характеристики самого циклона, то есть еффективность осаждения частиц разного размера, при разном количестве и свойствах обеспыливания воздуха.
Представленные данные расчитаны экспериментальным путём и приводятся в дополнительной литературе, в виде параметров:
lgση - стандартное отклонение фракции распределения степени очистки;
wопт - оптимальная скорость газа в циклоне, м/с;
А - коэфициент, зависящий от типа циклона.
Для удобства расчетов, характеристики основных типов циклонов, используемых в аспирации и пневмотранспорте, включая их стандартные диаметры, сведены в таблицу 3.4
Рассчитывают необходимую площадь сечения циклона F, м²
F = Lt /3600 wопт, м² (3.7)
Определяем диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов N=1:
D = , м (3.8)
Принимаем ближайший нормируемый диаметр циклона Клайпеда и определяем действительную скорость газа:
w = Lt / ( 0,785 * N * D² ), м/с (3.9)
отклонение от оптимальной скорости должно составлять не более 15%.
Определяем эффективность очистки воздуха в циклоне:
d50 = А , мкм (3.10)
х = (lg dm / d50) / , (3.11)
где: ρ - плотность частиц пыли кг/ м³; dm - средний диаметр частиц пыли мкм; lgσ - степень полидисперсности частиц пыли.
Потери давления в циклоне:
Р = ς ρ w² / 2 , Па (3.12)
где: ς - коеффициент гидравлического сопротивления циклона.
Таблица 3.4
Характеристики основных типов циклонов.
|
Параметри |
ЦН-11 |
ЦН-15 |
ЦН-15У |
ВЦНИИОТ |
ОЭКДМ |
Ц |
|
lgση w0 A Плотность пыли ρ, кг/м3 |
0,352 3,5 11,12 1800 |
0,352 3,5 13,71 1800 |
0,283 3,5 18,28 1800 |
0,32 4,0 28,0 800 |
0,25 1,1 5,29 2400 |
4,14 3,3 12,19 800 |
|
Диаметр, мм |
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 |
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 |
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 |
100 150 200 250 300 370 455 525 585 645 695 |
1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 3040 3400 - |
250 300 375 450 550 675 800 950 1150 1400 1500 |
Пример расчета циклона
Для очистки воздуха от пыли необходимо установить циклон Клайпеда.Оптимальная скорость газа в циклоне wопт =1,1м/с.
Рассчитываем необходимую площадь сечения циклона F, м²
F = Lt /3600 wопт =10120/3600*1,1=2,56 , м²
Определяем диаметр циклона, задаваясь количеством циклонов N=1:
D = = = 1,806 м
Принимаем ближайший нормируемый диаметр циклона Клайпеда и определяем действительную скорость газа:
w = Lt / ( 0,785 * N * D² ) = 2,56/(0,785*1,8²) =1,105 м/с
отклонение от оптимальной скорости составляет не более 0,5%.
Определяем эффективность очистки воздуха в циклоне:
d50 = А = 5.29 = 0,276 мкм
х = (lg dm / d50) / =(lg 100/ 0,276) / = 2,65
Ф(х) = 0,9959
Эффективность очистки воздуха в циклоне составила 99, 65%.
Потери давления в циклоне:
Р = ς ρ w² / 2 =1300 1,2 1,105² / 2 = 968 Па
где: ς - коеффициент гидравлического сопротивления циклона.
3.3 Выбор вентилятора
Общие затраты давления в установке определяются как сумма затрат давления (максимальных) на конечном участке, сборном и затрат давления в циклоне. При расчете сборных участков следует учесть, что скорость воздуха недолжна уменьшаться.
Нобщ = НКМ + Нсб + Нц (3.13)
где НКМ - затраты давления (максимальных) на конечном участке, Па;
Нсб - затраты давления на сборном участке, Па;
Нц - затраты давления в циклоне, Па.
Расход воздуха, что приходит на очистку, равняется:
Lобщ = ΣLк + Lп (3.14)
где Lк - расход воздуха, который отбирается от местного отсоса, м³/ч;
Lп - присос воздуха через неплотности оборудования, м³/ч.
Lп = 1,02*10 -4 *d * l * Н0.68 (3.15)
где l - длина участка, м.
На основе полученных величин Lобщ и Нобщ производится подбор вентиляторного агрегата.
Определим общие потери давления и расход воздуха в системе:
Нобщ = НКМ + Нсб + Нц = 1094 + (344 + 283) + 968 = 2689Па
Lобщ = ΣLк + Lп = 9900 + 1089 = 10989 м³/ч
По расходу и потерям давления воздуха подбираем вентилятор В ЦП6-45 ВРП 6,3 (исполнение 6).
Вентилятор:
Номер: 6,3;
Диаметр колеса,% DНОМ : 100;
Частота вращения nв, об/мин: 2000;
Двигатель:
Тип: 4А160S4
Мощность, кВт: 15;
Частота вращения nдв, об/мин: 1465;
Масса вентилятора (с двигателем), кг: 560.
|
1№ станка |
№ участка |
Станок или участок |
Марка станка |
Заданные величины |
Принимаемые величины |
||||||||||||
|
мин. L, м³/с, см. табл. 3.2 |
мин. v, м/с , см. табл. 3.2 |
l, м, см. схему задания |
Расчетный d, мм |
Расчетный v, м/с |
d, мм, см. табл. 3.1 |
Дин. .давл. Hд, Па. см. рис.2.5 |
λ/d см. табл. 3.1 |
Расходы по длине λ/d* l , Па |
Сума к.м.с. Σζ |
Σζ*Hд |
Нуч = (l * λ/D) + +(Σζ*Hд) |
Невязка, % |
К.м.с. диафрагмы |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|
3 |
1 |
Фрезерный карусельный |
Ф-2ВК |
840 |
17 |
16,7 |
132,23 |
19,02 |
125 |
221 |
36,3 |
606 |
2,21 |
488 |
1094 |
0 |
- |
|
3 |
2 |
840 |
17 |
14,5 |
132,23 |
19,02 |
125 |
221 |
36,3 |
526 |
2,21 |
488 |
1014 |
7,3 |
- |
||
|
3 |
3 |
Фрезерный карусельный |
Ф-2ВК |
840 |
17 |
9,3 |
132,23 |
19,02 |
125 |
221 |
36,3 |
338 |
2,21 |
488 |
826 |
24,6 |
1,22 |
|
3 |
4 |
840 |
17 |
8,1 |
132,23 |
19,02 |
125 |
221 |
36,3 |
294 |
2,21 |
488 |
782 |
28,5 |
1,41 |
||
|
22 |
5 |
Концеравнитель трехпильный dпилы=500мм |
ЦКЗ-2 |
840 |
15 |
18,2 |
140,77 |
15,17 |
140 |
140 |
20,5 |
372 |
2,41 |
338 |
710 |
35,1 |
2,74 |
|
22 |
6 |
840 |
15 |
14,4 |
140,77 |
15,17 |
140 |
140 |
20,5 |
295 |
2,66 |
373 |
668 |
39,0 |
3,04 |
||
|
22 |
7 |
840 |
15 |
13,2 |
140,77 |
15,17 |
140 |
140 |
20,5 |
270 |
2,41 |
338 |
608 |
44,4 |
3,47 |
||
|
22 |
8 |
Концеравнитель трехпильный dпилы=500мм |
ЦКЗ-2 |
840 |
15 |
13,2 |
140,77 |
15,17 |
140 |
140 |
20,5 |
270 |
2,41 |
338 |
608 |
44,4 |
3,47 |
|
22 |
9 |
840 |
15 |
14,4 |
140,77 |
15,17 |
140 |
140 |
20,5 |
295 |
2,66 |
373 |
668 |
39,0 |
3,04 |
||
|
22 |
10 |
840 |
15 |
13,6 |
140,77 |
15,17 |
140 |
140 |
20,5 |
278 |
2,41 |
338 |
616 |
43,7 |
3,41 |
||
|
25 |
11 |
Многопильный dпилы=300 мм |
ЦД-5 |
1500 |
15 |
9,6 |
188,11 |
16,38 |
180 |
164 |
17,3 |
166 |
2,66 |
435 |
602 |
45,0 |
3,01 |
|
- |
12 |
Участок к вентилятору |
- |
9900 |
17 |
13,0 |
453,95 |
17,30 |
450 |
183 |
6,1 |
79 |
1,45 |
265 |
344 |
- |
- |
|
- |
13 |
Участок от вентилятора к циклону |
- |
9900 |
17 |
15,0 |
453,95 |
17,30 |
450 |
183 |
6,1 |
92 |
1,05 |
192 |
283 |
- |
- |
Таблица 3.3 Аэродинамический расчет системы пневмотранспорта
Нсети = 1094+344+282=1821 Па
Гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки Рп , Па вычисляется
по формуле: Рп = К1*µ*wф + К2*τ*Свх* µ*wф² , Па (6.6)
Где К1 – коэффициент характеризующий сопротивление фильтрующей перегородки принимается по таблице 6.8; К1– коэффициент определяется в зависимости от медианного диаметра частиц по таблице 6.8;
µ - динамическая вязкость газов, Па*с; τ - длительность цикла фильтрования, с, принимается по таблице 6.8;
Свх - входная концентрация пыли в очищаемых газах г/м ³; wф - скорость фильтрования, м/с определяется по формуле;
Wф = V / (3600 *F) , (6.7)
Таблица 6.8 Значение параметров К1 , К2 , τ .
|
dч , мкм |
К1, м |
К2, м/кг |
τ , с |
|
20 |
1100*10 6 |
6,5*10 |
10 |
|
10 |
1500*10 6 |
16*10 |
20 |
|
3 |
2200*10 6 |
80*10 |
60 |
|
2,5 |
2400*10 6 |
100*10 |
90 |
Эффективность очистки газа %, в рукавном фильтре определяется по формуле:
= ((Свх – Свых)/ Свх ) * 100, % (6.8)
6.1 Пример расчета рукавного фильтра
Исходные данные : Расход очищаемых газов V =4560 м³/ч; температура очищаемых газов t = 60˚ C; концентрация пыли в очищаемых газах Свх = 1,0 г/м³; плотность пыли = 2,6*10 кг/м ³; медианный диаметр частиц пыли dч =10мкм. Требования к очищенному газу: содержание пыли Свых = 10 мг/м³ .
Решение: 1. По таблицам 6.1-6.6 определяем значение нормативной газовой нагрузки qн =7 м³/( м²*мин), коэффициенты С1 =1; С2=1,12; С3 = 0,9; С4 = 0,84; С5 = 0,95, согласно заданных исходных данных.
2. Находим удельную газовую нагрузку по формуле 6.2.
q = qн * С1* С2 * С3 * С4 * С5 = 7*1*1,12*0,9*0,84*0,95= 5,63 м³/( м²*мин)
3. Рассчитываем фильтровальную площадь рукавов по формуле 6.1.
Fф = V / 60*q =4560 / 60*5,63 = 13,5 м²
4. Принимаем для приведенных условий фильтр РЦИ-15,6-24 Гидравлическое сопротивление фильтра вычисляется по формулам 6.4-6.7;
5. Находим гидравлическое сопротивление перегородки для этого вначале по таблице 6.8 находим значение К1= 1500*106 м ; К2= 16*10 м/кг; μ=20*10Па*с; τ =20 с .
По формуле 6.7 находим
wф = V /(3600* Fф) = 4560 / (3600*15,6)= 0.08 м/с, подставляя эти значения в формулу 6.6 получим:
Рп = К1*μ* wф + К2* μ* τ* Свх * wф² = =1500*106*20*10*0,09+16*10*20*10*20*10*0,08² = 2700+40 = 2740 Па
6. Определяем скорость потока во входном патрубке из соотношения 6.5
wп = Vп/Fвх = 4560/(3600*0,135)= 9,4м/с где Fвх = 0,135 м² из табл. 6.7
7. Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата определяем по формуле 6.4 Рк =ζк*( ρг * wп ² / 2) = 2,5* ( 1,15*9,4² / 2)= 127 Па
8. Общее гидравлическое сопротивление рукавного фильтра получаем по формуле 6.3 Рф = Рп + Рк = 2740 +127 = 2867 Па
9. Эффективность пылеулавливания определяем по формуле 6.8
η = ((Свх - Свых ) / Свх )* 100 = ((1000-10)/1000)*100=99%
10. Количество входящей пыли рассчитываем по формулам 5.11-5.13
М1 = V *Свх = 1,27*10 = 12,7 г/с
М2 = М1 * η = 12,7*0,99 = 12,6 г/с
∆М = М1 - М2 = 12,7– 12,6 = 0,1 г/с
ВЫВОД:
1. Подобран рукавный фильтр РЦИ-15,6-24, площадь поверхности фильтрации F= 15,6 м² ;
2. Гидравлическое сопротивление фильтра Рф= 2867 Па;
3. Степень очистки фильтра η = 99%;
4. Расход входящей пыли составляет М1 =12,7 г/с, уловленной М2 =12,6 г/с, выбрасываемой в окружающую среду ∆М = 0,1 г/с.
7. Определение причин пылевыделений в перегрузочных комплексах
Многие технологические процессы сопровождаются пылевыделениями в окружающую среду. В первую очередь сюда можно отнести перегрузку и транспортирование, дробление, измельчение и просев сыпучих строительных материалов и многие другие операции. Места пылеобразования в транспортном и технологическом оборудовании, ограждают укрытиями, из которых отсасывается воздух местной вытяжной вентиляцией.
Пыль, образующаяся в рабочих зонах транспортного и технологического оборудования, может при определенных условиях поступать в помещение. Одна из основних причин выделения пыли – избыточное давление внутри укритий, образующееся от поступлення в них воздуха вместе с сыпучими материалами.
Избыточное давление внутри укрытий, возникающее от движения в них с большой окружной скоростью рабочих органов, приводит к формированию направленнях воздушных потоков. К такому оборудованию относят различные типы дробилок ударного действия, просеиватели, смесители.
При загрузке бункеров, емкостей в них также возникает избыточное давление, которое обуславливает выделение пыли. При равномерном поступлении в бункера материала, падающего с небольшой высоты, процесс протекает спокойно. Значительные давления возникают тогда, когда порция материала заполняет весь обьем закрытой емкости, например в дозировочных весах, весовыбойных апаратах.
Выброс крупных частиц пыли может происходить в результате сообщаемой частицам скорости, например при срыве их с движущихся частей механизмов (приводных и натяжных барабанов ленточных конвейров и др.). Расчеты показывают, что частицы размером менее 10 мкм почти мгновенно теряют сообщенную им скорость. Выделение пыли под влиянием первоначально сообщаемой ей скорости минимально.
В результате диффузии может выделяться только тонкодисперсная пыль. В этом случае она распространяется с небольшими скоростями, и при наличии других причин диффузией можно пренебречь.
При перемещении и обработке нагретых материалов в транспортном и технологическом оборудовании в укрытиях под воздействием тепла давление может перераспределиться и возникнуть избыточное давление, способное привести к выделению пыли и вредных примесей в помещении, наприер в сушильных агрегатах.
Таким образом, пыль из укрытий выделяется в основном вследствие воздушных течений, образующихся при поступлении потока эжектируемого (увлекаемого) воздуха в укрытие, при движении робочих органов оборудования, при вытеснении воздуха сыпучим материалом, а также в результате теплового действия.
7.1 Оценка герметичности укрытий
Для предотвращения выделения пыли из укритий необходимо при помощи местного отсоса создать в них разряжение, под действием которого в отверствиях образуется встречный воздушный поток, препятствующий поступленню пыли в помещение. Для мест загрузки конвейеров разряжение в укрытии определяют по выражению
На= Ку * vэж / 2 * p, (7.1)
Где Ку - коэффициент, учитывающий конструктивное оформление укритий и условия входа струи эжектируемого воздуха (Ку = 0,8…1,6) ; vэж –скорость эжектируемого воздуха при выходе из самотечного трубопровода, м/с; р – плотность воздуха, кг/ м³.
Если температура воздуха в укрытии превышает температуру окружающей среды, выделение пыли возможно вследствие действия теплового давления, величину которого рассчитывают по формуле
Нт = hy * (ρo – ρy) * g, (7.2)
Где hy – высота укрытия, м; ρo , ρy – плотность воздуха соответственно в помещении и в укрытии, кг/ м³; g – ускорение свободного падения (g = 9,81м/с²).
Вычисления, проведенные по формулам (7.1) и (7.2) при различных вариантах расположения оборудования, и экспериментальная проверка показали, что оптимальное значение разряжения в аспирационных укрытиях, должно быть 10-30 Па.
Для определения расхода аспирационного воздуха от укрытий можно принимать следующие величины разряжения: для емкостей и бункеров 10 Па; для конвейеров, сепараторов, смесителей и другого однотипного оборудования 20 Па; для норий, весовых дозаторов, весовыбойных аппратов 30 Па.
С учетом факторов, влияющих на формирование избыточных давлений в укрытиях, сформулированы общие требования к устройству аспирационных укрытий:
- наружные стенки укрытий распологают как можно дальше от зон повышенного давления, что позволяет более равномерно распределять давление на внутренние поверхности стенок. Этому способствует также увеличение вмести мости укрытия, большая вместимость помогает сгладить толчки воздуха, возникающие при пуске оборудования из-за неравномерной подачи материала;
- отсасывающие патрубки присоединяют к укрытию в таких его частях, которые не находятся непосредственно в зоне падения материала и где возможность увлечения его частиц апирационным воздухом наименшая. Конфигурация укрытия должна способствовать успокоению потока внутри укрытия и обеспечивать возможность рационального размещения отсасывающих патрубков. Подключать отсасывающий патрубок к укрытию лучше в зоне относительного успокоения потоков, устанавливая в случае необходимости защитные или отбойные плиты;
- укрытия разрабатывают с учетом создания максимально возможной герметизации; Необходимо предотвращать взметывание осажденных частиц материала струйками воздуха, засасываемого через неплотности укрытия. Кожух укрытия максимально удаляют от потока перегружаемого материала;
- принимают меры для снижения скорости входа материала в укрытие (уменьшают углы наклона самотечных трубопроводов, устанавливают отбойные плиты и т.п.). С целью предотвращения уноса материала скорость воздуха в отсасывающем патрубке принимают минимально возможной;
- укрытия не должны затруднять эксплуатацию и проведения ремонта обрудования, они должны быть прочными и в то же время легко разбираться.
В качестве примера рассмотрим насыпной лоток ленточного конвейера боковые стенки укрытия которого делают вогнутыми, чтобы удалить его элементы с неплотностями из зоны повышенного давления (рис.7.1,а). Чтобы уменьшить количество отсасываемого воздуха, укрытие мест разгрузки материала на конвейерную ленту выполняют с двойными стенками ( рис.7.1,б). Для снижения прогиба ленты вместе поступления материала поддерживающие ролики монтируют с меньшим шагом, устанавливают отбойную плиту, которая уменьшает скорость поступления материала на ленту. Предусматривают также жесткую поперечную перегородку до отсоса по ходу материала и уплотняющие фартуки. В проходных укрытиях (когда конвейерную ленту загружают из нескольких точек) уплотняющие фартуки устанавливают не только на выходе из укрытия, но и на входе. Все это уменьшает унос материала.
Для поддержания предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений необходимо исключить или максимально снизить выделения пыли через неплотности в оборудовании и емкостях. Достичь этого можно путем тсчательной герметизации укрытий и создания внутри оборудования и емкостей определенного вакуума.
Так как осуществить полную герметизацию оборудования практически невозможно, то необходима оценка существующего уровня герметизации применяемых укрытий машин. В качестве критерия уровня герметизации предложен коэффициент аэродинамического сопротивления машин, который определяют из формулы
К = Нм / Lн , (7.3)
Где Нм - аэродинамического сопротивления машин, Па; Lн - объем отсасываемого воздуха от машин м³/с; n – показатель степени.
Рис.7.1 Схемы укрытий мест разгрузки материала на ленточный конвейер:
а – укрытие с плокими (а1) и вогнутыми (а2) : 1- самотечный трубопровод;
2 – укрытие; 3 – отсасывающий патрубок; 4 – уплотняющие фартуки; 5 – уплотняющие полосы; 6 – лента; б – укрытие с двойными стенками; 1 – отбойная плита; 2 – поперечная перегородка; 3 – внутренние стенки; 4 – уплотнение. отсасываемого воздуха от машин м³/с; n – показатель степени.
Аэродинамическое сопротивление машины можно выразить через скорость воздуха в неплотностях, если принять, что аспирируемый объем воздуха поступает через неплотности. В таком случае
Lн = vн * Fн , (7.4)
Где vн - скорость воздуха в неплотностях машины, м/с; Fн – площадь неплотностей, м².
Принимая разность давлений воздуха по обеим сторонам стенки укрытия оборудования равной разряжению в нем, получим формулу
Нм = ζ* ρ * vн ² / 2, (7.5)
Где ζ – коэффициент сопротивления движению воздуха через неплотности, (рекомендуется 2,4); ρ – плотность воздуха (ρ = 1,2 кг/м³ ), откуда
vн = 2 Нм / ζ* ρ = 0,84 Нм , (7.6)
Из выражений (7.4) и (7.6) находим площадь неплотностей
Fн = Lн / 0,84 Нм = Lн / 0,84 К Lн , (7.7)
Так как для большинства оборудования перегрузочных комплексов n = 2, то
Fн = 1 / 0,84 к = 1,2 / к , (7.8)
К = 1,44 / Fн ² , (7.9)
Из выражения (7.9) следует, что аэродинамический коэффициент является функцией неплотности.
Для предотвращения выхода пыли через щели и неплотности укрытий оборудовния рекомендуется поддерживать в нем разрежение: 20 Па для стабильных условий работы оборудования и 30 Па – для пульсирующего. К условно стабильным относят цепные и ленточные конвейеры, шнеки, очистное оборудование, емкости. К пульсирующим – весовое оборудование, нории, дозирующее оборудование [15]. Значение коэффициента К для машин и оборудования рассчитывают по формуле:
К = Нм / Lн², (7.10)
Герметичность оборудования оценивается по величине коэффициента К следующим образом:
Значение К Степень герметизации
> 1000 высокая
400…100 средняя
< 400 низкая
7.2 Эжекция воздуха сыпучим материалом
Перемещение сыпучих материалов воздушной среде вызывает ее противодействие. В результате действия сил аэродинамического сопротивления, например в пневмотранспортных материалопроводах происходит перемещение сыпучих материалов. А при гравитационном падении твердых частиц проявляется их эжекционное действие, т.е. увлечение воздуха движущимися частицами.
На перегрузочных комплексах предприятий стройиндустрии протяженность самотечных трубопроводов составляет многие сотни метров. Поэтому необходимо знать и направленно использовать эжектирующее действие сыпучих материалов в самотечных трубопроводах.
Значение эжекционного давления воздуха, обусловленного гравитационным перемещением сыпучих материалов по самотечным трубопроводам, можно определить по формулам:
для вертикального самотечного трубопровода
Нэв = G/F* [ g *h/wc – (wk – wo) * λм * h/D * wc], (7.11)
для наклонного самотечного трубопровода
Нэн = λн * S * ρ wc²/2 * 1/Fc, (7.12)
Где G – массовый расход материала, кг/с; F – площадь поперечного сечения самотечного трубопровода, м²; wо ,wc , wk – начальная, средняя и конечная скорости движения материала, м/с; h – высота падения продукта, м; D – диаметр самотечного трубопровода, м; S – площадь поверхности контакта материала и воздуха, м²; λм, λн – коэффициенты трения между частицами материала и стенками самотечного трубопровода и между потоками материала и воздуха.
Эжекционное давление расходуется на перемещение и поддержание разности давлений воздуха между концами самотечного трубопровода, т.е.
Нэ = Нв + ∆Н, (7.13)
При отсутствии движения воздуха в самотечном трубопроводе величина эжекционного давления будет равна разности давлений воздуха между концами трубопровода и может бать измерена с помощью манометра.
Объем эжектируемого по самотечным трубопроводам воздуха можно определить по формуле
Lэ = F√ 2(Нэ - ∆Н)/ (λ*b/D +∑ξ) ρ, (7.14)
Где b, D -длина и диаметр самотечного трубопровода, м; λ, ξ – коэффициенты аэродинамического сопротивления прямолинейных и местных участков самотечного трубопровода.
Из зависимостей (7.11), (7.12), (7.14) следует, что величина эжекционного давления и объемов перемещаемого по самотечным трубопроводам воздуха зависит от их параметров, физико- механических свойств материала и степени герметизации самотечного трубопровода.
Статическое давление внутри самотечных трубопроводов распределяется следующим образом: вверху – разряжение, внизу – избыточное. Для снижения объемов эжектируемого воздуха необходимо уменьшить скорость движения материала, увеличить его удельный массовый расход и максимально герметизировать самотечный трубопровод.
Для расчетов в таблице 7.1 приведены объемы эжектируемого воздуха для вертикальных самотечных трубопроводов [15].
При определении объемов эжектируемого воздуха в наклонных самотечных трубопроводах вышеуказанные значения объемом воздуха необходимо умножить на коэффициент а, значение которого зависят от угла наклона самотечного трубопровода к горизонтальной плоскости см. таблица 7.2.
Таблица 7.1 Объемы эжектируемого воздуха по вертикальным самотечным трубопроводам движущимся сыпучим материалом, м³/ч.
|
Высота трубы, м. |
Массовый расход, т/ч |
|||
|
20 |
30 |
40 |
60…100 |
|
|
2 |
120 |
140 |
150 |
160 |
|
4 |
175 |
220 |
270 |
300 |
|
8 |
270 |
315 |
390 |
470 |
|
12 |
560 |
640 |
735 |
910 |
|
15 |
640 |
770 |
910 |
1100 |
Таблица 7.2 Коэффициент а, значение которого зависят от угла наклона самотечного трубопровода к горизонтальной плоскости.
|
Угол наклона, град |
85-90 |
75 |
65 |
45 |
|
Коэф. а |
1,0 |
0,6 |
0,52 |
0,4 |
7.3 Объемы аспирируемого воздуха
Предприятия стройиндустрии представляют собой совокупность транспортно–технологических линий и включают средсва разгрузки-погрузки железнодорожных вагонов, автомобилей, судов, бункера и склады, систему автоматизированного контроля и управления производственным процессом.
Как известно пылевыделение возможно из укрытий оборудования в местах избыточного давления воздуха. Установлено, что статическое давление воздуха изменяется по всему самотечному трубопроводу и протяженному укрытию (цепному и ленточному конвейерам, нории) при отсосе из них воздуха. Поэтому путем отсоса воздуха даже в одной точке можно создать разряжение в оборудовании практически любой точке герметизированной транспортно–технологической линии.
Объем воздуха , подлежащий отсосу в аспирационную сеть (Lа), рассчитывают по условиям баланса прихода и расхода воздуха:
Lэ + Lн = Lа + Lун + Lвыт, (7.15)
где Lэ – объем воздуха, поступающий в машину вместе с материалом по самотечным трубопроводам; Lн - объем воздуха, поступающий через неплотности за счет разряжения в машине; Lун - объем воздуха, увлекаемый материалом из машины по самотечным трубопроводам; Lвыт - объем воздуха, вытесняемый накапливающимся в машине (бункере) материалом.
Анализ формулы для расчета объемов аспирируемого воздуха показывает, что составляющие объемов воздуха от площади поперечного сечения, от герметичности и протяженности подводящих и отводящих самотечных трубопроводов, величины разряжения в укрытии оборудования и степени его герметичности, физико-механических свойств перерабатываемых материалов и их массового расхода.
Расчеты показывают, что средние скорости движения эжекционного воздуха в самотечных трубопроводах не превышают 4…5 м/с, а в укрытиях норий и цепных конвейеров 2…3 м/с. При таких незначительных скоростях ародианмическое давпение в коробе цепного конвейера типа ТСЦ-100 (длиной 50м) или труба нории (высотой 40м) составляет 20…50 Па. Для практических расчетов можно принять удельные потери давления на перемещение воздуха в цепних конвейерах и норийных трубах равными 1Па на 1м.
Данные полученные по эжеционному давлению воздуха в самотечных трубопроводах, позволяют рекомендовать для инженерных расчетов их аэродинамического сопротивления при противотоке воздуха и сыпучего материала потери давления, равными 50 Па в вертикальних самотечных трубопроводах высотой до 1 м и наклонных – до 2 м [15]. С учетом принятых положений можно принципиально изменить и существенно упростить компоновку аспирационных сетей предприятий стройиндустрии.
Приемные бункера на линии приемки сыпучего сырья из железнодорожных вагонов, автомобилей, судов являються очагом повышенного пылевыделения. Трудности локализации этих очагов связаны с большой открытой площадью приемных бункеров и неуправляемым воздействием атмосферного воздуха (ветра).
7.4 Пример компоновки и расчета аспирационной систем
Рассмотрим принципиальные аспирационные транспортно–технологические системы предприятий стройиндустрии . Состав оборудования линии приемки сыпучего сырья из железнодорожных вагонов, автомобилей, судов включает разгрузочное средство, бункер, конвейер, норию, конвейер. Пылевоздушные потоки образуются в основном на следующих участках: транспортное средство – бункер, бункер – конвейер, конвейер – нория, в нории самотечном трубопроводе на участе нория - цепной конвейер. Соответственно этому в укрытиях образуются зоны повышенного и пониженного давления воздуха.
На Рис.7.2 показана схема подключения к аспирационной системе оборудования участка разгрузки железнонодрожного вагона.
Отсос воздуха можно осуществлять двумя способами: первый – подключить к аспирационной сети все места повышенного давления: бункер, конвейер, норию, цепной конвейер; второй - подключить к аспирационной сети бункер, норийные трубы и конвейер. При втором способе протяженность воздуховодов существенно уменьшается, а количество пыли, увлекаемой аспирационным воздуховодом, снижается, что обуславливает предпочтительность вторго способа.
Для нашего примера площадь живого селения решетки над приемным бункером дожна бать минимальной. Открытыми должны бать только те участки через которые сыпучий материал из транспортних средств поступает в приемный бункер. Для уменьшения площади контакта падающего потока материала с воздухом и уменьшением объема эжектируемого воздуха следует применять откидные уплотнительные щиты.
Рис.7.2 Схема подключения к аспирационной системе оборудования участка разгрузки железнонодрожного вагона : 1- железнонодрожный вагон; 2 - бункер; 3 – конвейер; 4 – нория; 5 - цепной конвейер; 6 - аспирационная сеть; 7- уплотнительные щиты.
Объем аспирируемого воздуха из приемного бункера определяют по формуле баланса прихода и расхода воздуха
При максимальном массовом расходе материала 100т/ч и высоте падения 2м см. Табл. 7.1 Lэ = 160 м³/ч; vн - скорость воздуха в отверствиях, 0.2м/с; Fн–площадь неплотностей приемного бункера, 3м²; Gм – объемная масса материала, 46м³; t – время разгрузки, 180с; получим:
Lа бун = 160 + ((0,2 * 3)*3600) + ((46 / 180)*3600) = 3240 м³/ч
Значения объемов аспирируемого воздуха из нории НЦ-100 (рабочая и холостая трубы) и цепногно конвейера ТСЦ-100 получены из нормативной документации [12] :
Lа нор. раб.= 450 м³/ч; Lа нор. хол.= 450 м³/ч; Lа цеп = 420 м³/ч;
Для всей аспирационной системы:
Lа = 3240 + 450 + 450 + 420 = 4560 м³/ч;
Величина давления в аспирационном патрубке приемного бункера с учетом ежекционного давления создаваемого сыпучим материалом при высоте падения 2м и насыпном лотке составляет:
На бун = 50 + 50 = 100Па
Давление в каждом из аспирационных патрубков нории с учетом ежекционного давления в сбрасывающей коробке конвейера составляет:
На нор = 30 + 50 = 80Па
Давление в аспирационного патрубка цепного конвейера с учетом ежекционного давления в наклонном самотеке до 2м и разряжении в бункере составляет: На цеп = 50 + 50 + 30 = 130Па
Получив исходные данные и скомпоновав аспирационную систему выполним аэродинамический расчет системы производительностью
Lа = 4560 м³/ч; см.рис 7.2, которую отображаем на плане цеха в такой последовательности:
1. Производится нанесение воздуховодов и других элементов системы аспирации на план помещения, с последующим конструированием пространственной (аксонометрической) схемы аспирации.
2. Выбирается магистральное направление движения воздуха. Магистральным считается наиболее протяженное или нагруженное направление от вентилятора до начальной точки первого участка системы.
3. Разбивается система на участки с постоянным расходом воздуха, участки нумеруются, начиная с наиболее отдалённого от вентилятора, вначале по магистрали, а затем по ответвлениям. Определяют длину участков и расход воздуха и вносят эти значения в таблицу 7.3 графы 1, 2, 3.
4. Предварительно задаёмся ориентировочной скоростью воздуха vор, м/с, на участке 1 воздуховода (в зависимости от скорости витания заданной пыли 8-14 м/с). Исходя из планировочных требований принимаем форму воздуховода и материал, из которого он изготовлен (круглый, из оцинкованной стали). Потери давления в цепном конвейере, присоединенного к участку 1, заносим в табл.5.3 первой строкой. Для определения потерь давления в участке 1 соединяем прямой линией по номограмме рис. 7.4 точки Lа цеп = 420 м³/ч;
и v =10,5 м/с на пересечении этой прямой со шкалой D находим ближайший меньший рекомендуемый диаметр D=125 мм, величины v =10,5 м/с, Hд =67 Па, λ/D=0,18 заносим в графы 3, 6, 8.
5. Производим суммирование коэффициентов местных сопротивлений на участке ( тройники, отводы. и т.д. ) выбранных по [10]. Полученный результат Σ ζ записываем в графу 5.
6. Производим умножение , ( 1* λ/D) заполняем графу 9, сложение (1* λ/D + Σ ζ) заполняем графу 10 . Графу 11 (общие потери на участке ) находим как произведение величин, записанных в графах 6 и 10. В графу 12 записываем сумму общих потерь на 1 участке и потерь давления в в цепном конвейере.
Аналогично проводим расчеты остальных магистральных участков.
7. По окончании расчётов суммируем полученные величины и получаем суммарные потери давления в сети, которые служат критерием для подбора вентилятора.
8. Рассчитав потери давления по магистрали, приступаем к расчёту потерь давления на ответвлениях. При расчёте которых необходимо осуществить увязку, расхождение допускается не более 10 % [11].
9. Увеличивать потери давления в ответвлениях можно двумя способами. Первый способ – установка в ответвлении дополнительного местного сопротивления ( задвижки, диафрагмы, шайбы ). Второй способ – уменьшение диаметра ответвления.
В рассматриваемом примере следует повысить сопротивление 7-го участка на величину Нс = 237- 186,7 = 50,3 Па , а 8-го на – Нс = 373 - 187,7 = =185,3 Па , а 9-го на – Нс = 460 - 157,8 = 302,2 Па. На 7 и 8 участках это можно осуществить установив дополнительно местные сопротивления т.к. диаметр трубы уже 125 мм. Величину коэффициента сопротивления диафрагмы, установленной на участке 7 определяем по выражению :
ζд7 = Нс / Нд7 = 50,3 / 74,1 = 0,68 (7.17)
По этой величине на рис. 7.3 определяем глубину погружения диафрагмы в воздуховод к его диаметру – а / D = 0,36, при D =125 мм а = 43.75мм. Аналогично для участков 8 и 9: ζд8 = Нс / Нд8 = 185,3 / 74,1 = 2,5 по рис. 5.3 определяем - а / D = 0,53, при D =125 мм а = 66,3мм; ζд9 = Нс / Нд9 = 302,2 / 74,1 = 4.1 по рис. 7.3 определяем - а / D = 0,59, при D =315 мм а = 186мм;
Рис.7.3 Односторонняя диафрагма (а) и сдвоенная шкала для расчета размеров (б)
Рис.7.4 Номограмма А.В.Панченко [11] для расчета воздуховодов.
Таблица 7.3
Аэродинамический расчет воздуховодов.
Магистральные участки
|
Номер участка и наим. машин |
L м³/с |
v м/с |
l, м |
Σ ζ |
Hд, Па |
D, мм |
λ/D |
l* λ/D |
l* λ/D+Σζ |
Прир. пол-ного давле-ния уч-ка, Па |
Пол-ное давле-ние участка, Па |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
Цепной конв. |
0,12 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
130 |
130 |
|
Уч-к 1 |
0,12 |
10,5 |
5 |
0,7 |
67 |
125 |
0,18 |
0,9 |
1,6 |
107 |
237 |
|
Уч-к 2 |
0,242 |
10,5 |
3 |
0,3 |
67 |
180 |
0,12 |
0,36 |
0,69 |
136 |
373 |
|
Уч-к 3 |
0,37 |
11 |
7 |
0,6 |
74,1 |
200 |
0,09 |
0,63 |
1,18 |
87,4 |
460,4 |
|
Уч-к 4 |
1,27 |
11,8 |
7 |
0,1 |
88,2 |
355 |
0,04 |
0,31 |
0.4 |
34,8 |
495,2 |
|
Уч-к 5 |
1,27 |
11,8 |
8 |
0,6 |
88,5 |
355 |
0,04 |
0,36 |
0.57 |
50,5 |
545,6 |
|
Нагнетающий Уч-к 6 |
1,27 |
11,8 |
7 |
1 |
88,5 |
355 |
0,04 |
0,31 |
1,32 |
116,4 |
116,4 |
|
ответвления |
|||||||||||
|
Нория |
0,125 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
80 |
80 |
|
Участок 7 |
0,125 |
11 |
7 |
0,23 |
74,1 |
125 |
0,17 |
1,21 |
1,44 |
106,7 |
186,7 |
|
Нория |
0,125 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
80 |
80 |
|
Участок 8 |
0,125 |
11 |
7 |
0,2 |
74,1 |
125 |
0,17 |
1,25 |
1,45 |
107,7 |
187,7 |
|
Приёмный бункер |
0,9 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
100 |
100 |
|
Участок 9 |
0,9 |
11 |
10 |
0,18 |
74,1 |
315 |
0,06 |
0,6 |
0,78 |
557,8 |
157,8 |
7.7 Выбор вентилятора
Выбор вентилятора аспирационной системы осуществляется по давлению Рв, полученному в результате аэродинамического расчета системы аспирации, подбора циклона или фильтра, а так же по расходу воздуха L равного сумме объемов воздуха, необходимых для аспирации всего оборудования и присоса через неплотности. Требования к устанавливаемому вентилятору можно выразить формулами:
Рв = Рвак + Рп + Рнаг, (7.1)
Где Рв – требуемое давление вентилятора, Па;
Рвак – суммарное сопротивление аспирационной сети по магистральному направлению, Па;
Рп – гидравлическое сопротивление пылеотделителя, Па;
Рнаг - сопротивление аспирационной сети по магистральному направлению на нагнетание, Па;
L = Lо + Lпр , (7.2)
Где L – требуемый расход воздуха, м³/ч;
Lо – суммарный расход воздуха от оборудования, м³/ч;
Lпр – присос воздуха через неплотности оборудования, составляет 0,11* Lо, м³/ч;
В рассматриваемом примере:
Рв = 545,6 + 2894,1 + 116,4 = 3164,9 Па;
L = 4560 + (4560 * 0,11) = 5061,6 м³/ч;
По таблице 7.4 выбираем вентилятор ВРП 5,0 производительностью L =5061,6 м³/ч, давлением Рв = 3165 Па, мощность электродвигателя N=18,5 кВт, частота вращения n = 3000 об/мин.
Таблица 7.4
Пылевые вентиляторы ВЦП 5-45, ВРП
|
Типоразмер вентилятора |
Мощность, кВт |
Частота вращения вала, об/мин. |
Производ-ительность, тыс. м³/ч |
Полное давление, Па |
|
ВРП-2,5 |
0,75 1,1 |
3000 3000 |
1,1 1,5 |
1200 1500 |
|
ВРП-3,15 |
1,5 2,2 3,0 |
3000 3000 3000 |
1,0-1,6 1,65 2,2 |
1620-1500 1700 1800 |
|
ВРП-4,0 |
3,0 4,0 4,0 5,5 |
1500 1500 3000 3000 |
1,15-2,3 1,15-2,3 3,1 4,25 |
650 650 2800 2900 |
|
ВРП-5,0 |
2,2 3,0 18,5 7,5 11,0 18,5 |
1500 1500 3000 3000 3000 3000 |
2,3-4,5 2,3-4,5 4,5-9,0 3,3-6,7 3,7-7,6 4,5-9,0 |
1000-720 1000-720 4100-2900 2200-1550 2800-2000 4100-2900 |
|
ВРП-6,3 |
5,5 7,5 11,0 15,0 30,0 |
1500 1500 1500 1500 3000 |
4,5-9,2 4,5-9,2 5,2-10,5 5,5-11,4 6,6-13,7 |
1600-1150 1600-1150 220-1550 2500-1750 3700-2600 |
|
ВРП-8,0 |
7,5 15,0 18,5 22,0 30,0 11,0 15,0 18,5 30,0 37,0 45,0 |
1000 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 |
6,2-12,5 12,2 13,9 9,3-17,0 9,3-18,5 7,0-14,0 8,0-16,0 8,5-17,0 9,8-20,0 10,5-22,0 11,0-23,0 |
1150-830 2400 2500 2600-2000 2600-1900 1500-1100 1900-1350 2300-1700 2900-2150 3450-2450 3800-2700 |
Таблица 7.5
Габаритные размеры вентилятора ВРП.
|
Обозначение вентилятора |
H max |
H1 |
A |
B |
L max |
L1 |
K1 |
K2 |
|
ВРП-3.15.1 |
540 |
210 |
162 |
490 |
428 |
92 |
115 |
190 |
|
ВРП-4.1 |
663 |
277 |
174 |
619 |
551 |
127 |
150 |
237 |
|
ВРП-5.1 |
782 |
320 |
213 |
760 |
590 |
140 |
190 |
307 |
|
ВРП-6,3.1 |
994 |
394 |
315 |
960 |
700 |
170 |
230 |
378 |
Рис. 7.5 Вентилятор ВРП.
Литература
1. Закон України «Про охорону атмосферного повітря». - К.: 1992. - 8с.
2. СНИП 2.04.-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. -М.: Стройиздат, 1992. -69 с.
3. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. / М:, 1983.-136с.
4. ДБН В.1.1-7-2002. Пожарная безопасность объектов строительства. / Киев, 2003. -127с.
5. ДБН В.2.6-31: 2006. Теплова ізоляція будівель. / МінБуд України, Київ, 2006. -78с.
6. СН 245-91. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. -М.: Стройиздат, 1992. -105 с.
7. Ратушняк Г.С., Лялюк О.Г. Засоби очищення газових викидів. – Київ ІВНВКП «Укргеліотех», 2009 -204 с.
8. Стоянов Н.И., Зайцев О.Н., Афтанюк В.В. Практикум по защите воздушного басейна – Одесса. 2000 – 57 с.
9. Омельченко М.Я. Навчальний посібник по виконанню курсових і дипломних проектів з опалення і вентиляції цехів промислових будинків – Одеса: Астропринт, 2002. – 180с.
10. Староверов И.Г. Справочник проектировщика „Внутренние санитарно – технические устройства ч.2. Вентиляция . – м. : Стройздат, 1977. – 510с.
11. Щекин Р.В. и др. Справочник по теплоснабжению и вентиляции . Кн 2 Вентиляция и кондиционирование воздуха . – Москва : Стройздат , 1976. – 430с.
12. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий под. ред. Дзядзио А.М. -М.: «Колос», 1992. -375 с.
13. Володин Н.П. и др. Справочник по аспирационным и пневмотранспортным установкам. -М.: «Колос», 1994. -288 с.
14. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.3и Ч.4 Вентиляция и кондиционирование воздуха под. ред.Павлов Н.Н. и Шиллер Ю.И. –М.: Стройиздат, 1992 -411 с.
15. Дмитрук Е.А. Борьба с пылью на комбикормовых заводах. – М.: Агропромиздат, 1987 -85
Приложение 1.
Приложение 2.
Исходные данные для расчета контрольной работы.
|
Расход газа от 5-8ед.оборуд. Lo , м³/с |
Первая буква фамилии |
|||||||||
|
А,Б |
В |
Г |
Д |
Е,Ж |
З,И |
К |
Л |
М |
Н |
|
|
1,75 |
2,0 |
2,25 |
2,5 |
2,75 |
3,0 |
3,25 |
3,5 |
3,75 |
4.0 |
|
|
О |
П |
Р |
С |
Т,У |
Ф,Х |
Ц,Ч |
Ш,Щ |
Э,Ю |
Я |
|
|
1,3 |
1,5 |
2,3 |
2,6 |
2,8 |
3,3 |
3,4 |
3,8 |
3,9 |
4,2 |
|
|
Вторая буква фамилии |
||||||||||
|
Концентрация пыли на входе Свх, г/м³ |
А,Б |
В |
Г |
Д |
Е,Ж |
З,И |
К |
Л |
М |
Н |
|
2 |
3 |
4 |
1.9 |
1,5 |
2 |
3 |
2,6 |
3.2 |
3,1 |
|
|
О |
П |
Р |
С |
Т,У |
Ф,Х |
Ц,Ч |
Ш,Щ |
Э,Ю |
Я |
|
|
2,5 |
2,7 |
3,3 |
3,5 |
1,7 |
1,8 |
2,2 |
2,3 |
2,8 |
2,9 |
|
|
диаметр частиц dч ,мкм |
10 |
15 |
2,5 |
3,5 |
25 |
35 |
80 |
90 |
100 |
110 |
|
Вид пыли |
опилки |
песок |
цемент |
зола |
уголь |
|||||
|
Третья буква фамилии |
||||||||||
|
Температура газа, t ˚ C |
А,Б |
В |
Г |
Д |
Е,Ж |
З,И |
К |
Л |
М |
Н |
|
21 |
27 |
32 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
|
|
О |
П |
Р |
С |
Т,У |
Ф,Х |
Ц,Ч |
Ш,Щ |
Э,Ю |
Я |
|
|
20 |
22 |
30 |
33 |
40 |
47 |
48 |
70 |
75 |
80 |
|
|
Концентрац. Пыли на выходе Свых,мг/м³ |
1,5 |
1,7 |
2 |
2,5 |
2 |
1,7 |
1,5 |
2 |
1,5 |
1,7 |
Приложение 3.
Планы и разрезы перегрузочных комплексов.
(Номер варианта выбирается по последней цифре зачетной книжки).
Вариант № 1
Вариант № 2
Вариант № 3
Вариант № 4
Вариант № 5
Вариант № 6
Вариант № 7
Вариант № 8
Вариант № 9
Вариант №10
PAGE 32