ПРОВЕДЕННЯ РОЗРАХУНКУ

Розрахунок рекомендується проводити в наступній послідовності:

1. Компонують вентиляційну схему.

В приточних вентиляційних системах повітряпроводи служать для розподілу чистого повітря, яке подається в приміщення в місця повітряраздачі, у витяжних системах, навпаки, - для збору забрудненого повітря в місцях повітрявидалення і подачі його до витяжного вентилятора з наступним викидом через очисні пристрої чи без них в атмосферу.

У виробничих будинках застосовують повітряпроводи, що виготовляються з металу, в адміністративних і суспільних - з металу або з будівельних конструкцій, у житлових - тільки неметалічні.

Більшість повітряпроводів виготовляють з покрівельної тонколистової сталі. Ці повітряпроводи за видом перерізу можуть бути круглими перед прямокутними - вони більш міцні при однаковій товщині металу, менш трудомісткі і для їхнього виготовлення потрібно на 18-20% менше металу. Застосовують круглі повітряпроводи насамперед у виробничих будинках.

Переваги прямокутних повітряпроводів полягають в тому, що вони краще вписуються в інтер'єр адміністративних і суспільних будинків. У ряді випадків їх застосовують при прокладці через зони з обмеженою висотою (у низьких приміщеннях, у просторі над підшивними стелями і т.д.).

Все різноманіття конфігурацій повітряпроводів вентиляційних систем виконується з обмеженого ряду деталей (рис. 1).

Перетин, конфігурація і розміри деталей визначаються СНиП 2.04.05- 91 «Опалення, вентиляція і кондиціонування повітря». СНиП передбачає наступні розміри діаметрів круглих повітряпроводів, мм: 100. 125, 160, 200, 250, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000; для систем аспірації і пневмотранспорту використовується додатково діаметр 110 мм.

Товщину сталі для повітряпроводів, по яких переміщається повітря з температурою не більш 80°С, варто приймати:

діаметр

100 – 200 мм	0,5	900 – 1250 мм	1,0 мм
250 – 450 мм	0,6	1400 – 1600 мм	1,2 мм
500 – 800 мм	0,7	1800 і більше	1,4 мм

 

Рис. 1 – Елементи круглих повітряпроводів.

а – пряма ділянка; б, в – відводи для загальобмінних систем вентиляції; г – відвід для системи аспірації пневмотранспорту; д, е, ж – вузли відгалуження (трійники) для загальобмінних систем; з – трійник для систем аспірації і пневмотранспорту; і – перехід

 

Рис. 2 - Елементи прямокутних повітряпроводів.

а - пряма ділянка; б, в - відводи; г, з - вузли відгалуження (трійники); д - хрестовина; ж - уніфікований перехід.

 

При переміщенні повітря з температурою понад 80^оС повітря, що містить механічні домішки або агресивні речовини, для повітряпроводів допускається застосування тонколистової сталі понад 1,4 мм.

Для агресивного середовища, наприклад, місцевої витяжної вентиляції в гальванічних і травильних цехах, рекомендується застосовувати вініпласт. Однак його застосування обмежене температурою 65^оС.

1.При компонуванні вентиляційної схеми необхідно уніфіковані трійники орієнтувати так, щоб витрата повітря в бічному відгалуженні була не більше витрати його в прохідній частині трійника.

2. Будують аксонометричну схему вентиляційної системи.

3. Визначають навантаження окремих розрахункових ділянок.

4. Для цього систему розбивають на окремі ділянки. Розрахункова ділянка характеризується постійною по довжині витратою повітря і параметрами перерізу. Границями між окремими ділянками служать трійники чи переходи.

5. Вибирають основний (магістральний) напрямок. Для цього вибирають найбільш протяжний ланцюг послідовно розташованих розрахункових ділянок чи найбільш навантажену. Нумерацію ділянок магістралі звичайно починають з ділянки з меншою витратою. Для витяжної системи з гравітаційним спонуканням повітря як магістральний напрямок приймають найбільш протяжний ланцюг ділянок від жалюзійних ґрат верхнього поверху.

6. Попередньо намічають швидкості руху повітря v_p, на ділянках, з огляду на наступні рекомендації: 4-6 - у кінцевих ділянках, 6-8 - у повітряпроводах, безпосередньо з'єднаних з кінцевими ділянками, 8-10 - у повітряпроводах, не зв'язаних безпосередньо з кінцевими ділянками і віддалених від вентиляційного агрегату, 10-13 - у ділянках, близьких до вентиляційного агрегату, але безпосередньо не з'єднаних з ним, 14-15 - у ділянках, безпосередньо з'єднаних з вентиляційним агрегатом.

7. Визначають орієнтовану площу поперечного перерізу повітряпроводів

,

При використанні круглих повітряпроводів остаточно їхні діаметри приймають після зіставлення з діаметрами уніфікованих трійників.

8. З урахуванням площі прийнятого стандартного повітряпровода визначаємо фактичну швидкістьна кожній ділянці.

.

9.Визначаєм динамічний тиск повітря на кожній ділянці повітряпроводу

,

де ρ = 1,2 кг/м³ - щільність повітря при нормальних умовах.

10. Визначаємо питому втрату тиску повітря на тертя об стінки повітряпровода R, Па/м на кожній з ділянок. Для прямокутних повітряпроводів з розмірами а*b розрахунок проводитися по еквівалентному діаметру й еквівалентній швидкості v_экв відповідної ділянки. Значення їх визначаються за наступними залежностями

,

При визначенні R для ділянок прямокутного повітряпровода необхідно визначати значення втрати тиску при v_экв і d_экв не приймаючи в увагу фактичну витрату повітря.

Питомі втрати тиску можна визначитиза наступними залежностями:

,

де d - діаметр, чи еквівалентний діаметр d_экв для повітряпровода прямокутного перерізу;

λ — коефіцієнт гідравлічного тертя, визначається по універсальній формулі Альтшуля.

,

де к_ш - абсолютна шорсткість стінок повітряпроводів;

- число Рейнольдса,

v - швидкість чи еквівалентна швидкість v_экв руху повітря у воздуховоді;

11. Визначаємо повні втрати тиску повітря на тертя на кожній з ділянок повітряпроводів.

,

де l — довжина відповідної ділянки,

β_ш - коефіцієнт, що враховує фактичну шорсткість стінок повітряпровода в залежності від швидкості рухові повітря в перетині й абсолютній шорсткості стінок воздуховода к_ш.

12. Визначаємо втрати тиску на місцевих опорах трубопроводу.

,

де Σξ — сума коефіцієнтів місцевих опорів повітряпроводів.

13. Визначаємо загальні втрати тиску в системі.

де Н_об - втрати тиску у вентиляційному устаткуванні (колориферах, фільтрах і ін.)

Для систем з механічним спонуканням повітря за значенням загальних втрат тиску в системі визначається необхідний тиск вентилятора.

14. Роблять ув'язування інших ділянок.

Ув'язування інших ділянок (відгалуджень) проводять, починаючи з найбільш протяжних відгалуджень. Методика ув'язування відгалуджень аналогічна розрахунку ділянок основного напрямку. При ув'язуванні відгалудження відома втрата тиску в ньому, рівна втратам тиску в магістралі від загальної точки до входу чи виходу повітря в атмосферу:

Розміри перетинів відгалужень вважаються підібраними, якщо відносна нев’язка втрат у рівнобіжних ділянках не перевищує 15%:

Нев’язку тисків можна усунути шляхом переходу кінцевої ділянки на менший діаметр чи використовувати дросселюючу вставку (діафрагму, дросель-клапан). Коефіцієнт її опору складе

де р_дуч динамічний тиск на ділянці.

15. Підбір вентиляційних пристроїв. Підбір жалюзійних ґрат для притоку і витяжки повітря з приміщення проводитися з урахуванням рекомендованих швидкостей руху повітря в перерізі жалюзійних ґрат: 1-2 м/с - при механічному спонуканні руху повітря у вентиляційній системі; 0,5-1 м/с - при природному.

Нерухомі жалюзі на повітрязаборі приточних систем підбирають по припустимій швидкості руху повітря в живому перерізі, що складає 2-4 м/с.

Переріз витяжних шахт також підбирають по швидкості, що рекомендується: 2-6 м/с - при механічному спонуканні повітря і 1,5-2 м/с - при природному. Конструктивно витяжні утеплені шахти звичайно приймають квадратного перерізу.

Приточні повітрязабірні шахти приймають звичайно по конструктивним розумінням. Рекомендовані швидкості руху повітря 2-6 м/с.

Для очищення забрудненого повітря використовуються повітряні фільтри. Фільтри, встановлюються в приточних камерах, по ефективності поділяються на три класи. Фільтри III класу застосовують у випадках, якщо поблизу місця забору приточного повітря концентрація пилу перевищує 30 % ПДК, установленої для робочої зони за ДСТ 12.1.005-76, а також для захисту устаткування вентиляційних камер від напилювання. Фільтри I і II класів застосовують для підтримки в приміщеннях будинків чистоти, їх використовують як другу ступінь очищення.

При необхідності очищення повітря обсягом більш 20000 м³/рік рекомендується застосовувати механізовані фільтри типів ФР-5, ФРУ (сухі рулонні) чи ФС (масляні самоочисні). При очищенні менших обсягів повітря доцільно застосовувати осередкові уніфіковані фільтри. Тип фільтра вибирають з урахуванням втрат тиску, припустимих у системі, пропускній здатності, температурних і вологосних умов роботи, початкової запиленості і пилеємності.

16. Вибір вентилятора. За принципом роботи вентилятори підрозділяються на радіальні (відцентрові) і осьові. У радіальних вентиляторів одно- чи двостороннього всмоктування правого обертання робоче колесо обертається (якщо дивитися на вентилятор з боку електродвигуна) проти годинникової стрілки, а лівого - за годинниковою стрілкою.

Електродвигуни встановлюють на одному валу з вентилятором чи з'єднують одним з наступних способів:

через еластичну муфту;

клиноремінну передачу з постійним передатним відношенням;

регульованою безступінчастою передачею через індукторну і гідравлічну муфти.

Продуктивність вентилятора і створюваний перепад тиску регулюють зміною частоти обертання за допомогою направляючого апарата чи дроселюванням.

Для порівняннявентиляторів одногочи різних типів використовують безрозмірні коефіцієнти:

- продуктивність

- тиск

- потужність

В цих залежностях:

L - об'ємна продуктивність вентилятора;

u₂ - окружна швидкість колеса по кінцям лопаток;

ρ - щільність повітря при нормальних умовах;

р - тиск, що розвивається вентилятором;

f₂ - площа проекції колеса на площину по кінцях лопаток. За характерний розмір при цьому приймається діаметр робочого колеса В₂.

Крім цього для вентиляторів уведений критерій швидкохідності

Параметр n_s зручний для порівняння вентиляторів різних типів і виборі оптимального, що забезпечує задану продуктивність і тиск.Якщо n_s складає 100 і більше, то зручніше застосовувати осьовий вентилятор, якщо менше - радіальний. Коефіцієнт тиску р для осьових вентиляторів складає 0,05-0,2, для відцентрових -0,8-2,5.

Для вентиляції цехів використовують головним чином радіальні й осьові вентилятори загальпромислового призначення. Радіальні вентилятори Ц4 -70 і Ц4 - 76 загальпромислові призначення низького тиску застосовують для приточних і витяжних установок з темпертурою повітря до 1000^оС и вмістом пилу до 150 мг/м³. В іскрозахищеному виконанні вентилятори використовують для переміщення вибухонебезпечних газів. Вентилятори Ц14 - 46 виконують ті ж функції при середніх тисках.

Вентилятори В-ЦП7-40 і В-ЦП6-45 призначені для створення тиску (розрідження) до 3400 Па в аспіраційних і пневмотранспортних системах.

Радіальні кришні вентилятори КЦЗ-90 і КЦ4-84 використовують для загальобмінної витяжної вентиляції. При чому доцільно підключати їх до витяжних повітряпроводів. Осьові кришні вентилятори мають низький ККД і не рекомендуються до використання.

Осьові вентилятори типу 06-300 н В-2,3-130 застосовують для загальобмінної приточно - витяжної вентиляції.

Вентилятори виконують з різних матеріалів в залежності від переміщуваного середовища і параметрів газу. Сталеві вентилятори виготовляють для неагресивних середовищ, що не містять липких речовин, з температурою газів до 80°С и змістом пилу до 100 мг/м³. Агресивні гази переміщають за допомогою коррозістійких вентиляторів, щовиготовляються з нержавіючої сталі, алюмінію, титана чи пластмас.

Підбір вентиляторів роблять за їх характеристиками, приведеними у літературі. Продуктивність вентилятору, м³/рік, приймається по розрахунковій витраті повітря для системи:

,

де k_подос - коефіцієнт, що враховує підсмоктування і витік повітря із системи. Для металевих, пластмасових і азбестоцементних воздуховодов при l_маг<50м k_подос = 1,1, при l_маг>50м k_подос = 1,15.

Довжину повітряпроводів визначають по довжині магістральних ділянок, прокладених поза приміщенням, що обслуговується.

Тиск, створюваний вентилятором, визначається як

,

де 1,1 - коефіцієнт, що враховує запас тиску на невраховані втрати.

Робочий режим вентилятора рекомендується вибирати так, щоб коефіцієнт корисної дії відрізнявся не більше ніж на 10% від максимального. Потужність, споживана на валу електродвигуна, визначається по формулі

,

де Р_вентф - фактичний тиск, що розвивається вентилятором (по характеристиці прийнятого вентилятора);

η_в і η_п- ККД відповідно вентилятора і передачі. ККД передачі дорівнює 1 при безпосереднім приєднанні вентилятора доосі і 0,95 при клиноремінній передачі.

Встановлена потужність електродвигуна з урахуванням необхідного запасу визначається по формулі:

,

де k - коефіцієнт запасу, прийнятий у залежності від потужності двигуна від 1,1 до 1,5.

По методу питомих втрат тиску, широко розповсюдженому в практиці, втрати тиску визначаються по формулі

кг/м² .

Однак ці методом незручно користуватися при перерахуванні перерізів повітряпроводів у разі необхідності ув'язування втрат тиску на порівнюваних ділянках.

Другий метод розрахунку – метод динамічних тисків – грунтується на залежності

кг/м².

Основну частку втрат тиску складають втрати на місцеві опори , що доходять до 80 % і більше від загальних втрат тиску. Тому при малих змінах швидкості змінний вплив на результат розрахунку буде настільки незначно, що немає необхідності його враховувати. Якщо при цьому вважати, що не залежить від швидкості руху повітря, що вірно для більшості коефіцієнтів місцевих опорів, то можна прийняти

Позначимо

Крім того, величина динамічного тиску

кг/м² ,

де К – величина постійна для стандартного повітря ( t = 20°, φ = 50 % і р_б = 760 мм рт.ст.).

Отже,

кг/м²

чи

кг/м².

де L – витрата повітря в м³/год;

F – площа перетину повітряпроводу в м².

Для повітряпроводів даного перетину F S = const і у фізичному змісті означає втрату тиску одиниці об'єму переміщуваного повітря в год на ділянці довжиною l. Назвемо S аеродинамічною постійною.

Залежність між витратою повітря і тиском для повітряпроводу того самого перетину F виражається формулою

м³/час.

Тому що площі перетинів повітряпроводів обернено пропорційні швидкостям, то на основі формули одержимо при L = const

м².

Для круглих повітряпроводів при L = const

м.

У деяких випадках, коли при застосуванні стандартних діаметрів повітряпроводів нев'язка у втратах тиску двох суміжних ділянок виходить більше допустимої, доводиться робити перерозподіл повітря в цих ділянках за умови, що сума витрат повітря повинна залишитися незмінною.

Нехай L₁, L₂ і F₁, F₂ – відповідно годинна витрата повітря і площа перерізу повітряпроводів на одній й іншій ділянці, тоді

м³/год.

Якщо потрібно, щоб L₁ + L₂ = L=const, то вирішуючи систему рівнянь, визначимо величини L₁ і L₂. користуючись приведеними рівняннями, можна ув’язати втрати тиску в будь-яких відгалудженнях і гілках системи вентиляції.

При розрахунку прямокутних повітряпроводів еквівалентні діаметри d_э приймають по швидкості, тому що вони визначаються простіше, ніж по витраті повітря:

де а і b – сторони прямокутного повітряпровода в м чи мм.

Для шорстких повітряпроводів значення R чи збільшуються на коефіцієнт β. Значення β варто враховувати лише при Kv > 1. При розрахунку повітряпроводів потрібно мати на увазі, що всі номограми і таблиці складені для стандартного повітря. Якщо при розрахунку повітря має інші параметри, то варто привести знайдену величину H до стандартних розумів.

Коли повітря в процесі обробки різко змінює свою температуру, то при розрахунку необхідно враховувати зміну його об’єму. При аеродинамічному розрахунку повітряпроводів неув'язання у втратах тиску допускаються до 10 %.