Учебное_пособие_ОППС. 1. Общие положения 4 Расчетная часть 6

• Название: 1. Общие положения 4 Расчетная часть 6
• Анкор: Учебное_пособие_ОППС.doc
• Дата: 25.04.2018
• Размер: 1.7 Mb.
• Имя файла: Учебное_пособие_ОППС.doc
• Тип: Документы; #18494
• страница: 3 из 10

2.2. Пример расчета

2.2.1. Аэродинамический расчет сети аспирации (от местного отсоса до коллектора включительно)

Аксонометрическая схема аспирационной системы приведена в Приложении 1. Исходные данные и описание схемы приведены в Приложении 2 и Приложении 3.

Суммарный массовый расход перемещаемых материалов (древесных отходов, выбрасываемых в процессе работы пяти станков)

, кг/ч.

Минимально необходимое количество воздуха для транспортировки отходов в целом по узлу

, м3/ч.

Массовая концентрация отходов в системе аспирации вычисляется по формуле (1) и составляет:

, кг/кг.

В качестве примера в данном разделе приводится аэродинамический расчет участков 1 и 6.

Результаты расчета сети аспирации удобно представлять в виде расчетной таблицы. Форма расчетной таблицы приведена в Приложении 4.

Минимально необходимый объем отводимого воздуха (L) и длина каждого участка (l) из исходных данных переносятся в гр.2 и гр.4 расчетной таблицы.

Участок 1 (см. Приложение 1).

Диаметр воздуховода рассчитывается по формуле (2):

, м.

По справочным данным (Приложение 5) принимается ближайший меньший диаметр: d = 140 мм. Тогда в соответствии с формулой (3) скорость воздуха в воздуховоде на участке 1

, м/с.

Динамический напор в воздуховоде рассчитывается по формуле (6):

, Па.

Значение величины потерь давления на трение на 1 метре длины стального воздуховода определяется по справочным данным (Приложение 6) в зависимости от диаметра воздуховода и скорости воздуха. На рассматриваемом участке λ/d=0,143.

Приведенный коэффициент трения рассчитывается по формуле (5):

.

Рассчитанные значения λ/d и ζ_тр заносятся в гр.8 и 9 расчетной таблицы соответственно.

Определение коэффициентов местных сопротивлений

Коэффициенты местных сопротивлений на каждом из участков определяются по Приложениям 7-11.

1) Подсоединение местного отсоса к воздуховоду.

Диаметр присоединительного патрубка местного отсоса (D₁=130 мм) меньше диаметра воздуховода (d₁=140 мм). При переходе с меньшего сечения на большее устанавливается конический диффузор.

а) Находится соотношение площадей поперечных сечений присоединительного патрубка местного отсоса (F₀) и воздуховода (F₁):

.

б) По справочным данным (Приложение 7) подбирается ближайшее к рассчитанному значение F_o/F₁. При этом угол раскрытия диффузора () задается таким образом, чтобы значение ζ₀было минимальным:

При F_o/F₁=0,6 и =10 ζ₀=0,05.

в) Значение ζ₀ относится к скорости (ω₀) в меньшем сечении (F₀), т. е. в данном случае к скорости воздуха в присоединительном патрубке местного отсоса. Значение ζ₀ надлежит соотнести со скоростью воздуха в воздуховоде рассматриваемого участка.

Пересчет выполняется по следующей формуле:

(22)

2) Два секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90 (см. Приложение 3).

По Приложению 8 определяется коэффициент сопротивления (ζ) отвода при угле поворота =90:

ζ =0,35 при R/d=2.

Таким образом, при конструировании воздуховода необходимо обеспечить радиус поворота R = 2 · d = 2 · 0,140 = 0,28 м.

Поскольку на участке два отвода по 90, то ζ_1,2 =20,35=0,70

3) Два секционных отвода из звеньев круглого сечения по 45.

По Приложению 8 коэффициент сопротивления составляет

ζ =0,2 при R/d=2 (R = 0,28м).

Для двух отводов – ζ_3,4 =20,2=0,40.

4) Подсоединение воздуховода к коллектору.

С учетом рассчитанного объемного расхода по табл.1 подбирается вертикальный коллектор с нижним вводом КВН6.180 с шестью входными патрубками.

Диаметр воздуховода (d₁=140мм) меньше диаметра присоединительного патрубка коллектора (D_k = 180 мм). Устанавливается диффузор.

а) Соотношение площадей поперечных сечений воздуховода (F₀) и входного патрубка коллектора (F₁) составляет:



б) При F_o/F₁=0,6 и =10 ζ₀=0,05.

в) Значение ζ₀ относится к скорости воздуха в меньшем сечении (d₁=140 мм), т. е. в воздуховоде рассматриваемого участка.

5) Сумма коэффициентов местных сопротивлений воздуховода на участке 1 составляет:

Σζ₁= 0,06+0,70+0,40+0,05 = 1,21.

Рассчитанные значения Σζ по участкам заносятся в гр.10 расчетной таблицы.

Потери давления на расчетном участке без учета сопротивления местного отсоса определяется по формуле (4):

Па.

Результаты расчета записываются в гр. 11 расчетной таблицы.

Коэффициенты сопротивления местных отсосов (ζ_отс) относятся к сечению присоединительного патрубка местного отсоса (Приложение 2), поэтому формула для определения потерь давления в местном отсосе с учетом формулы (6) записывается следующим образом:

,

Па. (23)

Потери давления в местном отсосе участка 1:

Па.

Значения ζ_отс, ω_отс, и Р_отс заносятся соответственно в графы 12, 13, 14 расчетной таблицы.

Потери давления на участке складываются из потерь давления в воздуховоде на всем протяжении участка и потерь давления в местном отсосе.

Па

Участок 6 (см. Приложение 1).

Диаметр воздуховода

м.

По Приложению 5 диаметр воздуховода принимается d = 100 мм. Тогда скорость воздуха для участка 6

м/с.

Динамический напор рассчитывается по формуле (6):

Па.

По справочным данным (Приложение 6) λ/d=0,217.

Приведенный коэффициент трения рассчитывается по формуле (5) и для воздуховода на участке 6 составляет

.

Определение коэффициентов местных сопротивлений.

1) Подсоединение местного отсоса к воздуховоду.

Диаметр воздуховода (d₆=100 мм) совпадает с диаметром присоединительного патрубка отсоса (D=100 мм). В этом случае присоединение патрубка идет без установки дополнительных соединителей.

2) Четыре секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90.

По Приложению 8 определяется коэффициент сопротивления (ζ) отвода при угле поворота =90:

ζ =0,35 при R/d=2,

R = 2 · d = 2 · 0,100 = 0,2 м.

Поскольку на участке четыре отвода по 90, то ζ_1-4 =40,35=1,4.

3) Один секционный отвод из звеньев круглого сечения 45.

По Приложению 8 находится значение ζ:

ζ₅ =0,2 при R/d=2 (R = 0,2 м).

4) Подсоединение воздуховода к коллектору.

Диаметр воздуховода (d₆=100мм) меньше диаметра присоединительного патрубка коллектора (D_k = 180 мм). Устанавливается диффузор.

а) Соотношение площадей поперечных сечений воздуховода (F₀) и входного патрубка коллектора (F₁):

.

б) По Приложению 7 при F_o/F₁=0,3 и =10 ζ₀=0,09.

в) Значение ζ₀ относится к скорости воздуха в меньшем сечении (d₁=100 мм), т. е. в воздуховоде рассматриваемого участка.

5) Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σζ для участка 6:

Σζ₆= 1,4+0,2+0,09= 1,69.
Потери давления на участке 6 без учета сопротивления местного отсоса определяются по формуле (4):

Па.

Потери давления в местном отсосе на участке 6 вычисляются по формуле (23).

Па.

Потери давления на участке 6:

Па.

Результаты расчета участка записываются в расчетную таблицу.

Аналогичным образом рассчитываются остальные участки.

Примечание:

В случаи подсоединения патрубка с большей площадью сечения к патрубку с меньшей площадью сечения может потребоваться установка конфузора.

Для определения коэффициента сопротивления конфузора (Приложение 10) необходимо определить соотношение его длины (1) и диаметра (d). Расчет ведется следующим образом:

∆d = (d_уч- d_N)/2, мм;

∆d/1 = tga/2, 1 = ∆d/(tga/2), мм.

По Приложению 10 определяется ζ₀при 1/d и a.

Значение ζ₀ относится к скорости в меньшем сечении.

При расчетах принимается угол раскрытия конфузора, соответствующий наименьшему гидравлическому сопротивлению (обычно a= 10).

2.2.2. Увязка сопротивлений участков

Система пневмотранспорта функционирует исправно, если потери давления на каждом из участков отличаются не более, чем на 10 % от наибольшего значения сопротивления (Р_уч). В противном случае воздух будет отводиться преимущественно с участка с меньшим сопротивлением. Для проверки работоспособности системы в целом рассчитываются неувязки в сети по ответвлениям и, если необходимо, увеличивается количество отводимого воздуха или изменяется диаметр воздуховода.

В рассматриваемом примере сопротивления соотносятся с самым большим значением Р_уч на участке 6.

Неувязка участка 1 составляет:



Возникает необходимость увеличения потерь давления на участке 1. Для этого увеличивается количество отводимого с участка воздуха. В результате увеличения количества отводимого воздуха скорость в воздуховоде также увеличивается. Однако следует учитывать, что: 1) скорость в воздуховоде не может быть повышена более, чем на 25% от первоначального значения; 2)скорость воздуха в местном отсосе не может быть меньше нового значения скорости в воздуховоде.

В случае если увеличение объемного расхода в указанных пределах не обеспечило необходимого сопротивления, потери давления можно увеличить, установив в воздуховоде специальную конусную диафрагму.

Увязка сопротивлений на участке 1:

1. Увеличивается скорость в воздуховоде на 25 %:

ω₁ = 1,25·17 = 21,25 м/с.

Новая скорость в воздуховоде ω₁ = 21,2 м/с.

Тогда объем перемещаемого воздуха на участке

м³/ч = 0,33 м³/с.

Пересчитывается динамический напор на участке 1:

Па.

По справочным данным (Приложение 6) λ/d=0,141.

Приведенный коэффициент трения рассчитывается по формуле (5) и для воздуховода на участке 1 составляет:



Потери давления на участке без учета потерь давления на сопротивление отсоса

Па.

Новая скорость воздуха в местном отсосе составляет 21,2 м/с. Тогда сопротивление местного отсоса

Па.

Потери давления на участке 1

Па.

После изменения количества отводимого воздуха неувязка составляет:



Сопротивления участков можно считать увязанными.

Если после изменения количества отводимого воздуха неувязка превышает 10 %, возникает необходимость установки диафрагмы.

Подбор диафрагмы сводится к нахождению ее диаметра по формуле:

м, (24)

гдеd - диаметр воздуховода на рассматриваемом участке, м;

P_уч^maх- наибольшее из рассчитанных значений сопротивлений участков (в рассматриваемом примере - сопротивление участка 6), Па;

P_уч - потери давления на рассматриваемом участке, Па;

P_д- динамическое давление на рассматриваемом участке, Па.

При подборе диафрагмы необходимо учитывать, что диаметр диафрагмы не должен быть меньше определенной величины во избежание забивания воздуховода. Минимально возможное значение диаметра диафрагмы определяется по формуле: d_д > 0,7d.

Пересчет массовой концентрации

В связи с изменившимся объемным расходом отсасываемого воздуха необходимо уточнить массовую концентрацию перемещаемой смеси (М).

м³/ч.

Массовая концентрация отходов в системе аспирации

кг/кг.

За общие потери давления в узле до коллектора принимается наибольшее из сопротивлений участков. В рассматриваемом примере - сопротивление участка 6.

М = 0,014 > 0,01, поэтому производится перерасчет общих потерь давления с учетом массовой концентрации по формуле (7).

Па.

2.2.3. Расчет потерь давления в коллекторе

По формулам (3), (6) и (8) рассчитываются потери давления на входе в коллектор и на выходе из него.

Коэффициенты местного сопротивления на входе и выходе из выбранного коллектора приведены в табл.1. При расчете потерь давления на входе расход воздуха принимается по исходным данным для участка 3.

Результаты расчета потерь давления в коллекторе заносятся в табл.2.

Таблица 2

Учас-ток	Диаметр патрубка, Dк, м	Расход воздуха		Скорость воздуха в патрубке, ω, м/с	Динамическое давление, Рд, Па	Коэффициент местного сопротивления, ζ	Потери давления, Р, Па
		м3/ч	м3/с
1	2	3	4	5	6	7	8
На входе в коллектор
3	0,180	1350	0,38	14,9	134,3	0,445	59,8
На выходе из коллектора
7	0,375	6309	1,75	15,9	152,9	0,445	68,1

Общие потери давления в коллекторе

Р_кол = Р_вх +Р_вых = 59,8+68,1=127,9 Па.

Таким образом, сопротивление сети аспирации (от местного отсоса до коллектора включительно) в рассмотренном примере

Р = Р_п + Р_кол=946+127,9=1073,9 Па.

2.2.4. Расчет пылеулавливающего аппарата

Для очистки выбросов от опилок и стружки подходит одиночный циклон типа К (Клайпедского ОЭКДМ). Расчет сводится к нахождению гидравлического сопротивления аппарата и проверке эффективности очистки, которая должна быть выше требуемой.

Исходные данные для расчета:

Количество очищаемого воздуха - L^Σ = 6309 м³/ч

Характеристика пыли (Приложение 2):

d_m= 55 мкм;

σ_ч= 2,50;

ρ_ч = 1250 кг/м³

Температура очищаемого воздуха - t = 20 С;

Требуемая степень очистки - _тр = 98,5 %.

1) Определение конструктивно - технологической характеристики циклона.

По табл. 12.3. Приложения 12 оптимальная скорость воздуха в циклоне К составляет 1,1 м/с;

Необходимая площадь сечения циклона определяется по формуле (9):

м².

Диаметр циклона рассчитывается по формуле (10):

м.

По справочным данным (Приложение 12) из типоразмерного ряда циклонов ОЭКДМ ближайший меньший диаметр у аппарата марки К-14 (D = 1400 мм).

Действительная скорость воздуха в циклоне рассчитывается по формуле (11):

м/с.

Действительная скорость отличается от оптимальной на

Δ = (1,14-1,1)/1,14 · 100 = 3,5 %.

2) Определение гидравлического сопротивления циклона.

По Приложению 12 коэффициент гидравлического сопротивления циклона К - 1300.

Гидравлическое сопротивление циклона определяется по формуле (12) и составляет:

Па

3) Расчет степени очистки в циклоне.

По справочным данным (Приложение 12) циклон К характеризуется следующими параметрами:

d^т₅₀ =3,1 мкм; lgσ_η=0,25

Динамическая вязкость при температуре очищаемого воздуха 20°С в соответствии с формулой (17) составляет:



Величина d₅₀ при рабочих условиях вычисляется по формуле (16). Стандартные условия для пересчета приведены в Приложении 12.

мкм.

Вспомогательный аргумент «х» вычисляется по формуле (15):

.

Интеграл вероятности при рассчитанном значении х определяется по Приложению 13:

=98,6 % > _тр =98,5 %

Требуемая степень очистки выбранным циклоном обеспечивается.

2.2.5. Расчет участков 7 и 8 до установки вентилятора

На этом этапе расчета необходимо рассчитать участки сети после коллектора. Результаты предварительного расчета участков 7 и 8 (см. Приложение 1) представлены в табл. 3. Сумма коэффициентов местных сопротивлений определяется приближенно без учета подсоединения вентилятора к сети и уточняется после его выбора.

Приведенный коэффициент трения суммарно для участков 7 и 8 определяется по формуле (5):

ζ_тр = 0,045·(3+5) = 0,36.

Расчет коэффициентов местных сопротивлений на участках 7 и 8.

Принимается, что диаметры участков равны и совпадают с диаметром выходного патрубка коллектора: d_7,8 = 375 мм.

1) Четыре секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90.
По Приложению 8 определяется коэффициент сопротивления отвода (ζ) при угле поворота =90:

ζ =0,35 при R/d=2,

R = 2 · d = 2 · 0,375 = 0,75 м.

Поскольку на участке четыре отвода по 90, то ζ_1-4 =40,35=1,4

2) Подсоединение воздуховода к циклону.

а) Находится эквивалентный диаметр входного патрубка циклона (Приложение 12, табл. 12.5.):

, м.

d₈ = 0,375 м > dэкв = 0,307 м, поэтому возникает сопротивление «внезапное сужение потока» (Приложение 9):

б) Находится соотношение площадей сечений:



в) По справочным данным при F₀/F₁ = 0,7 ζ₀ = 0,15.

Найденное значение ζ относится к сечению входного патрубка циклона, поэтому его необходимо пересчитать для воздуховода по формуле (22):



Таблица 3

Результаты предварительного расчета сети аспирации для участков 7 и 8.

Учас-ток	Минимальный объем отводимого воздуха, L		Длина участка l, м	Диам-етр, d, мм	Скорость воздуха, ω, м/с	Динамичес-кое давление, Рд, Па	Коэффици-ент /d	Коэффици-ент потерь давления на трение, ζтр	Сумма коэффициентов местных сопротивлений, ζ	Потери давления на участке, Руч, Па
	м3/ч	м3/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
7,8	6309	1,75	8	375	15,9	152,9	0,045	0,36	1,62	302,7
Уточненный расчет
7	6309	1,75	5	375	15,9	152,9	0,045	0,225	1,1	202,6
8	6309	1,75	3	375	15,9	152,9	0,045	0,135	0,87	153,7

Оценочная величина суммы коэффициентов местных сопротивлений для участков 7 и 8 Σζ = 1,4 + 0,22 = 1,62.

Динамическое давление на участках 7 и 8 определяется по формуле (6) при скорости движения воздушного потока на выходе из коллектора. Результаты предварительного расчета Р_д и Р_уч на участках 7 и 8 приведены в табл.3.

Потери давления на участках 7 и 8 с учетом массовой концентрации смеси и характера перемещаемого материала составляют:

Па.

Полные потери давления в сети, включающие в себя потери давления в ответвлениях, коллекторе, участках после коллектора и циклоне, составляют:

2.2.6. Выбор вентилятора и электродвигателя

Для подбора вентилятора необходимо знать расход отводимого воздуха (Lv) и необходимый напор (Pv).

Количество отводимого воздуха уточняется с учетом 15%-го увеличения расхода за счет подсосов:

Lv = 6309  1,15 = 7255,4 м³/ч.

Необходимый напор, который должен создаваться вентилятором,
для преодоления сопротивления сети составляет:

Pv = 2435,5 Па = 244 даПа.

Вентилятор выбирается по номограммам (Приложение 14).

В данном расчете наиболее подходящими характеристиками обладает вентилятор ВРП-05-6,3 с наибольшим значением к.п.д. Его характеристики: η_в = 0,50; n = 1810 об/мин.

Для выбора электродвигателя определяется требуемая мощность по формуле (21):

кВт.

Рассчитанному значению удовлетворяет электродвигатель АИРМ132М4 с установочной мощностью 11 кВт и частотой вращения вала 1500 об/мин, 6 виброизоляторов типа ДО42.

2.2.7. Уточнение сопротивлений участков 7 и 8

Необходимо рассмотреть подсоединение вентилятора в схеме аспирации. Для вентилятора данного типа по табл. 14.2. Приложения 14 находится:

диаметр входного патрубка - D = 443 мм;

размеры патрубка со стороны нагнетания - 380 х 350 мм

(d_э = 365 мм).

Участок 7

1) Три секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90.

По Приложению 8 определяется коэффициент сопротивления отвода (ζ) при угле поворота =90:

ζ =0,35 при R/d=2 (R = 0,75 м).

Поскольку на участке 3 отвода по 90, то:

ζ_1-3 =30,35=1,05.

2) Присоединение воздуховода к вентилятору.

Диаметр воздуховода (d₇=375 мм) меньше диаметра всасывающего патрубка вентилятора (D=443 мм). Устанавливается диффузор.

а) Соотношение площадей поперечных сечений воздуховода (F₀) и входного патрубка вентилятора (F₁):



б) По Приложению 7 при F_o/F₁=0,6 и =10 ζ₀=0,05.

в) Значение ζ₀ относится к скорости воздуха в меньшем сечении (d₇=375 мм), т. е. в воздуховоде рассматриваемого участка.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σζ для участка 7 составляет:

Σζ = 1,05 + 0,05 = 1,1.

Участок 8

1) Подсоединение вентилятора к воздуховоду.

Диаметр воздуховода (d₈=375 мм) меньше эквивалентного диаметра выходного патрубка вентилятора (d_э=365 мм). Устанавливается диффузор специальной конструкции. Диффузор пирамидальной конструкции позволяет осуществить переход с квадратного сечения на круглое (Приложение 11).

а) Соотношение площадей сечений:

.

б) При угле раскрытия диффузора a = 10° ζ = 0,4.

1. 
   Один секционный отвод из звеньев круглого сечения по 90.
   

По Приложению 8 определяется коэффициент сопротивления отвода при угле поворота =90:

ζ₁ =0,35 при R/d=2 (R = 0,75 м).

3) Подсоединение воздуховода к циклону.

Расчет выполнен в п. 2.2.5. ζ =0,22.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σζ для участка 8:

Σζ = 0,4 + 0,35 + 0,22 = 0,87.

Результаты аэродинамического расчета на участках 7 и 8 приведены в табл.3.

Суммарные потери давления на участках 7 и 8:

Р_уч7,8 = 202,6+153,7 = 356,3 Па.

Потери давления на участках 7 и 8 с учетом массовой концентрации перемещаемого материала

Па.

Полные потери давления в сети

Р_с = 1073,9+399,6+1022,1 = 2495,6 Па.

Подобранный вентилятор ВРП-05-6,3 позволяет обеспечить напор 2495,6 Па.

2.2.8. Материальный баланс процесса пылеулавливания

Находится количество пыли на входе и выходе из циклона при загруженности оборудования 60 % по формулам (19) и (20):

г/сут =1494,9 кг/сут;
20928,1 г/сут =20,9 кг/сут.

Количество уловленной пыли в циклоне в соответствии с формулой (18) составляет:

г/сут = 1474 кг/сут.