РОЗРАХУНОК ТА ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМИ ВЕНТИЛЯЦІЇ

2 РОЗРАХУНОК ТА ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМИ ВЕНТИЛЯЦІЇ

2.1 Завдання та вихідні дані

Необхідно виконати розрахунок повітропроводів, підібрати вентилятор і електродвигун для промислової вентиляційної системи, схема якої приведена на Рис. 2.

Рис.2 - Схема мережі повітропроводу.

Таблиця 1 - Вихідні дані

Величина	Одиниці вимірювання	Значення
Температура повітря, що перекачується	°С	15
Відносна вологість повітря	%	60
Значення кута α: α 1 трійника В α 2 трійника С α 3 трійника D	град	45 60 35
Коліно Е (значенне кута β1)		120
Відвід F (значенне кута β2)		120
Відношення R/d		7
Стан поверхні труб		забруднені металеві

2.2 Розрахунок системи вентиляції

Витрата повітря Q_i и L_i довжини вказаних на схемі ділянок повітропроводів приймаються:

L_i=(1+i)·L₀ (м),

де = 0,05·(1+0,3n); L₀=10·(1+0,2n).

Тут n = 28, i=1…4 – номери ділянок даної схеми. Підставив значення в рівняння (1), отримаємо:

Q₀ = 0,05·(1+0,3·28)=0,47 м³/с; L₀ =10·(1+0,2·28)=66 м.

Q₁ = 1·0,47=0,47 м³/с L₁ = (1+1)·66 = 132 м;

Q₂ = 2·0,47=0,94 м³/с L₂ = (1+2)·66 = 198 м;

Q₃ = 3·0,47=1,41 м³/с L₃ = (1+3)·66 = 264 м;

Q₄ = 4·0,47=1,88 м³/с L₄ = (1+4)·66 = 330 м.

Повітропроводами по всій мережі вважаємо круглі стальні труби, місцеві опори – трійники вузлів В, С і D, а також коліна Е и F.

2. В якості магістралі вибираємо найбільш протяжну ділянку мережі, інші ділянки вважаємо відгалуженнями. Для приведеної на рис.2 схеми магістраллю можна вважати ділянку ABCDEF, ділянки BK, CP, DS – відгалуженнями.

3. Розрахунок ведеться по нормальним умовам повітря при абсолютному тиску р_а= 0,102 МПа (В₀=760 мм рт. ст.), температурі t₀ = 20 °С (T₀ = 293 К) і відносній вологості φ₀ = 50%.

При цих параметрах густина повітря ρ₀ = 1,197 кг·м^-3, питома вага γ₀ = 11,77 Н·м^-3 та газова стала R₀ = 29,3 м·°С^-1.

4. Загальна кількість необхідного повітря знаходиться за формулою:

Q = ,

де i – номери ділянок відгалужень повітровода.

Q = Q₁ +Q₂ +Q₃ +Q₄ = 0,47+0,94 +1,41+1,88 = 4,7 м³/с.

Розбиваємо схему мережі на ділянки з характерними витратами Q_к.

Номери к присвоємо ділянкам в наступному порядку:

к=1 (участок АВ), к=2 (ВС), к=3 (СD), к=4 (DEFG), к=5 (ВК), к=6 (СР), к=7 (DS).

5. Виходячи з величин витрати Q_к повітря по ділянкам і значень υ_к допустимих швидкостей руху газу в трубах, діаметри d_к повітроводів:

,

де к = 1…7 для даної схеми.

Величини допустимих швидкостей руху газу в трубах треба приймати виходячи з призначення й умов експлуатації вентиляційної установки. Зазвичай ці значення лежать в υ_к = 5 – 25 м·с^-1 .

В даному розрахунку для ділянок магістралі (к = 1…4) можна вважати

υ_к = 12 м·с^-1, а для відгалужень (к = 5…7) υ_к = 6 м·с^-1.

Розрахункові значення діаметрів повітроводів округляємо до найближчих стандартних Таблиця Б.3.

d₂ =

d₃ =

d₄ =

d₅ =

d₆ =

d₇ =

Так як, прийняті діаметри труби відрізняються від розрахункових, то необхідно уточнити істинні значення швидкостей газу в трубах.

Всі розраховані значення заносимо до таблиці 2.

Таблиця 2 – Розраховані параметри

Значен- ня к	Ділянка	Витрата газу на ділянці Qк, м3/с	Діаметр труби , м		Істине значення швидкості руху газу υк, м·с-1
			розрахований	прийнятий
1 2 3 4 5 6 7	AB BC CD DEFG BK CP DS	4,7 4,23 3,29 11,83 5,67 5,91 1,41	0,710 0,670 0,560 0,447 0,320 0,447 0,547	0,710 0,710 0,560 0,450 0,325 0,450 0,560	11,88 10,69 13,36 11,83 5,67 5,91 5,73

6. Динамічний напор Р_Д газу на виході з магістралі (в точці G) находять по формулі:

.

Вважаючи довжини ділянок BK, CP, DS відгалужень значно меншими за протяжність магістралі, втрати напору по довжині повітроводу будуть дорівнювати:

(1)

Коефіціент втрат на тертя:

(2)

де  – число Рейнольдса,  – абсолютна еквівалентна шорсткість поверхні повітровода із листової сталі, яка для забруднених металічних труб дорівнює 1·10^{-4 м (}див. табл. Б.4); q – поправочний коефіцієнт втрат тиску на тертя з > 0,1 мм (при швидкості υ = 12 м·с^-1 для значень = 0,1-1 мм величини q=1-1,6, причому більшій шорсткості відповідає більше значення коефіцієнта q). Кінематичний коефіцієнт в’язкості повітря ν = 1,5·10^-5 м²/с.

Підставивши всі значения в рівняння (1) і (2) отримаємо:

 

235,56+288+795,7+1031,92= 2351,18 Па.

Отримані результати зводимо до таблиці 3.

Таблиця 3 – Розрахунок втрат тиску на тертя

Значення i	Ділянка	Діаметр , м	Довжина Li, м	Швидкість υi ,м·с-1	Коефіці- єнт	Втрати тиску Рi, Н·м-2
1	AB	0,71	132	11,88	0,0150	235,56
2	BC	0,71	198	10,69	0,0151	288
3	CD	0,56	264	13,36	0,0158	795,7
4	DEFG	0,45	330	11,83	0,0168	1031,92
На магістралі						=2351,18

З врахуванням характеру місцевих опорів тиску газу втрати тиску Р_М будуть дорівнювати:

, (4)

де m, ξ_m – номер і коефіцієнт місцевого опору;

j – кількість місцевих опорів у мережі.

Знайдемо значення коефіцієнтів місцевих опорів (див. дод. В.1-В.3 [1]):

- трійник В при α =45⁰

- трійник С, α =60⁰

- трійник D, α =35⁰

- коліно E, при β₁=120⁰

- відвід F,R/d=7

Підставимо значення у рівняння (4), отримаємо значення втрат тиску газу на місцевих опорах:

Таблиця 4 - Розрахунок втрат тиску на місцевих опорах

Значення m	Вид місцевого опору	Коефіцієнт ξm	Втрати тиску Pm, Н·м-2
1	Трійник B	0,6	50,68
2	Трійник C	1,3	88,91
3	Трійник D	0,42	44,87
4	Коліно E	0,72	60,31
5	Відвод F	0,07	5,86
На магістралі			= 250,63

7. Необхідний напір вентилятора з врахуванням динамічного напору і втрат тиску по магістралі дорівнює:

Р = Р_Д + Р_ДА + Р_М = 83,76+2351,18+250,63= 2685,57 Па.

8. З врахуванням можливих (неуточнених розрахунком) втрат тиску в системі, вводять гарантійні запаси в робочих параметрах вентилятора. Оскільки данні каталогів (таблиці і графіки) частіше всього відносяться до нормальних умов, то вибір по каталогу вентиляторів загального призначення

варто вести на витрату

Q_к = 1,05∙Q = 1,05∙4,7= 4,94 м³/с (17784 м³/год), і тиск Р_к = 1,1∙∆ Р,

де ∆ – поправочний коефіціент, який враховує відхилення густини повітря при заданих температурі, тиску і вологості від густини повітря за нормальних умов. Поправочний коефіціент:

,

де ρ₀ , P₀ , t₀ , R₀ – параметри повітря, що відповідають нормальним атмосферним умовам, а ρ, P, t, R – параметри фактичних умов.

.

Р_к = 1,1∙0,98∙2685,57 = 2895 Па.

2.3      Вибір вентилятора та електродвигуна

За отриманими параметрами Q_к = 4,94 м³/с (17784 м³/год), Р_к =2895 Па з каталогу вентиляторів середнього тиску вибираємо вентилятор з наступними параметрами:

Типорозмір	Електродвигун		Частота обертання робочого колесу, об/хв	Параметри в робочій зоні		Маса, кг
ВЦ 14-46-5К1	Типорозмір	Потужність, кВт	1460	Q, 103м3/год	P	278
	АИР 180М4	30		16,0-18,7	2660-2905

Вентилятор ВЦ 14-46-5К1 призначений для систем вентиляції, повітряного опалення та інших промислових та санітарно-технічних цілей та служить для переміщення повітря та інших газових сумішей при температурі від -40°С до +40°С, які не мають в собі липких речовин, абразивного пилу та волокнистих матеріалів. Вентилятори виготовляються з вуглецевої сталі, для переміщення повітря та інших вибухобезпечних сумішей, агресивність яких по відношенню до вуглецевої сталі не вище агресивного повітря – через корозійно-стійку сталь, для переміщення повітря, забрудненого домішками агресивних вибухобезпечних газових сумішей.

2.4 Розрахунок енергоефективності та розробка рекомендацій щодо її підвищення

Ефективність роботи вентилятора характеризується величиною ККД. Цей параметр залежить від конкретних умов роботи вентилятора, його продуктивності й вибирається за характеристиками, що задані заводом - виробником.

Потужність, що затрачується на виконання корисної роботи – Р_аер=2895 Н/м² ( розрахункове значення напору вентилятора).

Необхідна механічна потужність, що забезпечує обертання вала вентилятора Р_мех=2905Н/м² ( значення напору вибраного вентилятора).

Значення ККД вентилятора:

Підібраний вентилятор у повітропровідній мережі працює за оптимальним режимом ,тобто, система працює дуже ефективно. Але для забезпечення подальшої безперебійної та ефективної роботи агрегату необхідно виконувати наступні умови та втілювати такі заходи:

·          Слідкувати за зменшенням витоків з вентиляційних повітропроводів, тим самим, зменшаться втрати і навантаження на вентиляторі.

·          Узгоджувати існуючу продуктивності вентиляторів з фактичним навантаженням.

·          Провести автоматизацію керування продуктивністю, яке залежить від часу доби;

·          Провести автоматизацію керування вентиляційними системами з урахуванням температури зовнішнього повітря;

·          А також головним чином необхідне якісне і систематичне обслуговування вентиляційної системи.

2.5 ВИСНОВКИ

Проведено розрахунок повітропровідної мережі, на задані параметри ( див. умову ).

По результатам розрахунку напору вентилятора підібрано вентилятор марки ВЦ 14-46-5К1з подачею 16,0-18,7 м³/год, з тиском 2890-2905 Н/м², масою 278 кг. В комплектації електродвигун типорозміром АИР180М4, потужністю 30 кВт, частотою обертання ротора 1460 об/хв. Розрахований ККД вентилятора складає 99%, а це значить, що вентилятор працює на дану повітропровідну мережу дуже ефективно.

3. СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Методические указание и задания к курсовой по дисциплине "Гидравлика и гидропневмоприводы"для студентов специальности 7.090209 – "Гидравлические и пневматические машины" всех форм обучения. Составитель: д.т.н., проф. Н.И. Волков.

2. http://www.wilo.ru/cps/p/productsDownloads/00097974_0.pdf.

3. Краснощеков Е. А. и Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергия, 1980. – 288 с., ил.