10044
.pdf
Истинная скорость в воздуховоде уточняется с учетом выбранного значе-
ния di по формуле, м/с:
|
|
|
4L |
i |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
i |
|
d |
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
,
(53)
Суммарные потери давления в i-том воздуховоде Pвi, Па, определяются по следующей зависимости:
Pвi ( i mpi )Pдi , |
(54) |
где Σζi – сумма коэффициентов местных сопротивлений на i-м участке (склады-
вается из коэффициентов местных сопротивлений отводов, конфузоров, диффу-
зоров и т.д.); ζтрi – приведенный коэффициент трения на i-м участке, рассчиты-
вается по формуле:
|
|
|
mpi |
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
li
,
(55)
где λ/di – потери давления на трение на 1 м длины воздуховода при диаметре di
и скорости воздушного потока ωi; li – длина воздуховода на i-м участке, м. Рдi –
динамическое давление в воздуховоде на i-м участке, Па.
Динамическое давление в i-том воздуховоде равно [64]:
|
|
|
в |
2 |
|
|
P |
|
|
i |
, Па. |
(56) |
|
|
|
|
||||
дi |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери давления на i-м участке до подсоединения к коллектору склады-
ваются из потерь давления в воздуховоде и потерь давления в местном отсосе рассматриваемого участка, определяемых аналогичным способом.
При перемещении воздуха с массовой концентрацией М > 0,01 кг/кг по-
тери давления в сети пересчитываются по участку с наибольшим гидравличе-
ским сопротивлением с учетом массовой концентрации и характера перемеща-
емого материала по формуле:
Pni
1,1P |
1 K |
учi |
|
M
, Па,
(57)
где K – коэффициент, характеризующий особенности перемещаемых материа-
лов. Для древесины данный коэффициент равен K = 1,4.
109
3.2.2. Определение потерь давления в коллекторе
Выбор типа и марки коллектора осуществляется из объемного расхода воздуха в системе и требований к конструкции коллектора (например, количе-
ства входных патрубков).
Сопротивление коллектора складывается из потерь давления на преодо-
ление местных сопротивлений на входе в коллектор и на выходе из него. Ско-
рость и динамическое давление на входе в коллектор (выходе из коллектора)
определяется по формулам (53) и (56) соответственно. Следует принимать во внимание, что при расчете скорости на входе в коллектор используется значе-
ние Li для участка с наибольшим расходом воздуха. Потери давления на входе в коллектор (выходе из коллектора) определяются по формуле:
Pвх вых вх вых Pд.вх вых , Па, |
(58) |
где ζвх(вых) – коэффициент сопротивления на входе (или выходе) из коллектора.
3.2.3. Расчет пылеулавливающего аппарата
Достаточную степень очистки запыленного воздуха в процессах дерево-
обработки обеспечивают аппараты сухой механической очистки – циклоны.
В процессах пиления, фрезерования, сверления, строгания древесины об-
разуются достаточно крупные частицы (щепа, стружки, опилки), поэтому наибольшее распространение получили циклоны типа «К» (Клайпедского ОЭКДМ) и типа «Ц» (Гипродревпром). Основной недостаток этих циклонов – невысокая эффективность при улавливании мелкодисперсной пыли. Для улав-
ливания пыли от процессов шлифования применяются циклоны типа УЦ (Ги-
продревпром). Также на деревообрабатывающих предприятиях используются циклоны типа ЦДО, ЦВВ, ЛТА и другие. После выбора типа циклона произво-
дится его расчет. Расчет циклона осуществляется методом последовательных приближений и включает несколько этапов:
1.Определение конструктивно-технологических характеристик циклона.
2.Определение гидравлического сопротивления аппарата.
110
3. Определение степени очистки в циклоне.
Определение конструктивно-технологических характеристик циклона.
Необходимая площадь сечения циклона F, м2, определяется по формуле:
F |
L |
|
|
||
|
||
|
опт |
,
(59)
где L – расход очищаемого воздуха при рабочих условиях, м3/с (соответствует суммарному объему воздуха, поступающему за секунду из узла аспирации); ωопт – оптимальная скорость в сечении корпуса циклона, м/с.
Диаметр циклона D0, м, рассчитывается по формуле:
D0
|
4 F |
|
n |
||
|
,
(60)
где n – количество циклонов в группе. Рассчитанный диаметр циклона округля-
ется до целого числа и из типоразмерного ряда выбирается циклон с ближай-
шим наименьшим значением диаметра Dц, м.
Исходя из выбранного диаметра циклона, вычисляется действительная скорость воздуха в аппарате ωц, м/с:
ц |
4 L |
. |
(61) |
|
|
||||
n D 2 |
||||
|
|
|
||
|
ц |
|
|
Значение действительной скорости не должно отличаться от значения оп-
тимальной скорости более чем на 25 %.
Определение гидравлического сопротивления циклона.
Гидравлическое сопротивление циклона Pц, Па, равно:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
P |
|
|
в |
ц |
, Па, |
|
|
|
|||
ц |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
где ζ – КГС пылеулавливающего аппарата.
Определение степени очистки в циклоне.
(62)
При определении степени очистки используется вероятностный подход,
согласно которому:
Ф x , |
(63) |
Ф x f x , |
(64) |
111 |
|
где Ф(x) – функция нормального распределения частиц по размерам (интеграл вероятности); х – вспомогательный аргумент, определяемый по формуле:
x |
lg d |
m |
/ d |
50 |
|
, |
(65) |
|||
|
|
|
|
|
||||||
lg |
2 |
|
|
lg |
2 |
|
||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч |
|
где dm – медианный размер частиц пыли, мкм; d50 – размер частиц, улавливае-
мых в аппарате данного типа с эффективностью 50 %, мкм; lg η – стандартное отклонение в функции распределения фракционных коэффициентов очистки; lg ч – среднее квадратичное отклонение в функции нормального распределения частиц данной пыли по размерам.
Величины dm и lg ч являются характеристиками дисперсного состава кон-
кретной пыли. Величины d50 и lg η – параметры, определяющие эффективность конкретного аппарата при стандартных условиях его работы. Поэтому справоч-
ное значение параметра d50 пересчитывается для рабочих условий по формуле:
|
D |
|
|
Т |
|
Т |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Т |
|
|
ц |
|
|
ч |
|
|
|
0 |
|
|
d50 d50 |
D |
Т |
|
|
|
|
Т |
|
, |
(66) |
||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|
ц |
|
|
где Т – индекс для обозначения стандартных условий работы циклона; Dц –
диаметр циклона, м; ρч – плотность частиц пыли, кг/м3; ω0 – средняя скорость воздуха в аппарате при испытаниях, м/с; μ – динамический коэффициент вязко-
сти воздуха, Па∙с.
Значение динамической вязкости воздуха при рабочих условиях μ, Па·с,
уточняется по формуле:
|
|
273 С |
|
Т |
|
3 / 2 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
, |
(67) |
Т С |
|
|
||||||
|
|
273 |
|
|
|
|||
где μ0 – динамическая вязкость воздуха при 0 °С и 101,3 кПа, μ0 = 17,3 ∙10-6
Па∙с; Т – рабочая температура воздуха, K; С – постоянная Сазерленда при 0 °С
и 101,3 кПа, для воздуха С = 124.
112
3.2.4. Расчет материального баланса процесса пылеулавливания
После расчета пылеулавливающего аппарата составляется материальный баланс процесса пылеулавливания. Количество уловленной пыли определяется по следующей зависимости:
M ул M вх M вых , кг/сут, |
(68) |
где Мвх – количество пыли на входе в циклон, кг/сут; Мвых – количество пыли на выходе из циклона, кг/сут.
Количество пыли на входе в аппарат равно Мвх, кг/сут:
|
24 k3 |
, |
(69) |
M вх Gп |
где Gп – суммарный массовый расход перемещаемого материала, кг/ч; kз – коэффициент загрузки оборудования, kз ≈ 0,55-0,75.
Количество пыли на выходе из аппарата Мвых, кг/сут:
M |
вых |
M |
вх |
1 |
|
|
|
, кг/сут.
(70)
3.2.5. Подбор вентилятора и электродвигателя
Аэродинамический расчет сети аспирации заканчивается подбором вен-
тилятора и электродвигателя к нему.
Системы аспирации имеют большие значения гидравлического сопротив-
ления и содержат взвешенные частицы, поэтому в таких схемах обычно ис-
пользуются центробежные (радиальные) пылевые вентиляторы.
Подбор вентилятора осуществляется по аэродинамическим характеристи-
кам – номограммам по требуемым значениям производительности (объемный расход отводимого воздуха) и напора.
При этом производительность задается с учетом возможных подсосов,
запас на которые составляет 15 %. Из вентиляторов серийного изготовления используются аппараты типа ВРП, ВР и другие. Электродвигатель выбирается по каталогам заводов изготовителей. Требуемая мощность Nтр, кВт/ч, не должна превышать значение установочной мощности.
113
Требуемая мощность на валу электродвигателя Nтр, кВт/ч, равна:
|
|
|
Q |
р |
P |
|
|
N |
|
|
|
|
р |
|
|
тр |
102 |
|
|
||||
|
|
|
|||||
|
|
|
п |
||||
|
|
|
|
|
в |
|
|
,
(71)
где Qр – количество воздуха, отводимого вентилятором, м3/с; Рр – создаваемый вентилятором напор, кгс/м2; 102 – коэффициент для пересчета из (кгс·м/с) в
(кВт); ηв – КПД вентилятора; ηп – КПД передачи.
При насадке колеса вентилятора непосредственно на вал электродвигате-
ля КПД передачи равен 1; при соединении вала электродвигателя с вентилято-
ром при помощи муфты – 0,98; при клиноременной передаче – 0,95.
3.3.Пример расчета
3.3.1.Аэродинамический расчет узла аспирации
Аксонометрическая схема аспирационной системы приведена в приложе-
нии 1. Исходные данные и описание схемы приведены в приложении 2 и при-
ложении 3. Суммарный массовый расход перемещаемых материалов (древес-
ных отходов, выбрасываемых в процессе работы пяти станков):
G n
40,95 14,08 13,43 24,65 10,7
103,81
, кг/ч.
Минимально необходимое количество воздуха для транспортировки от-
ходов в целом по сети воздуховодов:
|
1000 1272 1350 1000 1000 513 |
L |
Массовая концентрация взвешенных веществ в числяется по формуле (51) и составляет:
6135 , м3/ч.
системе аспирации вы-
M |
103,81 |
0,014 кг/кг. |
6135 1,21 |
В качестве примера в данном разделе приводится аэродинамический рас-
чет 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 участ-
ка l из исходных данных переносятся в графы 2 и 4 расчетной таблицы.
114
Диаметр воздуховода 1-го участка рассчитывается по формуле (52):
d |
|
4 0,278 |
|
||
1 |
|
3,14 17 |
|
|
0,144
, м.
По справочным данным (приложение 5) принимается ближайший мень-
ший диаметр: d1 = 140 мм. Тогда в соответствии с формулой (53) скорость воз-
духа в воздуховоде на участке 1 равна:
1 |
|
4 0,278 |
|
18,07 |
, м/с. |
||
|
|
|
|||||
3,14 |
0,140 |
2 |
|||||
|
|
|
|
||||
Динамический напор в воздуховоде рассчитывается по формуле (56):
|
|
1,21 18,07 |
2 |
P |
|
|
|
|
|
||
д1 |
|
2 |
|
|
|
|
197,55
, Па.
Значение величины потерь давления на трение на 1 метре длины сталь-
ного воздуховода определяется по справочным данным (прил. 6) в зависимости от диаметра воздуховода и скорости воздуха. На рассматриваемом участке λ/d = 0,143. Приведенный коэффициент трения рассчитывается по формуле (55):
тр1
0,143
4
0,572
.
Рассчитанные значения λ/d и ζтр1 заносятся в графы 8 и 9, соответственно,
расчетной таблицы.
Определение коэффициентов местных сопротивлений
Коэффициенты местных сопротивлений на каждом из участков опреде-
ляются по приложениям 7-11 исходя из характеристик соединяемых элементов.
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:
Находится соотношение площадей поперечных сечений присоединитель-
ного патрубка местного отсоса (F0) и воздуховода (F1):
F |
|
D |
2 |
0,130 |
|
2 |
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
0,86 . |
|
|
|
|||||
F1 |
|
|
|
0,140 |
|
|
|
d1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
115 |
|
|
|
По справочным данным (прил. 7) подбирается ближайшее к рассчитан-
ному значение F0/F1. При этом угол раскрытия диффузора задается таким обра-
зом, чтобы значение ζ0 было минимальным.
Значение ζ0 относится к скорости (ω0) в меньшем сечении (F0), т. Е. в
данном случае к скорости воздуха в присоединительном патрубке местного от-
соса. Значение ζ0 надлежит соотнести со скоростью воздуха в воздуховоде рас-
сматриваемого участка, т.е. пересчитать на большее сечение. Пересчет выпол-
няется по следующей формуле:
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
d |
|
|
2 |
0,140 |
|
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
0,05 |
|
|
|
|||
|
1 |
|
0 |
|
F |
|
|
0 |
|
D |
|
|
|
0,130 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||
0,06
.
(72)
Два секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90° (прил. 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 обеспе-
чить радиус поворота R = 2d1 = 2 ∙ 0,140 = 0,28 м.
Поскольку на участке два отвода по 90°, то ζ1,2 = 2∙0,35 = 0,70.
Два секционных отвода из звеньев круглого сечения по 45°.
По приложению 8 коэффициент сопротивления составляет ζ = 0,2 при R/d
= 2 (R = 0,28 м). Для двух отводов – ζ3,4 = 2∙0,2 = 0,40.
Подсоединение воздуховода к коллектору.
С учетом рассчитанного объемного расхода по таблице 1 подбирается вер-
тикальный коллектор с нижним вводом КВН6.180 и шестью входными патруб-
ками. Диаметр воздуховода (d1 = 140мм) меньше диаметра присоединительного патрубка на входе в коллектор (DK = 180 мм). Устанавливается диффузор.
Соотношение площадей поперечных сечений воздуховода F0 и входного патрубка коллектора F1 составляет:
F |
|
d |
2 |
0,140 |
|
2 |
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
0,6 . |
|
|
|
|||||
F1 |
|
|
|
|
0,180 |
|
|
|
D |
|
|||||
При Fo/F1 ≥ 0,6, ζ0 = 0,05.
116
Значение ζ0 относится к скорости воздуха в меньшем сечении d1 = 140 мм,
т. Е. в воздуховоде рассматриваемого участка. Сумма коэффициентов местных сопротивлений воздуховода на участке 1 составляет:
1 0,06 0,70 0,40 0,05 1,21.
Рассчитанные значения Σζ по участкам заносятся в графу 10 расчетной таблицы, приведенной в приложении 4. Потери давления в воздуховоде на рас-
четном участке определяется по формуле (54):
Pв1
0,572 1,21 197,55 352,03
Па.
Результаты расчета записываются в графу 11 расчетной таблицы.
Коэффициенты сопротивления местных отсосов ζ* относятся к сечению присоединительного патрубка местного отсоса (прил. 2), поэтому формула для определения потерь давления в местном отсосе с учетом формулы (56) записы-
вается следующим образом, Па:
P |
|
в |
2 |
|
|
|
отс |
. |
(73) |
||
|
|
|
|||
отс |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери давления в местном отсосе участка 1:
|
|
1,21 20,90 |
2 |
P |
1,2 |
|
|
|
|
||
отс.1 |
|
2 |
|
|
|
|
317,12
Па.
Значения ζ*, ωотс, и Ротс заносятся соответственно в графы 12, 13, 14 рас-
четной таблицы (прил. 4). Потери давления на участке складываются из потерь давления в воздуховоде и потерь давления в местном отсосе:
Pуч1 Pв1 Pотс.1 352,03 317,12 669,15 Па.
Проводим расчеты для участка 6 (прил. 1). Диаметр участка 6 равен:
d6
|
4 0,143 |
0,100 |
||
3,14 |
18 |
|||
|
|
|||
м.
По приложению 5 диаметр воздуховода принимается d6 = 100 мм. Ско-
рость воздуха на участке 6 равна:
6 |
|
4 0,143 |
|
18,22 |
м/с. |
||
|
|
|
|||||
3,14 |
0,100 |
2 |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
117 |
|
|
|
|
Динамический напор рассчитывается по формуле (56):
|
|
1,21 18,22 |
2 |
P |
|
|
|
|
|
||
д6 |
|
2 |
|
|
|
|
200,84
Па.
По справочным данным (прил. 6) λ/d = 0,217.
Приведенный коэффициент трения рассчитывается по формуле (55) и для воздуховода на участке 6 составляет:
ζ тр6 0,217 7 1,519 .
Определение коэффициентов местных сопротивлений.
Подсоединение местного отсоса к воздуховоду. Диаметр воздуховода (d6
= 100 мм) совпадает с диаметром присоединительного патрубка отсоса (D6 =
100 мм). В этом случае присоединение патрубка идет без установки дополни-
тельных соединителей.
Четыре секционных отвода из звеньев круглого сечения по 90°. По при-
ложению 8 определяется коэффициент сопротивления ζ отвода при угле пово-
рота 90°: ζ = 0,35 при R/d = 2, R = 2d6 = 2 ∙ 0,100 = 0,2 м.
Поскольку на участке четыре отвода по 90, то ζ1-4 = 4∙0,35 = 1,4.
Один секционный отвод из звеньев круглого сечения 45°. По приложению
8 находится значение ζ: ζ = 0,35 при R/d = 2 (R = 0,2 м).
Подсоединение воздуховода к коллектору. Диаметр воздуховода (d6 = 100
мм) меньше диаметра присоединительного патрубка на входе в коллектор (DK =
180 мм). Устанавливается диффузор.
Соотношение площадей поперечных сечений воздуховода F0 и входного патрубка коллектора F1:
F0 F1
0,100 |
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
0,180 |
|
|
0,3
.
По приложению 7 при F0/F1 = 0,3, ζ0 = 0,09.
Значение ζ0 относится к скорости воздуха в меньшем сечении (d6 = 100
мм), т. Е. в воздуховоде рассматриваемого участка.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений Σζ для участка 6:
118