Аспирационная установка

     Введение 

     Современные технологические процессы связаны  с перемещением и механической обработкой сыпучих продуктов, которые сопровождаются большим выделением пыли в окружающую среду. Поэтому важнейшей задачей вентиляционных установок является поддержание чистоты воздуха и создание комфортных условий труда в рабочих помещениях. Запыленность воздуха в них по санитарным нормам не должна превышать 2—6 мг/м³. Эту задачу можно выполнить, если устранить выделения пыли в воздух рабочих помещений посредством аспирации оборудования, т. е., используя отсос воздуха от корпусов оборудования, герметизирующих кожухов, где образуется пыль.

     В выполнении решений о повышении  благосостояния трудящихся на основе улучшения условий труда важная роль принадлежит вентиляционной технике. От ее совершенства зависит здоровье людей, улучшение условий их труда, повышение производительности и эффективности производства, а также охрана воздушного бассейна от загрязнений, предотвращение пылевых взрывов.

     Уменьшение  выбросов пыли в атмосферу благодаря использованию в аспирационных установках высокоэффективных пылеуловителей не только защищает окружающую среду, но и дает экономию ценных пищевых и кормовых продуктов, из которых состоит пыль.

     При аспирации создается разрежение внутри герметизирующих кожухов и оборудования, что позволяет устранить выделение пыли в помещение. Комфортные условия труда можно создать, применяя кондиционирование воздуха.

     Вентиляционные   установки   имеют   очень   важное   значение   для поддержания чистоты окружающего нас атмосферного воздуха. По новым санитарным нормам допустимые концентрации пыли при выбросе в атмосферу 

не устанавливают, но концентрация пыли в воздухе на территории, прилегающей к предприятию населенного пункта, не должна превышать 0,5 мг/м³.

     На  современных промышленных предприятиях различных отраслей вентиляционные и аспирационные установки применяют широко. Достигнут высокий технический уровень этих установок.

     Степень совершенства аспирационных установок сильно зависит от уровня их проектирования. Это процесс творческий, базирующийся на теоретических знаниях, опыте, технической зрелости и творческой способности инженера-проектировщика.

      1. Проектная  часть

     1.1 Выявление оборудования, подлежащего  аспирации 

     Исходя  из чертежей общего вида шелушильного отделения крупозавода выявляем оборудование, подлежащее аспирации: станки шелушильные двухдековые 2ДШС-3А (14,15,16,17,18).

     Расходы воздуха на аспирацию оборудования и потери давления принимаем по нормам ОАО «ЦНИИпромзернопроект» из приложения 8.[1, с. 213].

     Таблица 1 – Аспирируемое оборудование шелушильного цеха 

     1.2 Расчет кратности воздухообмена и обоснование выбора типа проектируемой сети 

     Рассчитываем по формуле, какой будет кратность воздухообмена в цехе [1, с. 133]:

      ;                                                       (1)

      где Q_общ – общий расход воздуха, м³/ч; принимаем его из  таблицы 1;

     V_п – внутренний объем рабочего помещения цеха, м³.

      ;                                                    (2)

     где a – длина, м;

     b – ширина, м;

     h – высота этажей рабочих помещений цеха, м.

     Выбираем  тип сети с выбросом очищенного воздуха в атмосферу и рециркуляцией, так как кратность воздухообмена больше 1.

     Определяем  количество выбрасываемого воздуха  в атмосферу:

     где i_н – нормированная кратность воздухообмена .[1, с. 133],

     Определяем  количество рециркулируемого воздуха:

     1.3 Компоновка аспирационных сетей 

     Аспирационные сети компонуем по пространственному, технологическому, температурному принципам, принципу эксплуатационной надежности и принципу одновременности работы.

     По  пространственному принципу объединяем в одну сеть близко расположенное  оборудование и отдаем предпочтение вертикальным воздуховодам при объединении оборудования, поскольку это делает сети более экономичными и эксплуатационно надежными.

     По  принципу одновременности работы объединяем в одну сеть оборудование, работающее в одно и то же время. Объединяем станки шелушильные двухдековые   2ДШС-3А.

     По  температурному принципу не допускаем объединения в одну сеть оборудования, имеющего разную температуру воздуха, так как при смешивании теплого и холодного воздуха возможны конденсация водяных паров и налипание пыли на стенки воздуховода. Температура нашего оборудования равна температуре помещения, тоесть 20-22°С.

     По  технологическому принципу, учитывающему однородность оборудования и равнозначность пыли, объединяем в одну сеть оборудование, в котором пыль одинакова или близка по качеству. Это станки двухдековые шелушильные 2ДШС-3А.

     Вычерчиваем общий вид аспирационной установки  – КП 260601.09.001 ВО 

     1.4 Расчет и подбор пылеуловителя 

     По  расходу воздуха в пылеуловителе, который по сравнению с полезным расходом  учитывает 5%-ный подсос воздуха в воздуховодах, подбираем циклон.

     Определяем  общий расход воздуха с учетом подсоса воздуха:

      ,                                                 (3)

     Выбираем  циклон с соответствующим объемным расходом воздуха    [1, с. 94] 4УЦ-550 (Q=2720-3800 м³/ч). Этот циклон также подходит нам по рекомендуемой скорости на входе V=10-12м/с. 

     1.5 Определение сопротивления пылеуловителя 

     Определяем  сопротивление циклона по формуле 137 [1, с. 88]:

      ,                                                 (4)

     где – коэффициенты сопротивления циклона равен 20D (D=0,55м) [1, с. 87],

     D – наружный диаметр циклона,

       – плотность воздуха,

      – входная скорость воздуха;

     1.6 Предварительный подбор вентилятора к сети 

     Определяем расход воздуха в сети, перемещаемого вентилятором:

      ;                                               (5)

     где Q_п.сети – полезный расход воздуха в сети, м³/ч;

     Q_подс – подсосы воздуха в сети, зависят от типа сети и подобранного пылеуловителя.

     Определяем  подсосы воздуха в сети:

      ;                                            (6)

     где Q₁ – подсос воздуха в воздуховодах, м³/ч; принимают его ориентировочно равным 5% полезного расхода Q_п.сети;

     Q₂ – подсос в циклонах, принимают равным 150 м³/ч;

     Q₃ – подсос воздуха через клапаны воздуховода, который принимают равным 100 м³/ч на каждый клапан.

     Ориентировочное давление вентилятора принимаем  равным 1800...2000 Па.

     По  найденному расходу воздуха и  ориентировочному давлению вентилятора по аэродинамическим характеристикам [3, с. 39] предварительно подбираем вентилятор с максимальным КПД.

     Выбираем  вентилятор ВЦП-5 с КПД и п=1900 ^об/_мин. Размеры всасывающего ( ) и выхлопного ( ) отверстий находим из таблицы 1-20 [3, с. 41]. 

     1.7 Проектирование трассы воздуховодов 

     До  начала проектирования трассы воздуховодов на чертежах общего вида цеха вычерчиваем  аспирируемое оборудование с их привязкой к главным осям.

     Затем вычерчиваем трассу воздуховодов в осях, а после выбора оптимального варианта окончательно вычерчиваем ее в масштабе 1: 50.

     При вычерчивании воздуховодов их диаметры (мм) рассчитываем предварительно по формуле[1, с. 138]:

      ;                                                       (7)

     где – расход воздуха, м³/ч, находим его сложением расходов аспирируемых машин, объединяемых тройниками;

       — скорость воздуха, м/с.

     При вычерчивании трассы воздуховодов руководствуемся указаниями по ее проектированию [1, с. 138-139].

     Воздуховоды проводим по кратчайшему пути с наименьшим числом отводов, параллельно и перпендикулярно стенам и балкам, избегая косых длинных воздуховодов, которые нарушают симметрию и ухудшают промышленную эстетику;

     Вначале объединяем между собой тройниками воздуховоды наиболее удаленных от вентилятора машин с малыми расходами воздуха и малыми сопротивлениями, а затем подсоединяем их к машинам с повышенными

     Горизонтальные воздуховоды проводим выше окон под потолком на одном уровне, чтобы не затемнять помещений и не ухудшать промышленной эстетики; при этом минимальную высоту от пола до выступающих частей воздуховодов принимаем не менее 2,2 м;

     При проектировании трассы по возможности применяем минимальное число типоразмеров элементов установки с учетом типовых конструкций, изготовляемых на заводах или в специальных мастерских.

     Берем стандартные диаметры воздуховодов; радиус отводов принимаем равным , углы тройников берем равными 30°, угол сужения конфузоров аспирируемых машин . 

     1.8 Расчет аспирационной установки

     1.8.1 Исходные данные, цели и задачи расчета 

     Цель  расчета – определение всех параметров аспирационной установки для окончательного подбора вентилятора, обеспечивающего надежную и экономичную ее работу.

     Задачи  расчета состоят в определении диаметров воздуховодов всех участков установки, потерь давления на каждом участке и общих потерь давления установки по главной магистрали; в выравнивании потерь давления в тройниках на параллельных участках, а также в окончательном подборе вентилятора в сети, нахождении мощности для привода вентилятора и в подборе электродвигателя.

     До расчета аспирационной установки определяем месторасположение аспирируемого оборудования, вентиляторов, пылеуловителей и расположение трассы воздуховодов, т.е. проектируем  общий  вид аспирационной установки (лист 1) в масштабе 1:50.

     Кроме того, определяем следующие данные:

• расход  воздуха и потери давления в аспирируемом оборудовании (Таблица 1);
• длины прямых участков и характеристики фасонных деталей воздуховодов, т. е. размеры конфузоров машин, радиусы и углы отводов, углы тройников и т. п. (Лист 1 «Аспирационная установка, Общий вид»);
• сопротивление, подсосы и утечки воздуха в пылеуловителе. Сопротивление определяем по формуле в пункте 1.5, подсосы и утечки воздуха в пылеуловителе принимаем равными в сумме 150 Па;
• наличие вакуума в рабочих помещениях. Условно принимаем его равным 50 Па.

     1.8.2 Расчетная схема сети 

     Для расчета аспирационной установки  пользуемся расчетной схемой (рисунок 1).

     Рисунок 1 – Расчетная схема аспирационной установки

     1.8.3 Расчет сети 

     Скорости воздуха на вертикальных и горизонтальных принимаем по рекомендации ОАО «ЦНИИпромзернопроект» 

     Участок АБ. 

     Выбираем  . Определяем требуемый диаметр по формуле (9):

     Полученный  расчетный диаметр округляем  до ближайшего стандартного значения . Уточняем по расходу воздуха и диаметру скорость по формуле[1, с. 52]:

      ,                                                 (10)

     где S – площадь поперечного сечения воздуховода, м².

     Динамическое  давление находим по формуле[1, с. 40]:

      ;,                                                       (11)

     где ρ – плотность воздуха, кг/м³.

     По  диаметру и скорости находим потери давления R, используя номограмму [1, с. 58, рисунок 43], соединив линейное значение расхода воздуха и скорости воздуха. Получаем .

     Определяем длину конфузора по формуле[1, с. 149]:

      ;                                                     (12)

     где b — наибольший размер входного отверстия конфузора, b=440мм [4, с. 38];

     α — угол сужения конфузора, принимаем равным 45°.

     Определяем  коэффициент сопротивления конфузора.

     Используем  формулу[1, с. 66]: 

      ,                                 (13) 

     где - коэффициент сопротивления, находим его по среднему диаметру D_ср.

      - угол сужения конфузора,  град.,

     n – степень сужения конфузора, n=S₁/S₂=(D₁/D₂)²

     По  номограмме определяем: , отсюда

     Радиус  отвода определяется по формуле[1, с. 66]:

      ;                                                      (14)

     Определяем  радиус отвода:

     Коэффициент сопротивления отвода находим из таблицы 10 [1, с. 67] для R_о=2D и α=90°.

     Длину отвода на участке АБ определяем по формуле[1, с. 150]:

      ,                                                   (15)

     где n – отношение радиуса отвода к диаметру, для вентиляционных отводов рекомендуется принимать n=2.

     Определяем  длину отвода:

     Определяем  длину участка АБ:

     Потери  давления по длине воздуховода рассчитываем по формуле[1,

     с. 61]:

      ,                                                    (16)

     где R – потери давления на 1 м длины воздуховода, Па/м.

     Определяем  потери давления по длине для воздуховода АБ:

     Потери  давления аспирируемого оборудования:

      . 

     Участок аБ. 

     Значения  скорости воздуха  , диаметра воздуховода , динамического давления , потерь давления на 1 м длины воздуховода , длины конфузора , коэффициента сопротивления конфузора были определены при расчете участка АБ.

     Отвод, примыкаемый к тройнику при расчете  потерь давления не учитываем, так как  он учитывается при расчете потерь от тройника.

     Определяем  длину участка аБ:

     Находим потери давления по длине воздуховода  для участка аБ по формуле (16):

     Потери  давления аспирируемого оборудования:

      .

     Коэффициенты  сопротивления в тройнике определяем при выравнивании потерь давления в боковых участках АБ и аБ.

     Коэффициенты  сопротивления тройника берем из таблицы 13 [1, с. 69] по отношению площадей:

      , и расходов ,

     где - площадь бокового воздуховода;

      - площадь проходного воздуховода;

      - площадь воздуховода объединенных  потоков;

      - расход бокового воздуховода;

      - расход воздуховода объединенных  потоков;

     Коэффициент сопротивления бокового потока, приведенный с учетом коэффициента сопротивления отвода , .

     Потери  давления на местные сопротивления рассчитываются по формуле[1, с. 62]:

      ;                                           (17)

     где ς – коэффициент местных сопротивлений, зависящий от конструкции и параметров фасонной части.

     Определяем  потери давления на местные сопротивления на участке АБ:

     Определяем  потери давления на местные сопротивления на участке аБ:

      .

     Общие потери давления в воздуховодах рассчитываются по формуле[1, с. 146]:

      ;                                      (18)

     Определяем  общие потери давления на участке АБ:

     Определяем  общие потери давления на участке аБ:

     Определяем  разницу между потерями давлений на участках АБ и аБ:

      , т.е. более допустимой (10%), поэтому необходимо выравнивание потерь давлений в тройнике.

     Выравнивание  выполняем с помощью дополнительного сопротивления в виде боковой диафрагмы.

     Находим коэффициент сопротивления диафрагмы по формуле[1, с. 146]:

      ;                             (19)

     По  номограмме на рисунке 54,а [1, с. 74] определяем значение . Откуда заглубление диафрагмы . 

     Участок БВ. 

     Принимаем .

     Находим расход на участке БВ:

     Определяем  диаметр воздуховода по формуле (9):

      .

     Выбираем  ближайший стандартный диаметр . Уточняем скорость по формуле (10):

     Динамическое  давление находим по формуле (11):

     По  номограмме .

     Длина участка БВ:

     Потери  давления по длине определяем по формуле (16):