Расчет пневмотранспортной установки

Министерство  образования и науки Российской Федерации 

ГОУ ВПО  «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ» 
 

Факультет: Механическая технология древесины

Кафедра: Технология деревообработки 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ  РАБОТА 

«Расчет пневмотранспортной установки» 

(ТД.000000.026.ПЗ) 
 
 
 
 

                Руководитель:

                __________________В.  А. Корниенко 

                ___________________________                                                      

                        (подпись)           (дата)     

                Выполнил:

                Студент группы  43-01              

                 

                _________________ Д.Н.Шойбонов

 

      

     Реферат

 

     Расчетно-графическая  работа представляет расчет пневмотранспорных установок.

     Цель  расчетно-графической работы – рассчитать и спроектировать пневмотранспортную установку упрощенной конструкции  применительно к технологическому оборудованию.

     Пояснительная записка включает в себя 27 страниц текста, 3 таблицы, 1 рисунок,  3 использованных литературных источника. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание 

     Введение  5

  1. Расчет коллекторной установки

      1.1Определение расчетного давления в коллекторе 6

        1.1.1 Потеря давления в приемнике 9

        1.1.2 Потеря давления в переходе от приемника к трубопроводу 10

        1.1.3 Потеря давления на преодоление сил трения 10

        1.1.4 Потеря давления в отводах 11

        1.1.5 Потеря давления в переходе от  трубопровода к выходному патрубку коллектора 11

       1.1.6 Потеря давления при входе воздушного потока в коллектор 11

      1.2 Определение диаметров материалопроводов 13

    2 Выбор циклона

      2.1 Определение начальной запыленности воздуха 19

      2.2 Определение допустимого значения запыленности 19

      2.3 Определение фактической запыленности 20

    2.4 Определение  скорости воздушного потока во  входном патрубке циклона 20

      2.5 Определение потери давления в циклоне 21

    3 Расчет сборного  трубопровода и потери давления  в установке

      3.1 Расчет сборного трубопровода 22

      3.2 Потеря давления в сборном трубопроводе 22

      3.3 Потеря давления в коллекторной установке 23

      3.4 Потеря давления без циклона 23

      3.5 Определение суммарной потери давления 23

    4 Выбор вентилятора  и электродвигателя

      4.1 Определение производительности вентилятора 24

      4.2 Определение давления, которое должен развивать вентилятор 24

      4.3 Определение частоты вращения рабочего колеса вентилятора и коэффициента полезного действия вентилятора 24

      4.4 Мощность электродвигателя 25

      4.5 Тип электродвигателя 25

    Заключение 26

    Список использованных источников 27 
     
     
     
     
     
     
     
     

     Введение

 

     В деревообрабатывающей промышленности пневматические установки применяются  для транспортирования измельченной древесины в виде      технологической щепы, стружки и  древесных отходов и.т.д., образующихся при обработке древесины на деревообрабатывающих станках.

     Универсальные пневмотранспортные установки упрощенной           конструкции отличаются от обычных тем, что они рассчитаны не на         технологический процесс, а на удаление образующихся отходов в пределах производственного участка или всей площади цеха. Данные системы широко применяют на предприятиях, где меняется  технология производства и      постоянно обновляется парк станков с установкой сложного                      многопозиционного оборудования с большим числом режущих                   инструментов. Они имеют ограничения по производительности и              преимущества в простоте и компактности решения. В этих установках       магистральный трубопровод заменен коллектором (небольшим резервуаром), к которому подключаются ответвления от станков. Статическое давление по сечению коллектора постоянно, поэтому во всех ответвлениях одна и та же разность давлений, т.е. коллекторные установки универсальны и могут      обслуживать всю расчетную площадь производственного помещения вне   зависимости от расположения станка.

     Коллекторные  установки позволяют переставлять оборудование в   пределах расчетной  площади, но их запас повышения производительности ограничен. При подключении дополнительного  оборудования увеличение производительности возможно лишь при повышении транспортной скорости в магистральном воздуховоде  на 20-30% путем увеличения частоты         вращения рабочего колеса вентилятора. Максимальная производительность коллекторной установки определяется наиболее благоприятным  режимом работы вентилятора обслуживаемой  системы.

     Цеховые стружкоотсасывающие установки выполняют одновременно транспортные и аспирационные (санитарно-гигиенические) функции.

     Правильно спроектированная и хорошо выполненная                    стружкоотсасывающая установка должна обеспечивать автоматическое    удаление до 95% всех опилок и стружки, образующихся при механической обработке древесины, и создание нормальных санитарных условий работы. Пылесодержание в зоне дыхания станочника не должно быть выше 6 мг/м3  воздуха.

     Для обеспечения аспирации через  приемники этих установок следует  забирать значительно большее количество воздуха, чем это требуется для  транспортных целей, в силу чего эти  установки работают с очень низкими  концентрациями смеси равными 0,05-0,2.

     Стружкоотсасывающие системы относятся к категории установок   низкого давления.

 

      1 Расчет коллекторной установки

 
 

     1.1 Определение расчетного давления  в коллекторе 

        Таблица 1.1 – Аспирационные характеристики оборудования 

Марка   станка Приемники Количество  приемников Минимальный объем                  отсасывающего воздуха, Q м3/ч Минимальная транспортная     скорость, Vmin, м/c Максимально возможный    выход отходов в общей массе, кг/ч Коэффициент аэродинамического сопротивления  приемника/отсоса Диаметр присоединительного патрубка, м Скорость  в присоединительном патрубке
Общий / пыли
ШО15-А А

Б

В,Г

 1

1

2

 415

1221

848

 18 117,0/13,0 1,0

1,0

1,0

 0,07

0,12

0,1

 30
                 
 

     Расчет  давления в коллекторе начинается с  изучения расчетной схемы трубопровода, простой трубопровод изображен  на рисунке 1.1 

     

     1 – приемник; 2 – переход от  приемника к трубопроводу;                        3 – прямолинейный участок; 4 –  отвод; 5 – переход от трубопровода          коллектора; 6 – коллектор 

     Рисунок 1.1 – Расчетная схема простого трубопровода 

     С целью подбора марки коллектора и его размеров, по таблице, где  приведены аспирационные характеристики установленного оборудования, определяется суммарный расход воздуха установки.

     Увеличив  этот расход на 20% (т.е. умножив его  на коэффициент равный 1,2), находим  марку коллектора и его размеры. 

     

  м3/ч. 

     Принимаем коллектор КГ10.180, его характеристики приведены в таблице 1.2

     Таблица 1.2 – Характеристика коллектора КГ12.180 

Обозн. Минимальная воздушная    нагрузка Lmin,м3/ч Входные патрубки Диаметр

(размеры  сечения) выходного патрубка, мм

 Габаритные  размеры        коллектора

(длина  х ширина х высота), мм

 Масса, кг
кол-во коэффициент местного      сопротивления
КГ12.180 10700 12 0,445 dЭ=472

(500 x350)

 2250х1700х580 148,5
 

     Давление  воздуха в коллекторном узле принимается  равным 

           Нуз.= вimax ,    (1.1) 

      где вimax – потеря давления в I-ой ветви с учетом наличия               материала в воздушном потоке, Па.

          вimax определяется по формуле 

            вi max  = вimax (1+kμ)  (1.2) 

      где вimax – потеря давления в ветви при движении чистого               воздуха, Па;

                        k – коэффициент увеличения потерь давления за счет наличия     материала в воздушном потоке (k = 1,4);

                        μ – расходная массовая концентрация смеси в ответвлениях    станка. 

      Па, 

     Нуз.= 1836,36 Па. 
 
 

     Расходная массовая концентрация смеси μ рассчитывается по формуле

     

     

                , (1.3) 

      где Mi – максимальный возможный выход отходов при работе станка, кг/ч;

                      Q – объемный расход воздуха, проходящий через ответвление станка, м3/с;

           ρ – плотность воздуха (при  t = 200С плотность воздуха ρ=1,2  кг/м3). 

      . 

     Потерю  давления в каждой ветви при движении чистого воздуха  bi определяют для простого трубопровода по следующей формуле 

                             

bi =
пр. +
пер.1+
тр. +
отв. +
пер.2+
вх ,     (1.4) 

      где пр – потеря давления при движении воздушного потока через приемник ответвления, Па;

                     пер.1  – потеря давления при движении воздушного потока через переход от приемника к трубопроводу, Па;

                     тр  – потеря давления на преодоление сил трения по длине         ответвления, Па;

                     отв – потеря давления при движении воздушного потока в          отводах, вызванная местными сопротивлениями при повороте, Па;

                     пер.2  – потеря давления при движении воздушного потока через переход от трубопровода к патрубку коллектора, Па;

               вх – потеря давления при входе в коллектор, Па. 

      Па. 

     1.1.1 Потеря давления  в приемнике

 

     Потеря  давления в приемнике  пр, Па 

                                                   

,                                  (1.5) 

     где пр – коэффициент местного сопротивления приемника;

      Vпр – скорость воздушного потока в отсасывающем патрубке     приемника, м/с. 

       

     Скорость  воздушного потока в отсасывающем патрубке приемника Vпр, м/с, определяется по формуле 

                                                         

,                                        (1.6) 

      где Qi – принятый объемный расход воздуха, проходящий через      приемник, м3/с;

                        Fпр. – площадь живого сечения присоединительного патрубка    приемника, м2. 

       

     Площадь живого сечения патрубка приемника  Fпр. , м2  

                                                         ,                                           (1.7) 

      где dпр – расчетный диаметр присоединительного патрубка               приемника, м. 

       

     1.1.2 Потеря давления  в переходе от приемника к  трубопроводу

 

     Потеря  давления в переходе от приемника  к трубопроводу пер.1, Па, определяем по формуле 

                  пер.1= пер.1 , (1.8) 

        где  пер.1 – коэффициент местного сопротивления перехода приемника к трубопроводу ответвления. 

     Этот  переход выполняют в виде диффузора, а  пер.1 зависит от угла его расширения и отношения площади живого сечения трубопровода F к площади живого сечения патрубка приемника Fпр., т.е. 

                  пер.1= f , (1.9) 

     Для α=12о, Fпр=0,0314 м2; F=0,0314 м2 коэффициент местного             сопротивления , следовательно и пер.1= 0 Па.  
 

     1.1.3 Потеря давления на преодоление  сил трения  

     Потеря  давления на преодоление сил трения тр., Па, определяется по формуле 

                  тр.= l ,  (1.10) 

     где l – геометрическая длина ответвления, м;

          λ – коэффициент сопротивления  трения;

          d – диаметр трубопровода, м. 

      . 
 

      1.1.4 Потеря давления в отводах 

     Потеря  давления в отводах  Pотв., Па, определяется по формуле 

                  Pотв = , (1.11) 

      где – сумма коэффициентов местных сопротивлений отводов, установленных в ответвлении. 

      . 

      1.1.5 Потеря давления в переходе  от трубопровода к выходному       патрубку коллектора

 

     Потеря  давления в переходе от трубопровода к выходному патрубку коллектора Pпер.2, Па определяется по формуле 

                   пер.2= пер.2 ,                                 (1.12) 

      где – коэфициент местного сопротивления перехода от             трубопровода ответвления к патрубку коллектора;

              Vпер.2 – скорость воздушного потока в переходе, м/с. 

     Переход в виде диффузора, то = 0, следовательно пер.2= 0 Па. 

     1.1.6 Потеря давления  при входе воздушного потока  в коллектор

 

     Потеря  давления при входе воздушного потока в коллектор  Pвх., Па, определяем по формуле 

                                                

Pвх. =
,                                  (1.13) 

      где вх. – коэффициент местного сопротивления при входе воздушного потока в коллектор;

            Vвх.п. – скорость воздушного потока во входном патрубке             коллектора, м/с, которая определяется по формуле 

      Pвх. =  

                                                     

,                                       (1.14) 

     где  Qi – расход воздуха, м3/с;

             Fвх.п. – площадь входного патрубка, м2. 

       

     Площадь входного патрубка коллектора Fвх.п., м2, определяют по    формуле 

                                                        

,                                       (1.15) 

     где dвх.п. – диаметр входного патрубка коллектора, м. 

       

     С целью обеспечения работы ответвлений  в запроектированном        режиме и исключения перераспределения  воздушного потока между ними расчет ответвлений должен проводиться  с учетом обеспечения равенства  полных давлений потоков, проходящих через  них, расчетному давлению в коллекторном узле Hуз., т.е. отклонение вi от Hуз. не должно превышать   допустимую величину [ ] на ±5%. Это условие записывается следующим образом 

                                             

,                           (1.16) 

       
 

      1.2 Определение  диаметров материалопроводов

 

     Исходной  формулой для определения диаметров  ответвлений является формула, устанавливающая  связь между расходом воздуха  Q, скоростью воздушного потока V и параметрами сечения F и d 

                                                        

,                                 (1.17) 

     Из  этого уравнения вытекает  

                                                         

,                                   (1.18) 

     Расчетный диаметр округляют в меньшую  сторону до ближайшего нормализованного его значения. 

       

     Принимаем диаметр 200 мм. 

     Расчет  проведен для станка шипорезного одностороннего ШО10-4, для остальных станков расчет производится аналогично, данные сведены в таблицу 1.3

      После заполнения таблицы выбирают вi max, которое и принимают за расчетное давление узла Hуз.. После этого проверяют отклонение каждого значения вi  от Hуз.

      Если  это условие не выполняется, то диаметр  трубопроводов и отводов dиск. пересчитывается по формуле 

                                                            

,                              (1.19) 

      где di – диаметр трубопровода, неудовлетворяющий условию, м.  
       
       
       
       

      , 

     Принимаем dиск = 0,16 м. 

     Для остальных трубопроводов расчет производится аналогично, результаты сведены в таблицу 1.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2 Выбор  циклона

     2.1 Определение начальной запыленности воздуха

 

     Определяют  начальную запыленность воздуха, поступающего в циклон на очистку С1, м2/м3 по формуле 

                                                        

,                                      (2.1) 

     где åМni – суммарный выход пыли со станков, кг/ч;

            åQi – суммарный уточненный расход воздуха, отбираемый через приемники станков, м3/с;

               К1 – коэффициент, учитывающий подсос воздуха (К1=1,07). 

       

    2.2 Определение допустимого значения запыленности

 

     Определяют  допустимое значение запыленности после  очистки        [С2], мг/м3 при åQi меньше 15000 м3/ч

   

                                                 [С2] ≤ (160 – 4Q)k,                                       (2.2) 

     Коэффициент k при ПДК рабочей зоны для древесной пыли 6 мг/м3 принимается равным 0,8. 

[С2] ≤ (100 – 4∙15)∙0,8 

[С2] ≤ 80 мг/м3. 
 
 
 
 
 
 
 

      2.3 Определение фактической запыленности

 

     Определяют  фактическую запыленность С2, мг/м3 по формуле  

                                                           

,                                          (2.3) 

     где С1 – начальная запыленность воздуха, мг/м3;

            e  – относительный выброс пыли, %. 

       

     Относительный выброс зависит от циклона и его  модификации и определяется по формуле 

                                                         e = (100-h),                                        (2.4) 

Расчет пневмотранспортной установки