Расчет вентиляции концентратора и обоечной машины
Введение
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.
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.
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
На предприятиях по хранению и переработке зерна для переработки 1 т зерна перемещают до 25000 м3 воздуха. В атмосферу в сутки выбрасывается около 100 т пыли, которая может быть частично использована как кормовой продукт. Поэтому повышение эффективности очистки воздуха от пыли имеет большое значение для улучшения чистоты атмосферного воздуха и для экономии пылевидных продуктов.
Вентиляционные установки
Велико также значение вентиляционных установок в предотвращении возникновения пылевых взрывов на промышленных предприятиях, что достигают посредством удаления пыли из мест ее образования и устранения взрывоопасных концентраций.
В настоящее время вентиляционная
техника развивается в
первое — совершенствование существующих вентиляционных установок;
второе — проектирование и строительство
более совершенных
третье — создание и применение
более совершенного вентиляционного
оборудования, главным образом вентиляторов
и пылеотделителей с
четвертое — дальнейшая разработка некоторых вопросов теории вентиляционной техники, например теоретическое обоснование выбора скоростей воздуха в воздухопроводах; изыскания, которые позволят усовершенствовать узлы аспирации оборудования; обоснование выбора оптимальных типов вентиляционных сетей и их количества; усовершенствование методов расчета вентиляционных установок; автоматический контроль, регулирование и наладка вентиляционных установок при эксплуатации и др.
Существующие вентиляционные установки
на предприятиях системы министерства
заготовок имеют некоторые
повышенные воздухообмена в производственных помещениях, достигающие 10—35 обменов в час вместо нормальных 1,0—1,5 обмена в час;
повышенные вакуумы в
малое количество или отсутствие контрольно-измерительных приборов; небольшая эффективность и эксплуатационная надежность применяемых пылеотделителей (циклонов, фильтров);
низкая герметичность корпусов аспирируемого оборудования, особенно элеваторного.
Повышенные воздухообменые вакуумы в производственных помещениях возникают в результате ошибок при проектировании, когда неправильно выбирают типы вентиляционных установок и принимают только установки с выбросом в атмосферу чрезмерно большого количества отработавшего воздуха без организованной подачи свежего воздуха и рециркуляции.
Наличие повышенных воздухообменов не позволяет применить отопление помещений, создает вакуум, сквозняки, вызывает конденсацию водяных паров в машинах, самотечных трубах и воздухопроводах. В результате этого нарушается технологический процесс переработки зерна и создаются ненормальные условия труда. Кроме того, вакуум в помещениях создает добавочные сопротивления для вентиляторов, что приводит к уменьшению расходов воздуха, ухудшению аспирации оборудования и повышению расхода энергии на вентиляцию.
Для уменьшения повышенных воздухообменов и вакуумов в производственных помещениях необходимо проектировать:
вентиляционные установки с рециркуляцией воздуха;
вентиляционные установки с кондиционированием воздуха;
организованный подвод наружного
воздуха к аспирируемому
вентиляционные установки с замкнутым циклом воздуха.
1 Вентиляционные установки, их основные задачи и схемы
Каждая вентиляционная (аспирационная) установка состоит из следующих основных пяти частей:
вентилируемых (аспирируемых) объектов (машины, аппараты, механизмы, бункера, силосы, помещения и т. п.), в которых выделяются теплота, пыль и другиепримеси;
воздухопроводов или каналов, предназначенных для перемещения воздуха с необходимой скоростью в нужном направлении;
побудителя естественного или механического — вентилятора для сообщения энергии воздушному потоку;
пылеотделителей для очистки воздуха от пыли (циклоны, фильтры и т. п.);
вспомогательного оборудования (калорифера, промывной камеры или кондиционера, клапанов, задвижек, контрольно-измерительных приборов, люков для очистки воздухопроводов и замеров давлений и др.).
Объединение всех частей в единую систему называют вентиляционной установкой, или вентиляционной системой, или вентиляционной сетью.
Каждый тип вентиляционной установки, применяемый в зависимости от назначения и условий эксплуатации, имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании.
Выделяют шесть признаков классификации вентиляционных установок.
Первый признак – по виду побудителя – вентиляционные установки бывают двух типов: с естественным и механическим побудителем. В качестве естественного побудителя используют ветер с применением дефлекторов, или разность давлений и температур, или кинетическую энергию движущихся объектов. Механическими побудителями в установках служат вентиляторы. Преимущество установок с естественным побудителем состоит в том, что их эксплуатация не связана с необходимостью затрат энергии, так как они используют даровую энергию, например ветра. Основные недостатки установок— это непостоянство эффективности, малый расход воздуха и малые давления.
Поэтому наибольшее применение на промышленных предприятиях находят установки с механическими побудителями - вентиляторами, как более эффективные. Основными преимуществами этих установок являются постоянство эффективности, возможность перемещения любых расходов воздуха и преодоление потерь давления до 12 000 Па.
По второму признаку классификации - способу вентилирования объектов вентиляционные установки бывают трех типов: открытые, закрытые и комбинированные.
В установках открытого типа (рис. 1) воздух перемещают от оборудования непосредственно через рабочее помещение без воздухопроводов.
В установках закрытого типа (рис. 2,3 и 4) воздух от оборудования перемещают по воздухопроводам.
В комбинированных установках часть оборудования аспирируют закрытым способом, а часть — открытым.
Преимуществом открытых вентиляционных установок является отсутствие воздухопроводов в помещении, а недостатком — необходимость перемещать повышенные расходы воздуха, так как при удалении пыли или газов от оборудования в рабочем помещения нельзя допускать повышенных концентраций, превышающих санитарные нормы.
Поэтому вентиляционные установки открытого типа в зерноперерабатывающих предприятиях не применяют. Наибольшее применение имеют установки закрытого типа, как более экономичные, в которых перемещают меньшие расходы воздуха с высокими концентрациями пыли и газов.
Рис. 1 Схема открытой вентиляционной установки:
1 – вентилируемые объекты; 2 – осевой вентилятор
Рис. 2 Схемы приточных вентиляционных установок:
а – для вентилирования оборудования: 1 – вентилируемое оборудование; 2 – воздухопроводы; б – для вентилирования помещений; 1 - вентилятор; 2 – устройство для обработки воздуха (очистка, подогрев, увлажнение); 3 – воздухопроводы
Рис. 3 Схемы условно всасывающих вентиляционных установок:
а - с фильтром; б – с циклоном; 1 - аспирируемое оборудование; 2 – вентилятор; 3- всасывающий фильтр; 4 - шлюзовой затвор; 5 — циклон
Рис. 4 Схема условно нагнетательной вентиляционных установок:
1 - аспирируемое оборудование; 2- воздухопровод; 3 - пылеотделитель; 4- вентилятор
Рис. 5 Схема вентиляционной установки нагнетающего типа:
1 – аспирируемое оборудование; 2 – вентилятор; 3 - циклон
Рис. 6 Схема вентиляционной установки с рециркуляцией:
1 - аспирируемое оборудование; 2 — отверстия в перекрытии для раздачи воздуха; 3 — всасывающий матерчатый фильтр; 4 — поступление воздуха для продувания ткани; 5 —клапан; 6— вентилятор; 7 — рециркуляционный аппарат.
Рис. 7 Схема вентиляционной установки с кондиционированием воздуха:
1 — аспирируемое оборудование; 2 — всасывающий матерчатый фильтр; 3 — поступление воздуха для продувания ткани; 4 —клапан; 5 — вентилятор; 6 — калорифер для подогрева наружного воздуха; 7 - подача воды на очистку и мойку зерна; 8 — кондиционер или промывная камера; 9 — вентилятор для раздачи воздуха; 10 — воздухопроводы для раздачи воздуха (могут быть заменены отверстиями в перекрытиях).
Рис. 8 Схема местной вентиляционной установки:
1- аспирируемая машина с собственным вентилятором; 2 – циклон.
Рис. 9 Схема вентиляционной установки с организованным подводом воздуха к оборудованию:
1 - аспирируемое оборудование; 2 - циклон; 3 — вентилятор; 4 — воздухопроводы для подвода наружного воздуха.
Рис. 10 Схема вентиляционной установки с
замкнутым циклом воздуха:
1 — аспирируемое оборудование; 2 — батарея
циклонов; 3— вентилятор.
По третьему признаку - направлению движения воздуха в вентилируемых объектах различают вытяжные, приточные и комбинированные (приточно-вытяжные) установки.
В вытяжных системах воздух отсасывают от объектов, и они находятся под разрежением (см. рис. 3 и 4). Такие установки называют аспирационными установками.
В приточных установках воздух нагнетают к объектам, и они находятся под повышенным давлением (см. рис. 2).
В приточно-вытяжных системах применяют одновременно вытяжку и приток воздуха к объектам.
Основное преимущество вытяжных
аспирационных установок
Приточные системы используют только для перемещения чистого воздуха с целью охлаждения объектов воздушными душами (см. рис. 2, а), или при вентилировании помещений (см. рис. 2, б), или при активном вентилировании зерна.
По четвертому признаку классификации в зависимости от взаимного расположения пылеуловителя и вентилятора установки бывают условно всасывающие и условно нагнетательные.
Во всасывающих установках вентилятор монтируют после пылеотделителя и через него проходит очищенный воздух (см. рис. 3 и 4). В нагнетающих установках вентилятор устанавливают перед пылеотделителем и через него проходит запыленный воздух (рис. 5).
В комбинированных установках применяют двойную очистку воздуха: предварительную до вентилятора и окончательную после него. Примером комбинированной установки может служить вентиляционная установка с рециркуляцией (рис. 6).
Преимуществами установок всасывающего типа перед нагнетающими являются: меньший износ вентилятора; меньшая взрывоопасность; меньшая запыленность воздуха в рабочих помещениях при прочих равных условиях, так как все воздухопроводы с запыленным воздухом находятся под вакуумом; возможность применения вентиляторов общего назначения, тогда как в установках нагнетающего типа используют вентиляторы специального назначения, например пылевые.
Поэтому при проектирований следует применять в основном установки всасывающего типа (см. рис. 3 и 4).
Для уменьшения взрывоопасности
нагнетающих установок
По пятому признаку классификации вентиляционные установки бывают местные и центральные.
Местными установками называют такие, в которых каждая вентилируемая машина имеет свой собственный вентилятор (рис. 8).
В центральных вентиляционных установках аспирируемые машины не имеют своих вентиляторов, а обслуживаются одним общим вентилятором (см. рис. 3, 5 и 6).
Преимущества местных вентиляционных установок перед центральными — простота и надежность эксплуатации, возможность отключения машины и регулирования в ней воздушного режима во время эксплуатации без отрицательного влияния на работу других машин.
Недостатками местных
установок является необходимость
применения большого количества вентиляторов,
электродвигателей и
При проектировании обычно используют центральные вентиляционные установки. Однако в тех случаях, когда аспирируемая машина часто отключается или требует при эксплуатации изменения воздушного режима, например сепараторы, ситовеечные машины, целесообразнее проектировать местные установки.
По шестому признаку – в зависимости от использования воздуха, отсасываемого от оборудования, вентиляционные установки бывают пяти типов:
- без использования отсасываемого воздуха с выбросом его после очистки в атмосферу;
- с рециркуляцией;
- с кондиционированием;
- с организованным подводом воздуха;
- с замкнутым циклом воздуха.
Первый тип установок с выбросом в атмосферу очищенного воздуха имеет самое широкое применение, так как является наиболее простым (см. рис. 1, 3, 5 и 8). При этом требования санитарных норм по запыленности выбрасываемого в атмосферу воздуха выполняют, применяя одноступенчатую очистку воздуха в матерчатых фильтрах или модернизированных циклонах.
Однако проектирование только установок первого типа приводит к образованию повышенных воздухообменов и вакуумов в производственных помещениях, что недопустимо.
Во втором типе установок с рециркуляцией (рис. 7) отсасываемый от оборудования воздух вначале очищают в матерчатом фильтре, затем вторично в промывной камере или в рециркуляционном аппарате (см. рис. 6), после чего возвращают в рабочее помещение.
В установках с рециркуляцией запыленность воздуха, поступающего после очистки в рабочее помещение, должна быть не более 30 % от предельно допустимой по санитарным нормам. Поэтому к эффективности пылеот- делителей предъявляют повышенные требования. Кроме этого, учитывают и противопожарные требования.
Сети с рециркуляцией воздуха проектируют на работу по двум вариантам: в отапливаемый период года на рециркуляцию, в неотапливаемый на выброс в атмосферу, для чего предусматривают клапан 4 (см. рис. 7).
Недостатком установок с рециркуляцией является невозможность регулирования температуры и влажности возвращаемого воздуха. Кроме того, применение промывных камер требует много места, повышенного расхода воды (до 0,12 л на 1 м3 воздуха, или 1,8 м8 воды на 1 т перерабатываемого зерна).
Наиболее совершенными являются установки третьего типа с кондиционированием воздуха, в которых вместо промывных камер применяют воздушно-водяные кондиционеры 8 (см. рис. 7).
В этих установках воздух не только тщательно очищается от пыли, но и приобретает определенную температуру и влажность, наиболее благоприятные для технологического процесса и условий комфорта человека. Для этого предусмотрено регулирование температуры воздуха в кондиционере и влажности посредством подвода наружного воздуха и смешивания его с рециркуляционным воздухом.
Недостатками вентиляционных установок с кондиционированием является их высокая стоимость, сложность и недостаточная надежность автоматических систем регулирования параметров воздуха.
Четвертый тип установок с организованным подводом воздуха (рис. 8) характеризуется тем, что воздух поступает в аспирируемое оборудование не из помещения, а через специальные воздухопроводы 4 снаружи здания.
Преимуществом этих установок является возможность устранения повышенных воздухообменов и вакуумов в рабочих помещениях более простым и экономичным способом по сравнению с рециркуляцией и кондиционированием.
Недостатком установок с организованным подводом воздуха является ограниченная возможность их применения, так как параметры наружного воздуха не всегда пригодны для аспирации оборудования. Так, например, холодный наружный воздух при подаче в машину с повышенной температурой вызовет конденсацию водяных паров. Поэтому такие установки можно проектировать там, где параметры (температура и влажность) воздуха в помещениях и машинах мало отличаются от параметров наружного воздуха.
В вентиляционных установках с замкнутым циклом воздуха один и тот же воздух циркулирует в замкнутой системе (рис. 10). Из оборудования 1 воздух поступает на очистку в батарейные циклоны 2, затем в вентилятор 3, из которого по воздухопроводам возвращается снова в оборудование 1.
Недостатком установок с замкнутым циклом воздуха является необходимость полной герметизации аспирируемого оборудования и пылеотде- лителей с установкой шлюзовых затворов на входе и выходе продуктов и на выводе пыли из пылеотделителя. Кроме этого, замкнутый цикл нельзя применять в машинах, в которых образуется тепло, например в измельчающих машинах, из-за перегрева циркулирующего воздуха.
По этим причинам установки с замкнутым циклом воздуха проектируют редко, например в зерновых обоечных машинах. Запыленный воздух из обоечной машины поступает по воздухопроводу в циклон. Далее очищенный воздух после циклона вентилятором подается снова в машину.
Кроме рассмотренных типов вентиляционных установок, проектируют и другие, как, например вместо однократной очистки воздуха во всасывающих установках (см. рис. 3, 4, 6 и 8) используют двукратную очистку вначале в циклоне, а затем в матерчатом фильтре.
При наличии пневматического транспорта оборудование аспирируют, подсоединяя воздухопроводы к пневмоприемникам.
2 Технологическая часть
2.1 Проектирование и описание вентиляционной установки
Материал и виды соединений воздухопроводов. Воздухопроводы изготовляют из тонколистовой оцинкованной стали с размером листов 1000 х 2000 или 1250 Х 2000 мм Толщину листовой стали принимают в зависимости от диаметра воздухопровода, например для диаметров до 450 мм принимают толщину δ —0,55 мм; от 450 до 800 мм δ = 0,7 мм, от 800 до 1000 мм δ = 0,8 и более 1000 мм δ = 1,0 мм. Размеры и масса круглых воздухопроводов приведены в таблице 37 [1].
Прямые участки
Продольные и поперечные швы
воздухопроводов выполняют
Ширина фальцев зависит от толщины листовой стали, например при толщине 0,55 мм ширина равна 8 мм, при 0,7 мм —10 мм, при 0,8 мм — 12 мм.
Припуски на фальцы зависят от его вида, например при одинарном фальце припуск по первой кромке равен 10 мм, по второй кромке —20 мм. При двойном фальце припуск по первой кромке равен 20 мм, по второй — 30 мм.
Разъемные соединения звеньев воздухопроводов выполняют на фланцах: для диаметров до 250 мм из полосовой стали размером 25 х 4 мм, для диаметров от 250 до 560 мм из угловой стали размером 25 х 25 х 3, для диаметров от 560 до 800 мм из угловой стали размером 25 х х25х4 мм. Для крепления фланцев на торцах звеньев воздухопроводов делают на 8 - 10 мм отбортовку кромок.
Фланцы диаметрами до 560 мм соединяют болтами М6 х 20 с применением прокладок из резины или картона на сурике; диаметрами более 560мм – болтами М10 х 25. Количество болтов принимают не менее шести для круглых воздуховодов и не менее восьми для прямоугольных.
Для удобства монтажа отверстия под болты во фланцах делают овальными с размерами по осям 7 х 10 мм или круглыми Ø 8 мм.
Круглые фланцы из угловой стали изгибают на фланцегибочном станке. Фланцы прямоугольной формы изготовляют на специальном станке или при помощи сварки.
Вместо фланцевых соединений удобно
применять манжетные соединения
Для разборки манжетного соединения достаточно отвернуть одну гайку стяжного болта и разжать стойки разрезного манжетного кольца.
Герметичность манжетного соединения обеспечивается установкой под кольцо прокладки из тонкой резины или ткани. В торцовые кромки соединяемых элементов закатывают стальную проволоку диаметром 3 мм. Ширина манжетного кольца 70—80 мм, ширина буртика 15—20 мм, высота буртика 10 мм.
Проектирование конфузоров и диффузоров. Форму и размеры конфузора аспирируемого оборудования проектируют с учетом конструкции этого оборудования.
Диффузор не отличается от конфузоров (в нем только движется воздушный поток в обратном направлении), поэтому его проектируют так же, как и конфузор.
Наиболее распространенная форма конфузора и диффузора —это усеченный конус или переход с прямоугольного сечения на круглое.
Оптимальный угол сужения конфузора равен 45°. При определении высоты (длины) конфузора и диффузора используют таблицу 41 [1].
Конфузор к аспирируемому
При выхлопе в атмосферу из вертикального воздухопровода вместо диффузора с зонтом можно запроектировать круглый дефлектор ЦАГИ, что увеличит эффективность аспирации оборудования в результате добавочного отсоса воздуха дефлектором во время ветра. Иногда проектируют факельный выброс.
Проектирование отводов. Отводы проектируют из звеньев, количество которых зависит от угла отвода, например для отводов с углом α=90° принимают семь звеньев, из них пять средних по 15° и два крайних по 7,5°, которые называют стаканами (полузвеньями). Для отводов с углом α = 60° число звеньев равно пяти, из них три средних по 15° и два крайних по 7,5°.
Так как любой отвод состоит из одинаковых звеньев, а звено из двух станков, то развертка отвода сводится к развертке и определению размеров одного звена или одного стакана.
Размеры звена, имеющего форму цилиндра, определяют длиной образующих (дуг). Наименьшую образующую называют шейкой, наибольшую — затылком.
В настоящее время находит
Для разметки прямых участков воздухопровода на звенья отвода заготавливают бланк прямоугольной формы размером 300 х 400 мм на плотной бумаге или другом материале.
Участок прямого воздухопровода, подготовленный для изготовления звеньев отвода, должен иметь правильную цилиндрическую форму и ровно обрезанную кромку по перпендикуляру к оси. Подготовленный участок воздухопровода делят по периметру на равные части, соответствующие числу точек деления окружности на бланке.
Механизированным способом отводы круглого сечения изготавливают на трехсторонней приводной зигмашине по специальным копирам, которые выполнены на каждый диаметр. Копир имеет форму стакана отвода, надевается на воздухопровод, закрепляется, и по его кромкам нарезаются звенья.
Проектирование тройников. Тройники проектируют с углом α = 30°. Если не позволяет длина, то принимают угол , равный 45° или 60°.
Размеры несимметричных тройников и крестовин при проектировании принимают из таблицы 45 [1] по диаметру проходного воздухопровода, а размеры симметричных тройников — из таблицы 46 [1] по диаметру бокового воздухопровода.
Тройники изготавливают с
Ввиду сложности построения разверток на практике применяют шаблоны, изготовленные в натуральную величину. При серийном изготовлении фасонных деталей используют также фотопроекционный метод разметки, состоящий в вычерчивании разверток деталей на картах раскроя в определенном масштабе и их фотографировании. Полученные негативы вставляют в проекционный аппарат-увеличитель и изображение проектируют непосредственно на металл в натуральную величину. На металле контур очерчивают и вырезают.
Проектирование тройника с отводом при объединении взаимно перпендикулярных потоков. При пересечении и объединении двух воздушных потоков проектируют тройник с углом α и отвод с углом β=90-α.
Проектирование отверстий для аэрометрических измерений, люков, задвижек, клапанов и шлюзовых затворов. В некоторых вентиляционных сетях количество отверстий может быть меньше, так как одно и то же отверстие может служить для вентилятора и пылеотделителя.
Для диаметров воздухопроводов до 350 мм проектируют по одному отверстию, а для диаметров более 350 мм — по два отверстия в каждом сечении. Иногда вместо прямоугольной формы отверстия размером 14 х 25 мм делают круглое Ø 20 мм. Это необходимо для того, чтобы упор установился вдоль оси воздухопровода, а также для уменьшения сопротивления. Вместо гаек применяют барашки.
