104
Основные положения, используемые при конструировании систем аспирации и пневмотранспорта:
1.Системы компонуются в зависимости от объемно-планировочных решений и с расходом, не превышающим 10 тыс. м3/ч.
2.Вентиляторы устанавливаются снаружи здания.
3.Учитываются все особенности конструирования систем, рекомендуемые нормативными документами по проектированию ДОЦ.
4.Воздухораспределение конструируют таким образом, чтобы было кратчайшее расстояние траектории струи от воздухораспределителя до зоны дыхания человека.
5.Воздухораспределители рекомендуется размещать над рабочими местами и проездами.
6.Запрещается устанавливать воздухораспределители над воздуховодами и технологическим оборудованием.
7.Приточные струи не должны сбивать факел местных отсосов.
8.Емкость бункера для отходов циклона или сепаратора рассчитывается из производительности данной системы таким образом, чтобы заполнение бункера происходило бы не чаще, чем за 3 суток. Наиболее оптимальной является емкость, когда очистка бункера происходит 1 раз в неделю.
9.6.Пылевые вентиляторы для систем аспирации и пневмотранспорта
Пылевые вентиляторы предназначены для перемещения
невзрывоопасных неабразивных пылегазовоздушных смесей с температурой не выше 80°С с содержанием пыли и других механических твердых примесей в количестве не более 1 кг/м3 при отсутствии липких веществ и волокнистых материалов.
Пылевые вентиляторы применяются:
1. |
|
для удаления древесных стружек и |
|
опилок, металлической |
пыли от станков, пыли и шлаков при |
|
сварочном производстве |
|
|
105 |
2. |
в системах отбора запыленного воздуха |
|
при производстве цемента и |
|
железобетонных конструкций; |
3. |
в |
системах пневмотранспорта зерна и при производстве круп.
В настоящее время различными российскими (“Мовен”, “Консар”, “Евромаш” и др.) и зарубежными (“Nestro”, Германия) производителями выпускается широкий модельный ряд пылевых вентиляторов среднего и высокого давления. Среди вентиляторов российского производства наибольшее распространение получили вентиляторы следующих марок: В-ЦП6-45, В-ЦП7- 40, ВР-100-45 (ВРП-100-45), ВР-6-27. В основном пылевые вентиляторы выпускают следующего номерного ряда: №№ 4; 5; 6,3; 8.
Через пылевые вентиляторы проходит воздух с механическими примесями, поэтому они их схемы исполнения и аэродинамические характеристики отличаются от вентиляторов общего назначения.
Основные конструктивные особенности пылевых вентиляторов по сравнению с вентиляторами общего назначения:
1. массивный сварной корпус из стали толщиной листа δ = 3÷5 мм (у обычных вентиляторов δ = 1÷2 мм);
2.выпускаются только с клиноременной передачей ( 6 исполнения) с мощным электродвигателем, установленным на раме;
3.крыльчатка вентилятора выполнена в виде лопастей (количество для различных моделей различно- 6…8). Использование подобной конструкции предотвращает забивание межлопаточного пространства перемещаемыми примесями.
4.корпус пылевых вентиляторов в основном выполняется неповоротным
сположением 0о.
5.номер вентилятора не обозначает диаметра всасывающего отверстия
(у вентиляторов общего назначения, например, № 6,3 соответствует dвх = 630
106
мм). Для пылевых вентиляторов часто имеет место соответствия диаметра входного отверстия эквивалентному диаметру выхлопного патрубка (dвх =
dэкв.вых.).
На рисунке 9.2 показан вентилятор ВР-100-45 производства компании
“Мовен”.
Рис. 9.2 Пылевой вентилятор ВРП-100-45:
1 – корпус вентилятора; 2 – всасывающее отверстие; 3 – нагнетательное отверстие; 4 – лопатки рабочего колеса;
5 – электродвигатель; 6 – клиноременная передача; 7 – рама основания.
Производительность – до 25 тыс. м3/ч; Давление – до 4 кПа.
Пылевые вентиляторы подбираются так же, как и обычные, по соответствующим универсальным характеристикам, приведенным в справочной литературе.
Несмотря на то, что системы аспирации и пневмотранспорта изготавливают из воздуховодов класса плотности П (плотные), рекомендуется производительность и развиваемое давление нагнетателя принимать с запасом
на неучтенный дополнительный расход, т.е. |
|
Lвент = 1,1 Lс |
(9.20) |
Рвент = 1,1 ∆Рс + ∆Роб |
(9.21) |
10. ВЕНТИЛЯЦИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ УЧАСТКОВ 10.1. Краткие сведения о технологических процессах
Применение металлопокрытий (гальванических покрытий) является одним из наиболее распространенных способов защиты изделий из металла от коррозии в различных отраслях промышленности - машиностроении, приборостроении и др. Гальваническую обработку применяют также как
107
способ сообщения специальных физических и химических свойств (например, электропроводимости) либо изменения механических (прочностных) свойств поверхности.
Гальванические покрытия представляют собой металлическую пленку толщиной от долей мкм до десятых долей мм, которые наносят методом электролитического осаждения на поверхность металлических изделий.
Гальванотехника – область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.
Все процессы гальванотехники протекают в гальванических ваннах. Различают ванны:
1.стационарные (покрываемые изделия которых неподвижны);
2.полуавтоматические (изделия вращаются или перемещаются по кругу или подковообразно);
3.автоматические (загрузка, выгрузка и транспортировка изделий вдоль ряда ванн проходит автоматически).
Цикл технологических операций при обработке изделий в гальванических цехах рассматривают обычно как ряд отдельных взаимосвязанных технологических линий и участков.
По назначению все технологические операции делят на группы:
1– механическая обработка поверхности деталей (шлифование, полировка, обработка сварных швов, снятие заусенцев и др.);
2– обезжиривание (химическое или электрохимическое);
3- травление (шлифование, полирование, глубокое травление, часто называемое химическим фрезерованием, нанесение изоляции перед глубоким травлением, декапирование);
4– нанесение металлических покрытий электролитическим или химическим способами (цинкование, кадмирование, хромирование, никелирование, меднение, нанесение сплавов и многослойных покрытий, и
др.);
108
5 – анодное оксидирование металлов и сплавов;
6 – окончательная обработка поверхности деталей после нанесения металлических покрытий (полирование , пассивирование, промасливание и др.).
По уровню механизации и автоматизации технологических операций различают две основные разновидности технологических линий:
-Механизированные линии гальванических ванн с дистанционным управлением процессами. Встречаются в цехах в цехах опытного или малосерийного производства.
-Автоматы с программным управлением. Операции по загрузке и выгрузке деталей, перемещение изделий из одной ванны в другую выполняются операторами с программным управлением. Размещение деталей подлежащих обработке на устройства транспортировки и снятие готовых изделий осуществляется вручную.
Нанесение металлопокрытий гальваническим способом связано с использованием опасных для здоровья человека различных цианистых соединений, щелочных и кислых электролитов повышенной температуры, растворов содержащих соли меди, свинца, никеля, индия и хромового ангидрида.
Особую опасность представляют цианиты. Их растворы ядовиты и при соединении с кислотами способны образовывать опасные для людей соли синильной кислоты.
Кклассу наиболее вредных относят также операции с хромсодержащими растворами. Процесс хромирования сопровождается выделением газообразного водорода, кислорода, образующих туман над поверхностью электролита.
10.2. Основные рекомендации по проектированию систем вентиляции гальванических и травильных цехов
Вытяжные системы:
109
1. Вытяжные воздуховоды от бортовых отсосов необходимо прокладывать с уклоном i=0,005÷0,01 в сторону вентилятора. В нижней части участков воздуховодов и кожуха вентилятора необходимо предусматривать устройства для отвода конденсата в канализацию.
На расстоянии до 10 м от источника вредных выделений предусматривают съемные отводы для ревизии воздуховодов.
2. Системы компонуются по видам вредных выделений.
В отдельные системы следует выделять местные отсосы от ванн:
-обезжиривания органическими растворителями;
-хромирования;
-никелирования;
-с цианистыми процессами.
3. Вентиляторы и фильтры располагают в отдельном отапливаемом помещении.
4.На выхлопных шахтах желательно устраивать “факельный выброс”. Установка зонтов не рекомендуется.
5.Вентиляторы необходимо применять в антикоррозионном исполнении.
6.При проектировании систем должно быть минимальное количество проходов через перекрытие и покрытие.
7.В системах, удаляющих загрязненный воздух от ванн с токсичными парами, необходима установка резервного вентилятора.
8.Запрещается укрывать пеной ванны, над которыми возможно образование водорода.
Удаление воздуха от таких ванн осуществляют эжекторными установками.
9.Общеобменную вытяжку из верхней зоны допускается не устраивать, если местные вытяжные системы обеспечивают воздухообмен более 5 крат. При значении кратности воздухообмена n < 5 ч-1 необходимо предусмотреть механическую общеобменную вытяжку из верхней зоны с кратностью 1 ч-1.
Приточные системы:
110
1.Для обеспечения бесперебойной работы приточной вентиляции необходимо предусматривать установку не менее двух приточных систем с производительностью каждой не менее 50 % от расчетной. В случае установки одной системы необходимо предусмотреть устройство резервного вентилятора.
2.Воздухораспределение следует осуществлять над рабочими местами или проездами так, чтобы было минимальное расстояние до зоны дыхания человека, и оно не мешало технологическому производству.
3.Запрещается устанавливать воздухораспределители над технологическим оборудованием.
4.Приточные струи следует направлять так, чтобы они не влияли на работу местных отсосов.
Рециркуляция воздуха во всех отделениях гальванических цехов кроме
машинного не допускается.
11. АЭРАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ 11.1. Общие сведения об аэрации
Естественная вентиляция устраивается в помещениях с избы - точными тепловыделениями. Исторически сложилось так, что естественную вентиляцию «горячих» цехов, где для этой цели исполь зуют световые проемы, называют аэрацией. Поэтому и проемы называют
светоаэрационными.
Для естественной вентиляции помещений жилых, общественных и офисных зданий используют воздухопроницаемость наружных ограждений (окон, дверей), или устраивают в них специальные клапаны, а также проектируют системы каналов и шахт, по которым воздух удаляется из помещений. Принципиальной разницы между двумя описанными системами вентилирования нет. В обоих случаях движущей силой процесса является гравитационное давление, обусловленное разностью плотностей воздуха наружного и внутреннего, а также давление ветра. Однако, следуя установившейся традиции, рассмотрим
111
их отдельно.
В горячих цехах теплоизбытки бывают столь велики, что по требные воздухообмены достигают миллионов кубометров в час. В подобных случаях рационально использовать избыточную тепловую энергию для организации процесса вентилирования помещений.
Аэрацию устраивают в цехах большого объема при малом ко - личестве постоянных рабочих мест, при пониженных требованиях к уровню комфорта, и если нет необходимости в предварительной об - работке приточного воздуха.
Наиболее характерными производственными помещениями, где часто используют аэрацию являются цеха предприятий черной и цветной металлургии, кузнечные, термические и т.п.
а) |
б) |
в) |
Рис. 11.1 Схемы движений потоков в аэрируемых помещениях:
1- приточные фрамуги; 2 - фонари с вытяжными фрамугами; 3 - ветроотбойные шиты; 4 - напольные решетки
В основном аэрацию используют в теплый период года, но при больших теплоизбытках также и в переходный и даже в холодный периоды. Летом приток воздуха происходит непосредственно в рабочую зону через фрамуги, расположенные на высоте 0,3-1,8 м от пола, рис. 11.1-а. В переходный и холодный периоды через проемы на высоте достаточной для того, чтобы холодная струя успевала нагреться до входа ее в рабочую зону. Для этого проемы оборудуют конструктивными элементами, отклоняющими холодную
112
струю вверх, рис. 11.1 - б. На рис. 11.1 в показан двухэтажный вариант здания цеха электролиза алюминия, где приток происходит в нижний технический этаж. Воздух нагревается при контакте с днищами электролизеров и нагретыми коммуникациями и далее через напольные решетки поступает в рабочую зону.
Из помещений воздух удаляется через незадуваемые фонари, снабженные ветроотбойными щитами (рис. 11.2) или шахты с дефлекторами (рис. 11.3). При обтекании ветровым потоком ветроотбойного щита или дефлектора происходит срыв потока с острой кромки и над препятствием формируются зоны отрыва, внутри которых давление отрицательно. В результате фонарь или шахта устойчиво работают на вытяжку при любом направлении ветра и опрокидывания тяги»не происходит. В зоне отрыва на наветренной стороне давление положительно.
В табл. 11.1 приведены схемы и аэродинамические характеристики приточных аэрационных проемов.
Таблица 11.1
113
а) 
б)
в)
с) 
Рис. 11.2 Конструктивные схемы незадуваемых фонарей различных конструкций
а– конструкции КТИС; б – П–образный фонарь;
в– конструкции ЛенПСП; с – фонарь Батурина-Бранта
114
Рис. 11.3 Вытяжная шахта с дефлектором
1 - шахта с зонтом; 2 - дефлектор; 3 - узел прохода через перекрытие; 4 - поддон для сбора конденсата; 5 - зоны отрыва ветрового потока (на наветренной стороне давление положительно, над дефлектором и за ним – давление отрицательно)
11.2. Расчет аэрации
Задача расчета аэрации проектируемого здания состоит в том, чтобы для заданных параметров наружного и внутреннего климата, известных значений теплоизбытков Q определить необходимый воздухообмен, а также площади приточных и вытяжных проемов принятой конструкции. Это-прямая задача.
Если проводится поверочный расчет для существующего здания, когда известны конструкции, площади аэрационных проемов и теплоизбытки в помещении, то целью расчета является определение воздухообмена и параметров воздуха в рабочей зоне. Это - обратная задача.
Впрактике проектирования нестабильный ветер учитывают лишь как фактор, могущий ухудшить аэрацию, для чего предусматривают ветрозащитные конструкции вытяжных проемов. Дополнительное давление, создаваемое ветром в приточных проемах, не учитывают.
Существуют два метода расчета аэрации, в основе которых лежат разные представления о физике явлений, происходящих в вентилируемом помещении.
Впервом методе полагается, что в пределах рабочей зоны температура не изменяется и равна tв, далее она непрерывно возрастает по линейному или какому-либо иному закону до значения в центре вытяжного проема - рис. 11.4- а. В результате формируется циркуляционное кольцо с центром нагрева (цн) в приточном проеме и центром охлаждения (цо) в вытяжном. Соответствующее
115
такому представлению располагаемое давление в циркуляционном кольце равно
P = Hg(ρн- ρв), |
(11.1) |
где Н - разность высот между центрами вытяжного и приточного |
|
проемов; |
|
ρв - плотность воздуха в правой ветви циркуляционного кольца, которая может быть принята равной средней из значений плот ности в рабочей и верхней зонах помещения ρв =( ρух + ρрз) / 2.
Нагрев и охлаждение воздуха не происходят одномоментно в центрах проемов, но попытка учесть постепенный нагрев и охлаждение по соответствующим веткам циркуляционного кольца не приведет к существующему уточнению формулы (11.1).
|
Описанная картина соответствует ситуации, когда в помещении имеются |
рассредоточенные по площадиисточники теплоты малой мощности. |
|
а) |
б) |
Рис. 11.4 Возможные варианты распределений температур по высоте аэрируемых помещений
а - распределенные теплоисточники; б - сосредоточенный теплоисточник
Второй метод соответствует случаю, когда в помещении имеются сосредоточенные теплоисточники большой мощности и реализуется распределение температур, показанное на рис. 11.4-б.
На определенной высоте Нm, формируется температурное перекрытие.
116
Вне конвективной струи температура постоянна и равна tв, на уровне температурного перекрытия она резко возрастает до значения ty и далее остается постоянной. Тогда в циркуляционном кольце имеется два центра нагрева - в приточном проеме и при пересечении температурного перекрытия - и один центр охлаждения - в вытяжном проеме.
Располагаемое давление в циркуляционном кольце в этом случае будет
равно |
|
P = g[H(ρн- ρух) - Нm(ρрз- ρух)] |
(11.2) |
Температура воздуха, удаляемого из помещения и необходимый |
|
воздухообмен для обоих методов определяются из выражений |
|
tух = kL(tрз – tn) + tn, |
(11.3) |
G = |
(11.4) |
Координата Нm определяется из следующих соображений. Воздухообмен в помещении очевидно равен массовому расходу воздуха в конвективной струе на уровне Нm, Расход в струе над теплоисточником размерами в плане 2А×2В и площадью Fо = 4АВ определяется по формуле
(11.5)
где QK - конвективная мощность теплоисточника, Вт.
Значения безразмерного множителя kL зависят от отношения размеров теплоисточника в плане А/В, безразмерной вертикальной координаты z/b и
определяются по графику рис. 11.5.
Из выражений (11.4) и (11.5) находим
kL = |
(11.6) |
Далее по графику 11.5 находят значения z/B=Hm/B и высоты Hm, на которой расположено температурное перекрытие.
После определения воздухообмена и располагаемых давлений расчет по обоим методам одинаков.
117
Рис. 11.5 Значения коэффициента kL, входящего в формулу 11.6
Потери давления в циркуляционных кольцах слагаются из местных потерь на проход через приточные Рп и вытяжные Рух проемы.
Потери на трение не учитывают ввиду незначительной скорости движения воздуха в правом и левом полукольцах.
(11.7)
Учитывая, что vn = G /Fn·ρn и vух = G /Fух·ρух, выражение (11.7) примет вид
(11.8)
Долю располагаемого давления, затрачиваемого на преодоление сопротивления приточных проемов β обычно принимают относительно малой (β = 0,1…0,4).
При этом скорость воздуха поступающего в помещение будет невысока, что исключит сквозняки в рабочей зоне. В вытяжных проемах наоборот желательно иметь более высокую скорость, что снизит опасность
опрокидывания тяги. Таким образом |
|
|
Pn = β · |
Pp |
(11.9) |
Pух = (1- β) · |
Pp |
(11.10) |
118
Используя формулы (11.8) и (11.9), находим зависимости для определения площади приточных
(11.11)
и вытяжных проемов
(11.12)
В этом случае углы открытия створок фрамуг заданы и следовательно значения известны ζух, и ζ п Значения кмс приточных и вытяжных проемов в зависимости от конструкции фрамуг, фонарей и угла открытия створок приводятся в справочной литературе.
Иногда решают и другую задачу, когда заданы площади проемов. Тогда расчетом определяются значения ζп и ζух
(11.13)
(11.14)
Изложенный порядок расчета соответствует прямой задаче. Если решается обратная задача, то значения площадей проемов и углы открытия фрамуг (а значит и значения ζ известны. Для определения воздухообмена могут быть использованы формулы
(11.15)
Расчет аэрации для переходного и холодного периодов по схеме рис. 11.1-б сводится к определению условий истечения плоской струи, (высота проема, угол открытия фрамуги, скорость истечения), при которых будут обеспечены намеченная форма оси струи и нормируемые значения скорости и температуры при входе струи в рабочую зону. Для расчета используются
119
закономерности неизотермических струй, рассмотренные в курсе “Теоретические основы создания микроклимата в помещениях”.
При использовании для вытяжки шахт с дефлекторами расчет состоит в определении площади сечения шахт, обеспечивающих нужный расход удаляемого воздуха. Разрежение в зоне отрыва ветрового потока над дефлектором определяется по формуле
(11.16)
где k - аэродинамический коэффициент, значение которого зависит от формы дефлектора (круглый, квадратный, звездообразный и т.д.);
vвm - скорость ветра.
Располагаемое давление Рp расходуется на преодоление сопротивления сети (вход в шахту, выход из шахты с зонтом, и оголовком). Тогда
(11.17)
Здесь v - скорость воздуха в шахте. Поскольку v =
, то расход воздуха удаляемого через шахту можно определить по формуле
(11.18)
Далее находится необходимое количество шахт, которые обеспечат требуемый воздухообмен. преобразуя формулу (11.18) можно также определить необходимую площадь сечения шахты, если расход G известен
(11.19)
Если к шахте присоединен воздуховод диаметрjv d и высотой H, то, вычисляя располагаемое давление, необходимо учитывать гравитационную составляющую, т.е.
(11.20)
120
В этом случае необходимо учитывать потери на трение, а также возможные дополнительные местные потери
(11.21)
Тогда формула (11.18) примет вид
(11.22)
Значение коэффициента гидравлического трения λ может быть принято равным 0,02.
Расчет аэрации многопролетных зданий, где выделяют горячие и холодные пролеты, отличается тем, что в этих случаях предварительно намечают схему движения воздушных масс, то есть схемы циркуляционных колец и расположение в них центров нагрева и охлаждения. Далее рассчитывают гравитационное давление в этих кольцах. При расчете потерь давления в кольцах необходимо учитывать потери, связанные с перетеканием воздуха через проемы, разделяющие холодные и горячие пролеты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
121
1.Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. Учебное пособие.-М.: Профиздат, 1990. – 448 с.
2.Богословский В.Н. Отопление и вентиляция: Учебник для вузов. В 2-х ч.
Ч. 2. Вентиляция /Богословский В.Н., В.И. Новожилов, В.Д. Симаков, В.П. Титов; Под ред. В.Н. Богословского.- М.: Стройиздат, 1976. – 439 с.
3. Богословский В.Н. Внутренние санитарно-технические устройства.
Ч. 1, Отопление / В.Н.Богословский, Б.А. Крупнов, А.Н. Сканави и др., Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 344с. ( Справочник проектировщика).
4. Богословский В.Н. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 3 Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн 1/ В.Н. Богословский, А.И. Пирумов, В.Н. Посохин и др.; Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1992. – 319 с.: ил.- (Справочник проектировщика).
5. Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция. Учебное пособие.-М.: Изд-во АСВ, 2008.-624 с. 288 ил.
6. Посохин В.Н., Сафиуллин Р.Г., Бройда В.А. Вентиляция. Учебное пособие/под общ. ред. проф. В.Н. Посохина.-М.: Изд-во АСВ, 2015.-624 с.
7. Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов. Справочник.-М.: Изд-во машиностроение, 1964.-704 с.
Евгений Сергеевич Козлов
Сергей Сергеевич Козлов
ВЕНТИЛЯЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям, практическим занятиям и выполнению курсового проекта (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы)
для обучающихся по дисциплине Вентиляция промышленных зданий и технические средства защиты атмосферы, направление подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) Теплогазоснабжение и вентиляция
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65.
http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru