Аэродинамический расчет систем аспирации

Системы аспирации проектируют для удаления запыленного воздуха от местных отсосов технологического оборудования. В системах аспирации исходным параметром является количество воздуха, требуемого для создания разрежения в укрытии местного отсоса.

Воздуховоды аспирационных установок должны быть сварными, круглого сечения из листовой стали толщиной 1,5-2 мм, а при перемещении абразивной пыли с содержанием ее выше 1000 мг/м³ – 2,5-3 мм. Фасонные части воздуховодов систем аспирации показаны в приложении В. Отводы выполняются радиусом не менее 2d (d – диаметр воздуховода), в тройниках, крестовинах и штанообразных тройниках угол  принимается равным 30° в воздуховодах диаметром до 630 мм и 45° в воздуховодах диаметром 710 мм и более.

Минимальные диаметры воздуховодов принимают: для сухой мелкой зернистой пыли – 80 мм, для пыли средней волокнистости (опилки, стружка) –100 мм, для крупной стружки и волокнистой пыли (хлопок, шерсть) –140 мм.

Длина ответвлений воздуховодов от коллектора или магистрального сборника до приемника (отсоса от станка) не должна, как правило, превышать 30 м.

Для поддержания пыли или транспортируемых материалов во взвешенном состоянии и для подъема осевших частиц при пуске системы скорость воздуха следует принимать больше скорости трогания и витания.

Скорость трогания, при которой осевшая частица срывается со стенки, находят по формуле

v_тр= 1,3 , (17)

где ρ_м – плотность материала, кг/м³.

Скорость витания, м/с, для частиц размером менее 100 мкм при числе Рейнольдса, взятом относительно диаметра частицы, меньше 1 определяется по формуле

v_s = d² ρ_м g / 18 _в, (18)

где d – диаметр частицы, м; _в – динамическая вязкость воздуха, Па·с.

Некоторые практические значения скорости воздуха приведены в табл.15.

Системы аспирации характеризуются массовой концентрацией, кг/кг,

 = G _м / G _в, (19)

где G_м – массовый расход транспортируемого материала, кг/ч; G_в – массовый расход транспортируемого воздуха, кг/ч.

Аэродинамический расчет системы аспирации осуществляется методом динамических давлений, при котором потери давления на трение заменяются эквивалентными потерями на местные сопротивления. Потери давления на участке определяются по формуле

∆p_уч = (ζ_э + Σζ) p_д, (20)

где ζ_э – приведенный коэффициент трения,

ζ_э = λ l/d; (21)

λ – коэффициент сопротивления трения; d – диаметр воздуховода, м; l – длина участка воздуховода, м; ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; p_д – динамическое давление, Па.

Значения λ/d принимаются по таблице 22.56 [3] или по таблице 14. Потери давления на трение для воздуховодов из гибких металлических рукавов при отсутствии данных следует принимать в 2,5 раза больше величин, приведенных в таблице 14.

При перемещении малозапыленного воздуха (μ < 0,01 кг/кг) потери давления допускается определять по методике, рекомендуемой для систем общего назначения, принимая при этом скорости движения воздуха не ниже допускаемых для пыли данного типа.

Коэффициенты местных сопротивлений отводов и тройников приведены в приложении А. Значения ζ_о на входе в горизонтальный и барабанный коллекторы, горизонтальный сборник и бункера циклона принимать по таблице 13.

Таблица 13 – Значения ζ_о для коллекторов, сборников

и бункеров циклонов

Наименование местного сопротивления	ζо
	на входе	на выходе
Горизонтальный коллектор	1	0,5
Барабанный коллектор	0,8
Горизонтальный сборник
Бункер циклона

Воздуховоды аспирационной системы рассчитывают из условия одновременной работы всех отсосов. Производят тщательно увязку потерь давления на параллельных участках; допустимая невязка 5%. Для увязки допускается увеличить объем воздуха, удаляемого от местного отсоса, или установить конусные диафрагмы на вертикальных участках системы при условии, что транспортируемая пыль сухая, неслипающаяся и неволокнистая.

Воздуховоды рассчитывают по формулам, принятым для чистого воздуха, но при подборе оборудования при μ > 0,01 кг/кг учитывают массовую концентрацию смеси.

Давление вентилятора, Па, определяется с учетом потерь давления на трение и местные сопротивления в воздуховодах ∆p_сети, Па, на подъем транспортируемого материала и потерь давления в пылеочистных устройствах ∆p_оч, Па:

p_в = 1,1 [∆p_сети (1 + k μ)] + μ g h ρ_в + ∆p_оч , (22)

где k – опытный коэффициент, принимается по ведомственным нормам или по таблице 15; h – высота подъема транспортируемого материала, м. Потери давления на подъем материала μhgρ_в учитываются при μ ≥ 0,2 кг/кг; ρ_в –плотность воздуха, кг/м³.

Если величина μ g h ρ_в составляет менее 30 Па, в расчетах ее можно не учитывать.

При расчете внутрицехового пневмотранспорта древесных отходов обычно принимают весовую концентрацию смеси в секции отбора воздуха универсального коллектора μ=0,05 кг/кг, в секции сброса отходов с транспортера универсального коллектора μ = 0,15 кг/кг, в воздуховодах от сборников кустовых систем μ = 0,1 кг/кг.

Разрежение в сборном коллекторе, необходимое для отсоса от наиболее удаленного станка, при предварительных расчетах следует определять по графику рисунка 22.7 [3].

Таблица 14 – Значения λ/d для металлических воздуховодов систем аспирации

d, мм	Значения λ/d при скорости воздуха, м/с
	0,1-3	3,1-6	6,1-9	9,1-12	12,1-15	15,1-18	18,1-21	21,1-25
80	0,418	0,318	0,28	0,257	0,245	0,237	0,231	0,225
100	0,306	0,24	0,212	0,198	0,189	0,183	0,178	0,173
110	0,281	0,213	0,188	0,177	0,169	0,164	0,159	0,155
125	0,239	0,181	0,161	0,153	0,146	0,141	0,137	0,133
140	0,208	0,158	0,141	0,133	0,129	0,123	0,12	0,117
160	0,176	0,133	0,121	0,114	0,109	0,106	0,108	0,1
180	0,152	0,115	0,105	0,1	0,096	0,092	0,09	0,087
200	0,133	0,101	0,093	0,088	0,084	0,081	0,079	0,077
225	0,115	0,088	0,081	0,077	0,073	0,071	0,069	0,067
250	0,101	0,078	0,072	0,068	0,065	0,063	0,061	0,059
280	0,088	0,068	0,063	0,059	0,057	0,055	0,054	0,052
315	0,075	0,06	0,055	0,052	0,05	0,048	0,047	0,045
355	0,065	0,052	0,048	0,045	0,043	0,042	0,041	0,039
400	0,056	0,045	0,041	0,039	0,038	0,036	0,035	0,034
450	0,048	0,039	0,036	0,034	0,033	0,032	0,031	0,03
500	0,042	0,035	0,032	0,029	0,029	0,028	0,027	0,026
560	0,037	0,03	0,028	0,026	0,025	0,025	0,024	0,023
630	0,032	0,027	0,024	0,023	0,022	0,021	0,021	0,02
710	0,028	0,023	0,021	0,02	0,019	0,019	0,018	0,018
800	0,024	0,02	0,018	0,017	0,017	0,016	0,016	0,015
900	0,021	0,018	0,016	0,015	0,015	0,014	0,014	0,013
1000	0,019	0,015	0,014	0,013	0,013	0,012	0,012	0,012
1120	0,016	0,014	0,012	0,012	0,011	0,011	0,011	0,01
1250	0,014	0,012	0,011	0,01	0,01	0,01	0,009	0,009
1400	0,013	0,01	0,01	0,009	0,009	0,008	0,008	0,008
1600	0,011	0,009	0,008	0,008	0,007	0,007	0,007	0,007

Расчет выполняется в табличной форме (таблица 16) в следующей последовательности:

1. Систему разбивают на участки, участки нумеруют в порядке присоединения их к магистрали или универсальному коллектору. Проставляют на каждом участке требуемый расход воздуха и длину. Данные заносятся в графы 1, 2, 3, 5 таблицы 16.

2. В графу 4 выписывают рекомендуемую скорость воздуха из таблицы 22.57 [3] или из таблицы 15.

3. Принимают ближайший диаметр воздуховода, обеспечивающий скорость воздуха на участке не менее рекомендуемой. Записывают диаметр воздуховода и фактическую скорость воздуха в графы 7, 8.

4. Определяют λ/d, ζ_э, Σζ, (ζ_э + Σζ), p_д и заносят в графы 9, 10, 11, 12, 13.

Таблица 15 – Некоторые практические значения расчетных величин для проектирования систем аспирации и пневмотранспорта

Наименование материала		Объемный вес, кг/м3	Скорость движения воздуха, м/с		Предельная весовая концентрация смеси μ, кг/кг	Опытный коэффициент k
			вертикальных	горизонтальных
Земля, песок влажные		2800	15	18	–	–
Глина молотая		2400	14*	17*	0,8	0,6
Пыль мелкая минеральная		–	12	14	–	–
Пыль от матерчатых кругов		–	10	12	–	–
Пыль тяжелая наждачная минеральная		4000	15,5*	19*	–	–
Крупная стружка, опилки		Ι**	19	21	Внутрицеховой – до 0,15 Межцеховой – до 0,5	1,4
		ΙΙ**	22	23
Опилки:	чугунные	7300	19*	23*	0,8	0,85
	стальные	7800
* При перемещении материала с размером кусков до 20 мм указанные в таблице скорости должны быть повышены на 23-30%. ** Ι – при влажности материала до 20%, ΙΙ – при влажности свыше 20%.

5. Определяют потери давления на участке по формуле (20) и заносят в графу 14.

6. Производят увязку давления между ответвлениями, допустимая невязка 5%. При невозможности увязки за счет изменения диаметра воздуховода увеличивают расход воздуха на участке. Для этого определяют требуемое динамическое давление на увязываемом ответвлении, Па:

p_{д. тр} = ∆p_{отв. тр} / (ζ_э + Σζ)_отв . (23)

Далее вычисляют скорость воздуха на участке, м/с:

ν = (24)

и фактический расход воздуха, м³/ч:

L = 3600 ν F, (25)

где F – площадь поперечного сечения воздуховода, м².

При расчете сети необходимо соблюдать следующее условие: на каждом последующем участке скорость должна быть близка к скорости на предыдущем и не менее рекомендуемой расчетной скорости.

7. Определяют давление, развиваемое вентилятором, по формуле (22) и производительность вентилятора – по формуле (15).