Методика расчета вентиляционной системы

Для проверки правильности выполнения спроектированной системы вентиляции сотрудниками пожарной охраны выполняются аэродинамические расчеты. При проверочном расчете известны: вид и схема вентиляционной установки, характеристики всех элементов системы и параметры движения перемещаемой среды.

Перед расчетом аксонометрическая схема вентиляционной установки разбивается на отдельные участки. Участком называется воздуховод, в котором диаметр или размеры сторон в прямоугольных сечениях, а также расход воздуха по всей длине остаются постоянными.

Аэродинамический расчет вентиляционных систем выполняется в следующей последовательности.

1. Определяются потери давления на каждом участке системы.

2. Выбирается магистральная линия системы.

3. Производится увязка потерь давления в параллельных участках.

4. Выбирается марка вентилятора и определяются его характеристики.

5. Определяется мощность электродвигателя на привод вентилятора.

Потери давления на участке ΔР_уч Па, определяются по формуле:

, (2.1)

где ΔР_{л ,} ΔР_м - линейные и местные потери давления на участке, Па;

K₁, K₂ - коэффициенты, учитывающие влияние температуры перемещаемой среды на линейные и местные потери давления (приложение Д);

β_ш - коэффициент, учитывающий шероховатость стенок воздуховода (Приложение Ж);

R - удельные потери давления на l м длины воздуховода, Па/м;

- длина воздуховода, м;

Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке;

Р_д - динамическое давление в воздуховоде, Па.

Удельные линейные потери R, Па/м, определяются по формуле:

, (2.2)

где λ - коэффициент сопротивления трению;

d - диаметр воздуховода, м;

ρ - плотность перемещаемой среды, кг/м³;

V - скорость движения среды, м/с.

Коэффициент сопротивления трению определяется для различных воздуховодов по формуле Альтшуля:

, (2.3)

где K_Э - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности воздуховода, м (Приложение Е);

Re = Vd/υ - число Рейнольдса, здесь υ - коэффициент кинематической вязкости перемещаемой среды, м²/с.

Коэффициенты местных сопротивлений на каждом участке зависят от вида и размеров элементов вентиляционной системы, а также от параметров перемещаемой среды (Приложение Л).

При расчете прямоугольных воздуховодов за характерный размер принимается эквивалентный диаметр d_Э, который определяется по формуле:

, (2.4)

где а и b - размеры сторон воздуховода, м.

Следует иметь в виду, что при равенстве скоростей движения воздуха в прямоугольном и эквивалентном ему круглом воздуховоде потери давления на трение равны, а расходы воздуха не совпадают.

Для упорядочения и упрощения расчетов целесообразно полученные значения потерь давления на каждом участке представить в виде таблицы.

По известным величинам потерь давления на каждом участке определяется магистральная линия системы, т.е. линия от забора воздуха до выброса, в которой суммарные потери на последовательно соединенных участках имеют наибольшую величину. Остальные участки, не вошедшие в магистральную линию, считаются ответвлениями.

Потери давления в параллельных участках ответвлений, а также между ответвлениями и параллельными участками магистральной линии могут существенно отличаться. При этом возможно чрезмерное увеличение расхода на участках с меньшими потерями и уменьшение расхода на параллельных им участках с большими потерями, что приведет к нарушению воздухообмена в обслуживаемых ими помещениях. Поэтому расхождение потерь давления между параллельными участками допускается не более 10 %.

Для обеспечения равенства потерь давления на параллельных участках производится увязка вентиляционной системы, т.е. на участках ответвлений с меньшими потерями увеличивают гидравлические сопротивления путем уменьшения диаметра воздуховодов или установки добавочного местного сопротивления в виде диафрагмы, дроссель-клапана и т.п. При расчете вентиляционных систем, обслуживающих взрывопожароопасные помещения, связанные с выделением пыли, увязку необходимо выполнять путем изменения диаметров воздуховодов. Увязку вентиляционных систем, удаляющих горючие газы и пары (особенно местных отсосов), предпочтительнее производить установкой диафрагм с острыми краями, так как в процессе эксплуатации чрезмерное открытие дроссель-клапана (нарушение увязки) может снизить расход воздуха на других участках и создать опасность взрыва или пожара.

Расхождение потерь давления Δ в узловых точках соединения параллельных участков определяется по формуле:

, (2.5)

где Δ Р_б и Δ Р_м - большие и меньшие потери давления, Па.

При расхождении потерь давления больше чем на 10% необходимо произвести увязку участков. Требуемое добавочное сопротивление ξ_тр.м для участка с меньшими потерями давления определяется по формуле:

, (2.6)

где Р_д.м -динамическое давление на участке с меньшими потерями, Па.

Зная требуемый добавочный коэффициент местного сопротивления, можно найти угол закрытия дроссель-клапана или диаметр отверстия диафрагмы.

При выборе вентиляторов необходимо учитывать характер перемещаемой среды. При наличии в воздухе горючих газов и паров следует принимать вентиляторы взрывобезопасного исполнения, при наличии пыли - пылевые вентиляторы, для агрессивных смесей - коррозионно-стойкие и т.п. Для перемещения нормальной среды с температурой не выше 80°С и содержанием пыли не более 100 мг/м³ применяются радиальные (центробежные) или осевые вентиляторы обычного исполнения.

Для общеобменных систем вентиляции с малыми потерями давления целесообразно использование осевых вентиляторов, которые обеспечивают большие расходы, но малые давления.

Номера центробежных и осевых вентиляторов определяются по сводным или индивидуальным аэродинамическим графикам. Сводные графики, характеризующие параметры одной марки вентиляторов (например, ВЦ 4-75 или ВЦ 14-46) приведены в приложении М. При необходимости более точного определения для вентилятора производительности, давления, КПД и частоты вращения рабочего колеса используют индивидуальные графики.

Вентилятор должен обеспечивать требуемые (расчетные) значения производительности и давления вентиляционной системы. Расчетная производительность вентилятора L_р, м³/ч, определяется с учетом подсосов или потерь воздуха в воздуховодах и общего расхода системы L_сист, м³/ч. по формулам:

- при общей длине воздуховодов до 50 м:

L_p = 1,1 L_сист, (2.7)

- при общей длине воздуховодов 50 м и более:

L_p = 1,15 L_сист . (2.8)

Расчетное давление, развиваемое вентилятором P_p, Па, определяется с 10%-ным запасом по потерям в магистральной линии системы:

Р_р = 1,1 ΔР_маг . (2.9)

Выбор вентиляторов производится следующим образом. По сводному аэродинамическому графику определяются вентиляторы, которые могут обеспечить требуемые расход L_р и давление Р_р. Для каждого вентилятора на индивидуальном аэродинамическом графике находится точка с этими параметрами. Если эта точка расположена на "рабочей характеристике", т.е. линии, устанавливающей зависимость между производительностью и давлением при определенной частоте вращения рабочего колеса, то вентилятор обеспечивает требуемые параметры при данной частоте вращения.

Если точка с параметрами L_p и Р_р расположена ниже или между "рабочими характеристиками", то она переносится вертикально на вышележащую "рабочую характеристику" с большей частотой вращения и только тогда при производительности вентилятора, равной расчетному расходу системы, определяются рабочее давление Р_в, КПД и частота вращения рабочего колеса вентилятора. При этом давление Р_в будет превышать расчетное Р_р и для увязки на участке перед или за вентилятором устанавливается добавочное сопротивление.

Расчетные параметры вентиляционной системы могут обеспечивать несколько вентиляторов, поэтому при выборе предпочтение необходимо отдавать вентилятору с наибольшим КПД.

Расчетная мощность N_р, кВт для привода вентилятора определяется по формуле:

, (2.10)

где η_в - КПД вентилятора;

η_п - КПД передачи, принимаемый η_п = 1 при расположении рабочего колеса на валу электродвигателя; η_п = 0,98 при соединении вентилятора и электродвигателя при помощи муфты; η_п = 0,95 при клиноременной передаче.

Установочная мощность электродвигателя N_у, кВт находится по формуле:

N_у = К₃ N_p , (2.11)

где К₃ - коэффициент запаса мощности (Приложение Н).