Расчет, проектирование и монтаж систем местной вентиляции на производстве
В различных помещениях с выделениями токсичных, горючих, взрывоопасных веществ, а также различных пылевоздушных смесей и других вредностей необходимо устройство местных приточных и вытяжных систем вентиляции. Вытяжными системами можно удалять загрязнитель непосредственно у мест образования при помощи различных укрытий, зонтов, шкафов и других специальных вытяжных устройств местной вентиляции. Приточные системы используются в нескольких вариациях, это либо компенсация местной вытяжной вентиляции, либо зонирование и распределение потоков воздуха, для предотвращения распространения вредностей, либо воздушное душирование для обеспечения необходимых требований качества воздуха в рабочей зоне.
Местная вытяжная вентиляция в промышленности и на производстве
Основными устройствами для местной вентиляции являются зонты, вытяжные шкафы и бортовые отсосы, удаление стружек и другой мелкодисперсной пыли производится системами аспирации, но деление это довольно условно и зависит от каждого конкретного производства.
Проектирование и расчет вытяжных зонтов
Над оборудованием, выделяющим различные вредности, над производственными и сварочными столами устанавливаются вытяжные зонты. При проектировании кузнечных, токарных и других цехов, в которых зонты установлены над
оборудованием, выделяющим масло, в конструкции зонта либо в воздуховоде за ним устанавливается жироуловитель. Воздуховод прокладываются с уклоном и в нижней точке оборудуются вентилями для слива масла, в нижней части вентилятора также возможна установка вентиля для слива масла.
Для расчета зонта необходимы размеры стола или оборудования, которое он будет защищать, а также его температуру. Размеры зонта принимаются таким образом, чтоб они перекрывали стол или оборудование с запасом минимум 10-15%.
Расчет расхода воздуха зонта для местной вентиляции ведется по скорости в сечении и рассчитывается по формуле:
где, L – расход воздуха в м3/ч, F – площадь сечения зонта в м2, V – рекомендуемая скорость в сечении зонта в м/с.
Рекомендуемая скорость для эффективного улавливания зонта системы местной вентиляции открытого с:
- четырех сторон — 1,05-1,25м/с
- трех сторон – 0,9-1,05м/с
- двух сторон – 0,75-0,9м/с
- одной стороны – 0,5-0,75м/с
Для снижения эксплуатационных расходов, за счет снижения расхода воздуха, если это позволяет технологический процесс, можно закрыв его с одной, двух или даже трех сторон, это позволит снизить расход практически в два раза.
Проектирование и расчет зонта, установленного над нагретой поверхностью значительно сложнее и зависит температуры и размеров нагретой поверхности а также от высоты установки зонта. От нагретой поверхности образуется конвективная струя, которая по мере подъема втягивает в себя воздух и имеет определенный угол раскрытия зависящий от разности температур нагретой поверхности и температуры в помещении. Для правильного проектирования необходимо рассчитать площадь конвективной струи на высоте установки зонта, именно по этим данным необходимо подбирать зонт.
Расход воздуха конвективной струи местной вентиляции
где, — расход воздуха в м3/с, — тепловой поток от нагретой поверхности, образовывающийся при формировании конвективной струи в кВт, F – площадь нагретой поверхности в м2, h – расстояние между нагретой поверхностью и зонтом.
Расчет объема воздуха местной вентиляции при использовании вытяжных шкафов
В основном вытяжные шкафы используются в больницах, аптеках, химических и фармакологических лабораториях, в аккумуляторных и других помещениях в которых необходима либо стерильность, либо удаление высокотоксичных вредностей. Вытяжной шкаф обычно закрыт со всех четырех сторон, одна из сторон открывается, для загрузки или разгрузки материала, основной особенностью является то что вредности выделяются в закрытом объеме и удаляются сразу у места образования.
Основной задачей местной вытяжной вентиляции является удаление этих вредностей и обеспечение в заданной скорости в рабочем проеме.
Рекомендованная скорость в рабочем проеме вытяжного шкафа местной вентиляции:
- Если плотность газов близка к плотности воздуха – 0,35м/с
- Если концентрация ПДК=6-10мг/м3, то скорость – 0,8-1,0м/с
- Если концентрация ПДК= до 4мг/м3, то скорость – 0,9-1,2м/с
- Если концентрация ПДК= до 2мг/м3, то скорость – 1,1-1,6м/с
- Если в шкафу выделяется высокотоксичная пыль, свинцовая или марганцевая то – 2,0-3,5м/с
Это обобщенные минимальные данные, больше необходимые в целях ориентирования, в каждом конкретном случае необходим точный расчет, который могут провести специалисты нашей проектной фирмы по вентиляции и отоплению, ведь современных технологических процессов появилось великое множество, а соответственно и веществ, от которых необходимо защитить помещение. Поэтому и расчет в каждом конкретном случае необходимо проводить не по рекомендуемой скорости, а по объемам выделяющихся вредностей и их физическим параметрам.
Объем воздуха для вытяжного шкафа местной вентиляции
где, L – расход воздуха в м3/ч, F – площадь сечения проема в м2, V – рекомендуемая скорость в сечении проема в м/с. Как видно, формула такая же как и для расчета зонта, основным отличием является рекомендуемая скорость в сечении проема.
Расчет бортовых отсосов системы местной вентиляции производственных помещений
В гальванических цехах и в других производственных помещениях, в которых используются ванны с различными растворами вредных химических веществ необходимо устройство местной вытяжной вентиляции. Для этого используются бортовые отсосы различной конструкции, если ширина ванны не превышает 700мм, то бортовой отсос устанавливается только с одной стороны, если ширина больше, то бортовые отсосы необходимо устанавливать с двух сторон. Если уровень жидкости находится в пределах 80-150мм от оси заборной щели(1), то используются простые бортовые отсосы, если расстояние находится в промежутке 150-300мм, то необходимо использовать опрокинутые бортовые отсосы(2), при этом объем воздуха резко уменьшается.
Расход воздуха бортового отсоса местной вентиляции определяется по формуле
где, L – расход воздуха в м3/ч, – коэффициент, учитывающий допустимую высоту подъема вредностей над поверхностью испарения, — коэффициент, зависящий от уровня жидкости в ванной и ширины щели в бортовом отсосе, — коэффициент учитывающий подвижность воздуха в помещении и температуру жидкости в ванной, — длинна ванной в м, — температура жидкости в ванной, — температура воздуха в помещении.
Значения коэффициентов очень сильно влияет на итоговый результат, именно поэтому их необходимо учитывать при проектировании местной промышленной вентиляции, и именно поэтому для каждого конкретного производства необходим индивидуальный расчет.
Вытяжные шкафы, зонты и бортовые отсосы, это практически все оборудование, используемое для местной вентиляции, но его можно модернизировать различными способами под конкретные нужды. В кулинарии, например, используются остекленные шторы, а некоторых производствах, где нет возможности установить зонт используются вытяжные панели, которые больше похожи на наклонный зонт и множество других доработок и интеграций все зависит от конкретной задачи установленной заказчиком.
Местная приточная вентиляция на производстве
Разновидностей местной приточной вентиляции не так много, во-первых, это воздушные души, во-вторых, это воздушные и воздушно-тепловые завесы, и в-третьих организация воздушных потоков для правильного перетекания воздуха из одной зоны в другую.
Воздушные души в системах местной приточной вентиляции
Воздушный душ позволяет создать необходимый микроклимат на отдельном локальном месте, в основном используются в летнее время для борьбы с избытками тепла. Основной задачей является создание зоны с заданной подвижностью воздуха в необходимом месте, для обеспечения комфортной работы персонала. Увеличение подвижности воздуха сдувает влагу с тела, благодаря чему человек быстрей охлаждается и чувствует себя более комфортно. Основной задачей является выбор температуры воздуха и его подвижность. При низкой температуре воздуха человек может простудиться, даже при низкой подвижности воздуха, а при высокой подвижности воздуха простудиться можно, даже если не охлаждать воздух.
Использование воздушно-тепловых завес в системах местной приточной вентиляции
Основным назначением воздушных завес является зонирование и разграничение сред. При проектировании систем вентиляции и отопления зданий нельзя забывать про воздушные завесы благодаря ним можно сохранить тепло в зимний период и холод в летний. Завесы устанавливаются над дверями, воротами и другими открывающимися проемами для разделения наружного воздуха и внутреннего, воздушной стеной. Если завеса забирает воздух из помещения и не подогревая подает его обратно, то такая завеса называется воздушной, а если подогревает воздух то называется воздушно-тепловой. По типу установки воздушные завесы бывают с нижней подачей воздуха(1), с верхней(2) и боковой(3). Завесы с нижней подачей лучше защищают от холода в зимнее время, но могут забиваться, с верхней подачей лучше защищают холод в летнее время, боковые используются чаще всего на широких и высоких воротах.
Устройство местной приточной и вытяжной вентиляции
Помимо проектирования местной вентиляции специалисты нашей компании OVK-Group выполняют монтажные и пусконаладочные работы по всем проектируемым системам.
Можем выполнить не только подбор а и поставку основного оборудования, выполняем работы по его запуску, наладке и последующему сервисному обслуживания. Наши специалисты выполняют монтаж воздуховодов и оборудования промышленной вентиляции, на достаточно сложных объектах, в числе наших выполненных объектов есть множество различных промышленных и производственных помещений, цехов, заводов. Обращайтесь и наши проектировщики подберут для вас наиболее оптимальное решение.
Расход воздуха в трубах Уравнение и калькулятор
Служба членства |
Связанные ресурсы: расход жидкости
Уравнение и калькулятор потока воздуха в трубах
Гидравлика и пневматика
Расчетные и технические данные для жидкостей 9001 0
Поток воздуха в трубах Уравнение и калькулятор
где:
v = скорость воздуха в футах в секунду (фут/сек)
p = потеря давления из-за потока через трубы в унциях на квадратный дюйм (унции/дюйм 2 )
d = внутренний диаметр трубы в дюймах (дюймах)
Мощность, необходимая для подачи воздуха через трубу, равна объему воздуха в кубических футах в секунду, умноженному на давление в фунтах на квадратный фут, и полученному произведению, деленному на 550.
Скорость | Фактически внутри | |||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 16 | 24 | |
1 | 0,33 | 1,31 | 2,95 | 5,2 | 11,8 | 20,9 | 32,7 982.0 | 47,1 | 83,8 | 188 |
27 
0 
0 14.5 Гидродинамика | University Physics Volume 1
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Описывать характеристики потока
- Рассчитать расход
- Опишите взаимосвязь между расходом и скоростью
- Объясните следствия уравнения неразрывности для сохранения массы
Первая часть этой главы посвящена статике жидкости, изучению покоящихся жидкостей. Остальная часть этой главы посвящена гидродинамике, изучению движения жидкостей. Даже самые простые формы движения жидкости могут быть довольно сложными. По этой причине мы ограничиваем наше исследование идеальной жидкостью s во многих примерах. Идеальная жидкость — это жидкость с незначительной вязкостью.
Вязкость — мера внутреннего трения в жидкости; мы рассмотрим его более подробно в разделе «Вязкость и турбулентность». В нескольких примерах мы исследуем несжимаемую жидкость, для изменения объема которой требуется чрезвычайно большая сила, поскольку плотность в несжимаемой жидкости постоянна на всем протяжении.
Характеристики потока
Векторы скорости часто используются для иллюстрации движения жидкости в таких приложениях, как метеорология. Например, ветер — текучее движение воздуха в атмосфере — может быть представлен векторами, указывающими скорость и направление ветра в любой заданной точке на карте. (Рисунок) показывает векторы скорости, описывающие ветры во время урагана Артур в 2014 г.
Рисунок 14.24 Векторы скорости показывают направление ветра во время урагана Артур. Обратите внимание на циркуляцию ветра вокруг глаза урагана. Скорость ветра максимальна вблизи глаз. Цвета представляют относительную завихренность, меру вращения или вращения воздуха.
Другим методом представления движения жидкости является линия тока . Линия тока представляет собой путь небольшого объема жидкости при ее течении. Скорость всегда тангенциальна к линии тока. На диаграммах (рисунок) линии тока используются для иллюстрации двух примеров движения жидкости по трубе. Первая жидкость демонстрирует ламинарный поток (иногда описываемый как установившийся поток), представленный гладкими параллельными линиями тока. Обратите внимание, что в примере, показанном в части (а), скорость жидкости максимальна в центре и уменьшается у стенок трубы из-за вязкости жидкости и трения между стенками трубы и жидкостью. Это частный случай ламинарный поток , при котором трение между трубой и жидкостью велико, известное как граничные условия отсутствия проскальзывания. Вторая диаграмма представляет турбулентный поток, в котором линии тока нерегулярны и меняются со временем. В турбулентном потоке пути потока жидкости нерегулярны, поскольку различные части жидкости смешиваются друг с другом или образуют небольшие круглые области, напоминающие водовороты.
Это может произойти, когда скорость жидкости достигает определенной критической скорости.
Рисунок 14.25 (a) Ламинарный поток можно представить себе как слои жидкости, движущиеся параллельными, правильными путями. (b) В турбулентном потоке области жидкости движутся нерегулярными, встречными путями, что приводит к перемешиванию и завихрению.
Расход и его связь со скоростью
Объем жидкости, проходящий через заданное место через площадь в течение определенного периода времени, называется расходом Q , или, точнее, объемным расходом . В символах это записывается как
[латекс] Q=\frac{dV}{dt} [/латекс]
, где V — объем, а t — прошедшее время. На (рисунке) объем цилиндра равен Ax , поэтому расход равен
[латекс] Q=\frac{dV}{dt}=\frac{d}{dt}(Ax)=A\ frac{dx}{dt}=Av. [/latex]
Рис. 14.26 Скорость потока — это объем жидкости, протекающей через точку через площадь A в единицу времени.
{3}\текст{/с,} [/латекс], но несколько других единиц для 9{3}). [/latex]
Расход и скорость связаны, но совершенно разные физические величины. Чтобы прояснить различие, рассмотрим скорость течения реки. Чем больше скорость воды, тем больше расход реки. Но скорость течения также зависит от размера и формы реки. Быстрый горный поток несет гораздо меньше воды, чем, например, река Амазонка в Бразилии. (Рисунок) иллюстрирует объемный расход. Объемный расход составляет [латекс] Q=\frac{dV}{dt}=Av, [/латекс], где [латекс] А [/латекс] — площадь поперечного сечения трубы и v — модуль скорости.
Точное соотношение между расходом Q и средней скоростью v составляет латекс] — средняя скорость. Соотношение говорит нам, что скорость потока прямо пропорциональна как средней скорости жидкости, так и площади поперечного сечения реки, трубы или другого трубопровода. Чем больше трубопровод, тем больше его площадь поперечного сечения. (Рисунок) иллюстрирует, как получается это соотношение.
Заштрихованный цилиндр имеет объем [латекс] V=Ad [/латекс], который течет за точку P в раз т . Разделив обе части этого соотношения на t , мы получим
[латекс] \frac{V}{t}=\frac{Ad}{t}. [/latex]
Заметим, что [latex] Q=V\text{/}t [/latex] и средняя скорость [latex] v\text{ }=d/t [/latex]. Таким образом, уравнение принимает вид [латекс] Q=Av [/латекс].
(Рисунок) показывает несжимаемую жидкость, текущую по трубе с уменьшающимся радиусом. Поскольку жидкость несжимаема, через любую точку трубки за заданное время должно пройти одинаковое количество жидкости, чтобы обеспечить непрерывность потока. Поток является непрерывным, потому что они не являются источниками или поглотителями, которые добавляют или удаляют массу, поэтому масса, втекающая в трубу, должна быть равна массе, вытекающей из трубы. В этом случае, поскольку площадь поперечного сечения трубы уменьшается, скорость обязательно должна увеличиваться. Эту логику можно расширить, чтобы сказать, что скорость потока должна быть одинаковой во всех точках трубы.
В частности, для произвольных точек 1 и 2
[латекс] \begin{array}{ccc}\hfill {Q}_{1}& =\hfill & {Q}_{2},\hfill \\ \hfill {A}_{1}{v }_{1}& =\hfill & {A}_{2}{v}_{2}.\hfill \end{array} [/latex]
Это называется уравнением непрерывности и верно для любой несжимаемой жидкости (с постоянной плотностью). Следствия уравнения неразрывности можно наблюдать, когда вода течет из шланга в узкую форсунку: она вытекает с большой скоростью — в этом назначение форсунки. И наоборот, когда река впадает в один конец водохранилища, вода значительно замедляется и, возможно, снова набирает скорость, когда выходит из другого конца водохранилища. Другими словами, скорость увеличивается, когда площадь поперечного сечения уменьшается, и скорость уменьшается, когда площадь поперечного сечения увеличивается.
Рисунок 14.27 Когда трубка сужается, тот же объем занимает большую длину. Чтобы один и тот же объем прошел точки 1 и 2 за заданное время, скорость должна быть больше в точке 2.
Процесс точно обратим. Если жидкость течет в противоположном направлении, ее скорость уменьшается, когда трубка расширяется. (Обратите внимание, что относительные объемы двух цилиндров и соответствующие стрелки вектора скорости показаны не в масштабе.)
Поскольку жидкости практически несжимаемы, уравнение неразрывности справедливо для всех жидкостей. Однако газы сжимаемы, поэтому уравнение следует применять с осторожностью к газам, если они подвергаются сжатию или расширению.
Пример
Расчет скорости жидкости через насадку
Насадку диаметром 0,500 см присоединяют к садовому шлангу радиусом 0,900 см. Скорость потока через шланг и сопло составляет 0,500 л/с. Рассчитайте скорость воды (а) в шланге и (б) в насадке.
Стратегия
Мы можем использовать соотношение между расходом и скоростью, чтобы найти обе скорости. Мы используем нижний индекс 1 для шланга и 2 для насадки.
Решение 9{2}}\,1,96\,\текст{м/с}=25,5\,\текст{м/с}\текст{.
} [/латекс]Значение
Скорость 1,96 м/с соответствует воде, вытекающей из шланга без насадки. Форсунка создает значительно более быстрый поток, просто сужая поток в более узкую трубку.
Решение последней части примера показывает, что скорость обратно пропорциональна квадрату радиуса трубы, что приводит к большим эффектам при изменении радиуса. Мы можем задуть свечу на довольно большом расстоянии, например, сжав губы, тогда как задувание свечи с широко открытым ртом совершенно неэффективно.
Сохранение массы
Скорость потока жидкости также может быть описана массовым расходом или массовым расходом. Это скорость, с которой масса жидкости движется мимо точки. Обратитесь еще раз к (Рисунок), но на этот раз рассмотрите массу в заштрихованном объеме. Массу можно определить по плотности и объему:
[латекс] m=\rho V=\rho Ax. [/latex]
Тогда массовый расход равен
[латекс] \frac{dm}{dt}=\frac{d}{dt}(\rho Ax)=\rho A\frac{dx}{dt }=\rho Av, [/latex]
, где [латекс] \rho [/латекс] — плотность, A — площадь поперечного сечения, а v — величина скорости.
Массовый расход является важной величиной в гидродинамике и может использоваться для решения многих задач. Рассмотрим (рисунок). Труба на рисунке начинается на входе с площадью поперечного сечения [латекс] {A}_{1} [/латекс] и сужается к выходу с меньшей площадью поперечного сечения [латекс] {A}_{2 } [/латекс]. Масса жидкости, поступающей в трубу, должна быть равна массе жидкости, выходящей из трубы. По этой причине скорость на выходе [латекс] ({v}_{2}) [/латекс] больше, чем скорость на входе [латекс] ({v}_{1}) [/латекс]. Используя тот факт, что масса жидкости, поступающей в трубу, должна быть равна массе жидкости, выходящей из трубы, можно найти связь между скоростью и площадью поперечного сечения, взяв скорость изменения массы в и массу аут:
[латекс] \begin{array}{ccc}\hfill {(\frac{dm}{dt})}_{1}& =\hfill & {(\frac{dm}{dt})}_{ 2} \ hfill \\ \ hfill {\ rho} _ {1} {A} _ {1} {v} _ {1} & = \ hfill & {\ rho } _ {2} {A} _ {2} {v}_{2}.\hfill \end{array} [/latex]
(рисунок) также известен как уравнение неразрывности в общем виде.
Если плотность жидкости остается постоянной из-за сужения, т. е. жидкость несжимаема, то плотность сокращается из уравнения неразрывности,
[латекс] {A}_{1}{v}_{1}={ А}_{2}{в}_{2}. [/латекс]
Уравнение сокращается, чтобы показать, что объемный расход в трубе равен объемному расходу на выходе из трубы.
Рисунок 14.28 Геометрия для вывода уравнения неразрывности. Количество жидкости, поступающей в площадь поперечного сечения (заштриховано), должно равняться количеству жидкости, выходящей из площади поперечного сечения, если жидкость несжимаема.
Сводка
- Скорость потока Q определяется как объем V , протекающий в определенный момент времени 9{3}\text{/s,} [/latex], но можно использовать и другие скорости, например, л/мин.
- Расход и скорость связаны соотношением [латекс] Q=Av [/латекс], где A — площадь поперечного сечения потока, а v — его средняя скорость.
- Уравнение неразрывности утверждает, что для несжимаемой жидкости масса, втекающая в трубу, должна равняться массе, вытекающей из трубы.
Концептуальные вопросы
На многих рисунках в тексте показаны обтекаемые линии. Объясните, почему скорость жидкости наибольшая там, где линии тока расположены ближе всего друг к другу. ( 9{3}\текст{/s} [/латекс]?
Водопад Хука на реке Вайкато — одна из самых посещаемых природных достопримечательностей Новой Зеландии. Средний расход реки составляет около 300 000 л/с. В ущелье река сужается до 20 м в ширину и достигает в среднем 20 м глубины. а) Какова средняя скорость течения реки в ущелье? б) Какова средняя скорость воды в реке ниже по течению от водопада, когда она расширяется до 60 м, а ее глубина увеличивается в среднем до 40 м?
Показать решение 9{3}\text{/s} [/latex] в бассейн?Какова скорость жидкости в пожарном шланге диаметром 9,00 см, по которому течет 80,0 л воды в секунду? б) Какова скорость потока в кубических метрах в секунду? (c) Были бы ваши ответы другими, если бы соленая вода заменила пресную воду в пожарном шланге?
Показать решение Вода движется со скоростью 2,00 м/с по шлангу с внутренним диаметром 1,60 см.