Технологические системы отрасли

η - к.п.д. электродвигателя;

W — влагоизбытки, кг/ч;

ω - влаговыделения от одного человека, (при температуре воздуха в помещении t=22...28°C - u>=0,1 ...0,25 кг/ч);

W_n - влаговыделения от людей, кг/ч;

Woб - влаговыделения от оборудования, определяемое по справочникам, кг/ч;

М_уто - количество вредных веществ, поступающих в помещение в результате утечек через неплотности технологического оборудования, кг/ч;

Кз - коэффициент запаса, характеризующий состояние оборудования, К₃=1...2;

К_р - коэффициент, зависящий от давления газов или паров в технологическом оборудовании.

Р, Па	менее 1,96 * 105	1,97 * 105	до 6,88 * 105
Кр	0,121	0,166	0,182

V_BH - внутренний объём технологического оборудования и трубопроводов, находящихся под давлением, м³;

μ - относительная молекулярная масса газов или паров в  аппаратуре (для трихлорэтилена р=118);

Т - абсолютная температура  газов или паров, °К (273 +t°C);

Мсн - массовый расход (утечки) вредных веществ через сальники насосов, кг/ч;

d_B - диаметр вала или штока, мм;

К_с - коэффициент, учитывающий состояние сальников и степень токсичности вещества, (Кс=0,0002.. 0,0003);

Р - давление, развиваемое  насосом, Па;

М_пр - массовый расход паров растворителей;

A_n - расход лакокрасочных материалов в граммах на 1м площади поверхности. г/м²;

m - содержание в краске летучих растворителей, % (см. табл.4);

Fи - площадь поверхности изделия, окрашиваемая или лакируемая за 1 час, м²;

Таблица 4

Материал	Сносов покрытия	Аn, г/м2	м, %
Бесцветный аэролак	кистью	200	92
Нитрошпаклевка	кистью	100...180	35...10
Нитроклей	кистью	160	80...5
Цветные аэролаки и эмали	кистью	180	75
Масляные лаки и эмали	распылением	60...90	35

 

с - удельная теплоемкость воздуха, с=1кДж/(кгК);

t_n, t_у - температура воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого, °С;

р - плотность воздуха, кг/м³;

i_n, i_y - теплосодержание приточного или удаляемого воздуха, кДж/кг;

Теплосодержание приточного воздуха для Санкт- Петербурга – 46,7.

d_n d_y - влагосодержание приточного или удаляемого воздуха, г/кг сухого воздуха:

Кп - концентрация вредных  веществ в приточном воздухе, г/м³. Обычно принимается равной 30% предельно допустимой концентрации (ПДК) данного вещества;

Ку - концентрация вредных  веществ в удаляемом воздухе, принимаемая равной ПДК, г/м³.

При выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных  веществ разнонаправленного действия, воздухообмен для их нейтрализации вычисляется для каждого вредного вещества отдельно.

При выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных  веществ однонаправленного действия, воздухообмен для их нейтрализации вычисляется путём суммирования объёмов воздуха дли разбавления каждого вещества в отдельности до его ПДК, т.е. до Kj, определяемой по выражению:

ΣKi / (ПДК)_i < 1, тогда К_У = ПДК = К _i.

Так как проектируемое  помещение – офисное, то в нем  отсутствует технологическое и  производственное оборудование и не происходит загрязнение воздуха.

Определим лишь тепло  и влаго избытки:

Таблица 5

Расчет тепло- и влагоизбытков

Вид вредностей	Зависимости для вычисления составляющих	Значение
1. Теплоизбытки	Qn = ΣQi = Qo6+ Qn+ Qосв+ Qэ	23582
	Qo6=3,6 Рпотр = 3,6*5250 =	18900
	Qn=Qл*пл = 200 * 19 =	3800
	Qосв=3,6AF = 3,6 * 3,5 * 70 =	882
	Qэ=3,6kPэд(1-n)/n	0
2. Тепло- и влагоизбытки	W=Woб+Wn	2,85
	Wn=ωnn = 0,15 * 19 =	2,85

 

 

 

 

5.2. Определение  расхода воздуха, необходимого  для удаления тепло- и влагоизбытков

 

Температура воздуха, подаваемого в помещение t_n=23,3°C; теплосодержание приточного воздуха, i_n = 52,5 кДж/кг; полные тепловыделения в помещении Q_n=23582 кДж/ч = 6550 Вт; влаговыделения в помещении W=2,85 кг/ч; объём помещения, V=70*4 = 280 м³; вертикальное расстояние от пола до горизонтального отверстия всасывания вентилятора, Н = 3,5 м.

 

Последовательность расчётов:

1. Определение температуры воздуха  в помещении по выражению:

t_pэ = t_n+(6...10⁰C) = 23,3 + 6,7 = 30°C.

 

2. Определение удельных избытков  тепла:

q = Q / V = 6550/280 = 23,4 Вт/м³.

 

3. Определение температуры воздуха,  удаляемого из помещения:

t_n = t_pэ + ∆(Н-2).

где: ∆ - градиент температуры, °С/ м 

при q < 16,8 Вт/м³ – ∆ = 0...0,3

q = 16,8...33,6 - ∆ = 0,3.. 0,8

q > 33,6         - ∆ = 0,8...1,5

Принимаем   ∆ = 0,6°С/м,   т.к.   q = 23,4 > 16,8 Вт/м³; тогда:  

t_y= 30 + 0,6(4-2) = 31,2°С.

 

4. Определение направления луча  процесса изменения параметров  приточного воздуха под воздействием  тепло- и влагоизбытков:

а) вычисляем параметр: е = =23582/2,85 = 8274,4 кДж/кг

б) на i-d диаграмме находим точку «Е» (е=8274,4) и точку «A» (to=0°C и d=0, г/кг сухого воздуха). Соединим точку «А» с точкой «Е» примой линией на диаграмме i-d и получим луч «АЕ».

 

5. Определение направления  луча процесса изменения параметров  удаляемого воздуха.

а) на i-d диаграмме находим точку «В», характеризующуюся параметрами приточного воздуха t_n = 23,3°С и i_n = 52,5 кДж/кг.

б) проводим из точки «В»  луч параллельный линии «АЕ» до пересечения с линией t_y=31,2°C и получаем точку «С» (т.е. линия ВС││АЕ).

 

6. Находим параметры  приточного воздуха в точке  «В», а именно d_n г/кг сух. воздуха и ф_n%, и в точке «С» - i_y кДж/кг, d_y г/кг сух. воздуха, и φ_у. d_n= 12 г/кг сух воздуха; φ_n = 62%, d_y=13,2 г/кг сух. воздуха, i_y=66 кДж/кг, φ_у=45%.

 

7. Определяем плотность  воздуха р кг/м³ при t град С, по выражению:

при температуре воздуха  поступающего в помещение t_n:

при температуре наружного  воздуха t_и:

;

 

8. Вычисляем расход  воздуха, необходимый для нейтрализации  тепловыделений, м³/ч:

= 23582 / [(69-52,5)*1,191] = 1466,2 м³/ч

и влаговыделений:

= 1000*2,85/[(13,2-12)*1,191]= 1993,5 м³/ч

В дальнейшем за расчётный  принимается более высокий воздухообмен (1993,5).

 

9. Определение кратности  вентиляционного воздухообмена, 1/ч:

Кв = =1993,5/280 = 7,12 1/ч

где: L_max - максимальный расход воздуха, необходимый для нейтрализации тепло- и влаговыделений, м³/ч (т.е. L_max → L_b).

 

10. Вычисляем теплоту,  уносимую с вентилируемым воздухом, по выражению:

Q_B = c * p_y * V * (t_n – t_н)K_вв.

где: с - удельная теплоемкость воздуха, с=0,28 Вт*час/кг*градС.

Q_B = 0,28* 1,160* 280 * (31,2-23,3)*2,3 = 1653,2 Вт.

 

11. Вычисляем потери  теплоты в Вт через ограждения (потолок, стены, двери и окна) помещения:

Q_o = (t_rr-t_н) ΣK_T * F = (t_n- t_н) * (K_TПF_n+ K_тсF_c + K_TOF_О + K_TДF_Д),

где: F_n, F_c. F_o и F_д - площади ограждений перекрытий, стен, окон и дверей, соответственно.

Таблица 6

Значения коэффициента теплопередачи К_тх10 Вт/м² градС

Перекрытие с теплоизоляцией, Ктп	Стены, Ктс		Окна, Кто		Двери, Ктд		Теплообменник (радиатор), Ктт
	кирпичные	шлакобетонн.	двойные	одинарные	двойные	одинарные
1,17	1,55	1,85	2,33	4,68	2,68	5,65	10,03

 

Q_o = (31,2-23,3) * (1,17*50 + 1,55*136 + 2,33*25 + 2,68*10 + 10,03*2) = 2957,8 Вт

 

12. Расчетная теплоотдача  калорифера. Вт:

Q_K= Qв+Qo

Q_K= 1653,2 + 2957,8 = 4611 Вт.

 

13. Вычисляем мощность  калорифера по формуле, Вт:

Рк =

Рк = 4611 / 1 = 4611 Вт

 

где: η_к - к.п.д. калорифера (при установке непосредственно в вентилируемом помещении η_к =1, а при установке в другом помещении η_к =0,9).

 

14. Вычисляем суммарную  поверхность нагрева калорифера  по выражению, м²:

Fк =

Fк = 4611 / (10,03 * 3,95) = 116

где: ∆t - разность между средней температурой теплоносителя теплообменника и температурой воздуха в помещении, т.е.

∆t=t_y-t_cp = 31,2 – 27,25 = 3,95,

где: t_cp = =

 

5.3. Подбор  вентилятора и электродвигателя

 

Вентилятор подбирается  в соответствии с подсчитанным общим  расходом воздуха L, м³/ч и общей потерей давления ΣPi, Па.

а) определение параметров вентилятора.

Наиболее современными и экономичными являются центробежные (радиальные) вентиляторы типа Ц4-70. Характеристики вентиляторов Ц4-70 различных типоразмеров представлены в приложении 6.

Для обеспечения воздухообмена cL=2500 м³/ч (0,7 м³/с) возможно применение следующих вентиляторов, где q. - частота вращения, мин¹; Р - напор, Па и v - окружная скорость колеса, м/с.

1. №5 при η_в=400 мин^-1, Р=80 Па, v=13 м/с;

2. №4 при η_в =1200 мин^-1, Р=230 Па, v=22 м/с;

3. №4 при η_в=1950 мин^-1, Р=750 Па, v=34 м/с;

4. №3 при η_в =2000 мин^-1, Р=760 Па, v=35 м/с;

Анализируя характеристики по к.п.д., можно сделать вывод, что  из всех возможных вариантов лучшие параметры по к.п.д., Р, v и η_в имеет вентилятор Ц4-70 №4;

б) Определение мощности электродвигателя для привода вентилятора.

Рэд = L ΣР_i Кз /(3600 * 1000 * η_в * η_n * η_p), кВт

где: Кз - коэффициент  запаса (для вентиляторов типа Ц4-70 - Кз=1,25);

η_в - к.п.д. вентилятора (по характеристике Пв=0,8...0,9);  

η_п - к.п.д., учитывающий механические потери в подшипниках вентилятора, η_п=0,95;

η_р - к.п.д., учитывающий механические потери в передаче от вентилятора и двигателя (для клиноременной передачи η_р =0,9, при непосредственном соединении η_р=1,0.

При ΣPi=P получим для выбранного вентилятора мощность электродвигателя:

Р_эд = 2500 * 750 * 1,25 / 3600 * 1000 * 0,8 * 0,95 * 0,9 = 0,95 кВт.

Из приложения 7 выбираем электродвигатель типа А-32-4, Р=1,0 кВт, η_д =1410 об/мин. При этом применяется клиноременная передача с передаточным отношением i_по=1950/1410=1,38 или электродвигатель типа А-31-2, Р=1,0 кВт. Η_l =2850 об/мин, при этом i_no=1950/2850=0,68.

 

 

 

 

6. Расчет надежности  оборудования (системы)

Общие теоретические  основы надежности

Надежность функционирования систем сервиса рассчитывают по известным показателям надежности их составных частей и подсистем. Для чего структуру систем сервиса представляют в виде так называемой «модели надежности», являющейся функционально- структурной схемой параллельного, последовательного и параллельно- последовательного соединения подсистем и элементов.

Вероятность безотказной  работы для системы с последовательным соединением элементов вычисляется как произведение вероятностей отдельных элементов (подсистем), т.е. P_1-n= P_1xP_2x...P_n, где Р_1-н - вероятность безотказной работы подсистемы из "п" элементов, a P₁, Р₂...Р_п- вероятность безотказной работы одного "j" элемента.

Для системы с параллельным соединением элементов вероятность  безотказной работы вычисляется  по формуле: P_1-n=1-(1-P₁)x(1-P₂)x...x(1-P_n).

Вероятность безотказной  работы для структуры с последовательно- параллельным соединением элементов (см. рис.4) вычисляется по формуле: Р_1-4=Р_1-2Р_3-4 =[1-(1-P₁)x(1-P₂)] х [1-(1-Р₃)(1-Р₄)].

Рис.4 Последовательно-параллельное соединение элементов

 

Для структуры с параллельно- последовательным соединением элементов (см. рис.5) вероятность безотказной  работы вычисляется по выражению:

Р_5-8=Р_1-2Р_3-4 = 1-(1-P_5-6)x(1-P_7-8) = 1-(1-Р₅ Р₆)(1-Р₇ Р₈)].

Рис.5 Параллельно- последовательное соединение элементов

 

Функционирование систем сервиса обеспечивается качественной и надежной работой следующих подсистем с вероятностью безотказной работы P(t); наружные электрические сети города с P_нз(t); внутренние электрические сети здания (помещения) с P_вз(t); электросиловое оборудование с P_с(t); осветительное электрооборудование с P_о(t); технологическое оборудование (компьютерная и др. оргтехника) с P_T(t); оборудование технических систем сервиса (вентиляция и кондиционирование, пожаротушение и пожарная сигнализация помещений и др.) с Р_м(t).

Например, модель надежности системы сервиса с последовательно-параллельным соединением элементов можно  представить структурной схемой в виде рис.6:

Рис. 6 Структурная схема "модели надежности" с учетом электроснабжения

     технологического и технического оборудования системы сервиса (офисное помещение)

 

Расчетная формула вероятности  безотказной работы данной системы будет иметь следующий вид: