Промышленная вентиляция

Очевидно, что если твердую частицу  поместить в восходящий поток  воздуха, то при определенной скорости этого потока частица «зависнет» в нем, т.е. будет витать.

Скорость восходящего потока воздуха, при которой твердая частица  не будет иметь вертикального  перемещения, равная постоянной скорости падения частицы в неподвижном  воздухе называется скоростью витания.

Для частиц, имеющих форму шара, и при значениях числа Re<1 получена теоретическая зависимость, определяющая скорость витания:

                                                          ,                                                     

где d – диаметр частицы, м; r_М – плотность материала, кг/м³; h_В – динамическая вязкость воздуха, Па*с.

Указанная формула может применяться  для пыли с шаровидной формой частиц размером не более 100 мкм.

Скорость витания частиц, отличающихся по форме от шара и имеющих большие размеры, определяется по эмпирическим формулам, справедливым лишь для определенной формы частиц данного материала.

Одиночная частица, лежащая на внутренней поверхности горизонтального воздуховода, при некоторой скорости воздушного потока сдвигается со своего места и начинает перемещаться по длине воздуховода. Минимальную скорость движения воздуха, при которой частица начнет сдвигаться, называют скоростью трогания.

Одна из рекомендуемых формул для  скорости трогания

Находясь в потоке воздуха, твердая  частица перемещается со скоростью, меньшей, чем скорость движения воздуха. Отношение скорости движения частицы, находящейся в потоке воздуха, к  скорости движения воздуха называют относительной скоростью:

 

В момент трогания частицы относительная  скорость равна 0. При некоторой скорости движения воздуха в горизонтальном воздуховоде, называемой критической  скоростью, относительная скорость А приобретает максимальное значение.

Критическая скорость зависит от формы и размера частиц, их плотности, от концентрации смеси и плотности воздуха.

Скорость движения воздуха, при  которой происходит транспортирование  материала, называют транспортирующей скоростью v_гор. Эта скорость должна быть несколько больше критической скорости (принимается по справочным данным).

Для предотвращения закупорки вертикальных участков воздуховодов скорость движения смеси в них должна быть больше скорости ее движения в горизонтальных участках на значение скорости витания

. (6.4)

Увеличение скорости движения в  вертикальных участках достигается  путем уменьшения их сечения.

 

Внутрицеховые системы  пневматического транспорта

 

Рассмотрим схемы внутрицеховых  систем пневмотранспорта на примере  деревообрабатывающего производства.

1. Универсальная пневмотранспортная  система с магистральным коллектором  постоянного сечения и ленточным  транспортером внутри него (рис. 6.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.2 Схема универсальной системы  пневмотранспорта с магистральным  коллектором

Вентиляторы, подключенные к коллектору, создают по всей его длине практически одинаковое разряжение. К коллектору под прямым углом присоединены воздуховоды, удаляющие отходы от станков. Так как скорость движения воздуха внутри коллектора недостаточна для транспортирования отходов во взвешенном состоянии, примеси выпадают на транспортер и перемещаются к приемному устройству. Из приемного устройства примеси в потоке воздуха со скоростью транспортирования направляются в циклон, в котором происходит отделение их от воздуха.

Данная схема применяется при  числе станков не менее 40, и позволяет  подключать новые станки без значительных переделок.

2. Упрощенные универсальные системы  с коллекторами-сборниками (рис. 6.3).

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.3 Схемы упрощенных универсальных  систем пневмотранспорта с коллекторами-сборниками

Данные схемы применяются при  числе станков до десяти.

3. Системы с разветвленной сетью  воздуховодов (рис. 6.4).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.4 Схема системы пневмотранспорта с разветвленной сетью воздуховодов

Применяется при числе станков не более десяти. Врезка новых ответвлений при данной схеме может привести к перераспределению расходов воздуха и нарушению работы всей системы.

6.3 Межцеховые системы пневматического  транспорта

1. Всасывающе-нагнетательная система  (рис. 6.5, а).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.5 Схемы межцеховых пневмотранспортных систем

1 – загрузочная воронка; 2 –  всасывающий воздуховод; 3 – центробежный  вентилятор; 4 – нагнетательный воздуховод; 5 – циклон; 6 – центробежный вентилятор  для чистого воздуха; 7 – шлюзовый  затвор; 8 – промежуточный циклон для отделения материала; 9 – инжекционная загрузочная воронка

Материал транспортируется как  по всасывающему, так и по нагнетательному  воздуховоду. Проходя через вентилятор, транспортируемый материал дополнительно  измельчается. Недостатком схемы является значительный износ вентилятора.

2. Нагнетательная система (рис. 6.5, б). Материал транспортируется  только по нагнетательному воздуховоду.  Для введения материала в сеть  применяются загрузочные устройства  типа герметичных шлюзовых затворов или инжекционных загрузочных воронок.

3. Всасывающее-нагнетательная система  с промежуточным отделением материала  (рис. 6.5, в). Эту схему применяют  в случае недопустимости дополнительного  измельчения материала. На всасывающей  стороне устанавливают промежуточный отделитель материала, из которого через инжекционную загрузочную воронку материал вновь направляется в сеть на нагнетательной стороне системы.

4. Всасывающая система (рис. 6.5, г). Материал транспортируется только  по всасывающему воздуховоду.  Между вентиляторов и загрузочной воронкой устанавливают отделитель материала, из которого и осуществляется его выгрузка.

Основное оборудование для систем пневмотранспорта

Основные элементы систем пневмотранспорта: нагнетатели, воздуховоды и отделители материала.

В системах низкого давления используются вентиляторы среднего и низкого  давления. Если материал проходит через  вентилятор, то используют пылевые  вентиляторы с небольшим числом лопаток и высокой прочностью. Если материал минует вентилятор, можно  применять вентиляторы общего назначения.

В системах среднего давления используют центробежные вентиляторы высокого давления и турбовоздуходувки.

В системах высокого давления устанавливают  воздуходувные машины ротационного типа.

Для отделения материала применяются циклоны и матерчатые фильтры.

Воздуховоды выполняют только круглого сечения из оцинкованной или черной стали. На сети воздуховодов на расстоянии 10-15 м друг от друга устанавливают  люки для очистки и осмотра. Установка  регулирующих устройств не допускается. Фасонные части выполняются с меньшим сопротивлением, чем в системах вентиляции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Аэрация

Аэрацией зданий называется организованный и управляемый естественный воздухообмен через открывающиеся фрамуги  в окнах и вентиляционно-световые фонари с использованием теплового и ветрового давлений.

Аэрация широко применяется в производственных зданиях с большими теплоизбытками и позволяет осуществлять воздухообмены, достигающие миллионов кубических метров в 1 ч.

Гравитационное давление, в результате которого воздух поступает в помещение и выходит из него, образующееся за счет разности температур наружного и внутреннего воздуха, регулируется различной степенью открывания фрамуг и фонарей. Разность этих давлений на одном и том же уровне называется внутренним избыточным давлением р_изб; при этом избыточное давление может быть как положительной, так и отрицательной величиной (рис. 2.12).

 

 

       

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.12 Схема аэрации здания

 

Превышение наружного давления над внутренним (при отрицательном значении р_изб) обуславливает поступление воздуха через отверстия в наружном ограждении внутрь помещения, а превышение внутреннего давления над наружным, наоборот, - выход его из помещения. Если избыточное давление равно 0, то движения воздуха через отверстие не будет.

Плоскость, где внутренне избыточное давление равно 0, называется нейтральной  зоной.

Расстояния от нейтральной зоны до середины вытяжного и приточного отверстий обратно пропорциональны  квадратам площадей отверстий, т.е. нейтральная зона располагается ближе к большему отверстию. При равных отверстиях нейтральная зона находится посредине.

Нейтральная зона в помещении может  быть только при действии одних теплоизбытков; при ветре она резко смещается  вверх и исчезает.

Cвязь между расходом воздуха, который протекает через отверстие, имеющее площадь F, и разностью давлений внутри и снаружи однопролетного цеха выражается формулой

                                                      ,                                                   (2.3)

где G – массовый секундный расход воздуха, кг/с; m - коэффициент расхода, зависящий от условий истечения; r - плотность воздуха в исходном состоянии, кг/м³; Dр – разность давлений снаружи и внутри помещения в данном отверстии, Па.

 

Аэрация с использованием ветрового  давления основана на том, что на наветренных  поверхностях здания возникает избыточное давление, а на заветренных сторонах – разряжение (рис. 2.13).

Ветровое давление на поверхности  ограждения определяют из выражения

                                                         ,                                                       (2.4)

где k – аэродинамический коэффициент, показывающий, какая доля динамического давления ветра преобразуется в давление на данном участке ограждения или кровли; v – скорость ветра, м/с; r -  плотность воздуха кг/м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.13 Движение воздушных масс у  здания, вертикальная (а) и горизонтальная (б) проекции

Значение k определяют обычно путем обдувания воздухонепроницаемых моделей здания потоком воздуха в аэродинамической трубе. Можно полагать в среднем для наветренной стороны k = +0,8, а для заветренной k = - 0,6.

Рекомендации архитектурно-планировочного и конструктивного характера  по аэрации производственных зданий.

1. В многопролетных цехах, как приток, так и вытяжку воздуха целесообразно осуществлять преимущественно через открывающиеся фрамуги фонарей, в однопролетных цехах – приток через проемы в наружных стенах, а вытяжку – через фонари. Для регулирования поступления и выхода воздуха открывающиеся фрамуги и створки фонаря снабжаются специальными механизмами, управляемыми с пола.
2. При проектировании многопролетных производственных зданий необходимо учитывать характер и количество вредных веществ, выделяющихся в каждом пролете, и в связи с этим принимать решение о профиле крыши, форме фонаря, взаимном расположении их и высоте пролетов.
3. Проемы в зданиях со значительными теплоизбытками и выделениями вредных газов следует располагать по периметру зданий так, чтобы они прилегали к наружной стене наибольшей протяженности.
4. Для обеспечения достаточного притока чистого воздуха наилучшим планировочным решением является конструкция цехов с открытыми продольными наружными стенами, т.е без пристроек. Бытовые помещения во многих случаях целесообразно размещать в торцах здания.
5. Большое значение при аэрации цеха имеет его высота. Для цехов с большими тепловыделениями высота их должна быть не меньше 10 м.
6. В зданиях, где аэрация осуществляется в летнее и зимнее время года, для подачи наружного воздуха зимой приточные отверстия должны быть размещены на высоте не мене 4 м от пола. При низких наружных температурах часть вентиляционного воздуха рекомендуется вводить в помещение вентилятором с подогревом его до 10 – 12 ⁰С. В цехах небольшой высоты подача  неподогретого воздуха допускается на отметке ниже 4 м, но при условии устранения непосредственного воздействия холодного воздуха на работающих, например, с помощью козырьков, направляющих воздух вверх.
7. При аэрации воздух из цехов должен удаляться через незадуваемые фонари, а также через шахты круглого и квадратного сечений, снабженные дефлекторами.

На рис. 2.14 представлены схемы расположения створок приточных и вытяжных проемов, а на рис. 2.15 – схемы незадуваемых фонарей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.14 Схемы расположения створок аэрационных проемов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.15 Незадуваемые фонари

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Местная  вентиляция

 

Местная вентиляция, так же, как  и общеобменная, может быть вытяжная и приточная.

 

1 Местная вытяжная  вентиляция

 

Местную вытяжную вентиляцию устраивают в тех случаях, когда загрязнения можно улавливать непосредственно у мест их возникновения. Чистый приточный воздух в этих случаях следует подавать в отдалении от источников вредных выделений.

Технологические требования к  местным отсосам:

2. место образования вредных выделений должно быть укрыто настолько, насколько это позволяет технологический процесс, а открытый (рабочий) проем должен иметь минимально возможные размеры;
3. местный отсос не должен мешать нормальной работе или снижать производительность труда;
4. вредные выделения должны удаляться от места их образования в направлении их естественного движения – горячие газы и пары вверх, холодные тяжелые газы и пыль вниз;
5. конструкция местного отсоса должна быть простой, иметь малое гидравлическое сопротивление, легко сниматься и устанавливаться на место при чистке и ремонте оборудования.

Местные отсосы подразделяют на три  группы:

1. Полуоткрытый отсос представляет собой укрытие, внутри которого находится источник вредных выделений. Укрытие имеет открытый проем или отверстие (вытяжные шкафы, витринные отсосы, фасонные укрытия у вращающихся режущих инструментов).
2. Открытый отсос представляет собой укрытие, находящееся за пределами источника вредных выделений – над ним или сбоку от него (вытяжные зонты, боковые, бортовые и кольцевые отсосы).
3. Полностью закрытые отсосы являются составной частью кожуха машины или аппарата, который имеет небольшие отверстия для поступления через низ воздуха из помещения.

 

1.1 Вытяжные  шкафы

 

Вытяжные шкафы (рис. 4.1) представляют собой укрытия с рабочим проемом для наблюдения за технологическим процессом и для его проведения при различного рода лабораторных работах и исследованиях, сопровождающихся образованием значительных количеств тепла, газов и других вредных выделений.