5. Расчет воздуховодов и подбор вентилятора для приточной системы вентиляции.

Определяем подачу вентилятора Q_в (м³/ч) для данного помещения по формуле [1, cтр. 35]:

Q_в= k_пQ(273+t)/(273+tв) (5.1)

где k_п- поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах; t- температура воздуха, проходящего через вентилятор, С; tв- температура воздуха в рабочей зоне помещения, С.

Принимаем k_п=1,1 [1, cтр. 35]

Q_в=1,1 9020,4 (273-31)/(273+8)=8484,9 м³\ч

Расчетное давление Р_в (Па) , которое должен развивать вентилятор, определяем по формуле [1, cтр. 35]:

Р_в=1,1[(Rl+Z)+ P_д.вых+ P_к.у], (5.2)

где 1,1 - запас давления на непредвиденные сопротивления; (Rl+Z) - - потери давления на трение и в местных сопротивлениях в наиболее протяженной ветви вентиляционной сети, Па; R - удельная потеря давления на трение, Па/м; l - длина участка воздуховода, м; Z=P_д - потеря на трение в местных сопротивлениях участка воздуховода, Па;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; P_д=V²/2- динамическое давление потока воздуха, Па; - скорость движения воздуха в трубопроводе (в магистральных линиях 10..15 м/с, в ответвлениях 6...9 м/с); - плотность воздуха в трубопроводе, кг/м³; Р_д.вых - динамическое давление на выходе из сети, Па; Р_к - сопротивление калориферов, Па.

Разбиваем вентиляционную сеть на отдельные участки с постоянным расходом воздуха . Получаем три участка: первый участок длиной l₁=10 м и расходом Q₁=9020,4 м³/ч ; второй участок длиной l₂=4,75 м и расходом Q₂=4510,2 м³/ч ; третий участок длиной l₃=29 м и расходом Q₃=4510,2 м³/ч.

Определяем диаметры воздуховодов по формуле [1, cтр. 36]:

(5.3)

где d_i- диаметр i-го воздуховода (м); Q_i- расход i-го воздуховода (м³/ч); V_i- скорость воздуха в i-ом воздуховоде (м/с)

Скорость движения воздуха в магистралях - 10...15 м/с

в ответвлениях - 6...9 м/с

Принимаем скорость движения воздуха на участках :

1 участок - 12 м/с

2 участок - 9 м/с

3 участок - 9 м/с

Вычисляем диаметры воздуховодов

Подсчитываем площади выходных отверстий для участка 3 наиболее удаленного от вентилятора. Принимаем расстояние между отверстиями 2 м , тогда при общей длине воздуховода 29 м на прямолинейной его части будет 14 отверстий. Принимаем скорость воздуха на выходе из отверстия 6 м/с.

Определяем диаметр наиболее удаленного отверстия по формуле [1, cтр. 36]:

f₁=Q₁ /(3600nV) (5.4)

где Q₁-расход воздуха через рассчитываемый воздуховод, м³/ч; n- число отверстий ; V- скорость воздуха на выходе из отверстий, м/с.

f₁=4510,2/3600 14 6=0,0149 м²

Определяем площадь сечения воздуховода

F= d₃²/4

F=3,14 0,52²/4=0,138 м²

Число отверстий в воздуховоде должно удовлетворять неравенству

n<1+F/ f₁

где =0,65- коэффициент расхода

14<1+0,138/0,65 0,0149=15,25

14<15,25 - удовлетворяет, следовательно количество отверстий выбрано правильно.

Площадь i-го отвертия находим по формуле[1, cтр. 36]:

f_i=A_if₁ (5.5)

Коэффициенты Аi находим по формуле [1, cтр. 36]:

(5.6)

Подсчитываем по формуле значения коэффициентов для отверстий 2...14:

Площади отверстий 2...14 воздуховода вычисляем по формуле(5.5):

f₂=1,0025 0,0149=0,0149 м²

f₃=1,01 0,0149=0,015 м²

f₄=1,0229 0,0149=0,0152 м²

f₅=1,0419 0,0149=0,0155 м²

f₆=1,0679 0,0149=0,0159 м²

f₇=1,1025 0,0149=0,0164 м²

f₈=1,1481 0,0149=0,0171 м²

f₉=1,2084 0,0149=0,018 м²

f₁₀=1,2899 0,0149=0,0192 м²

f₁₁=1,4038 0,0149=0,0209 м²

f₁₂=1,5732 0,0149=0,0234 м²

f₁₃=1,8546 0,0149=0,0276 м²

f₁₄=2,4426 0,0149=0,0364 м²

Таблица 1.

Коэффициенты A_i и площади поперечных сечений отверстий

i	Аi	fi м^2
1	1	0,0149
2	1,0025	0,0149
3	1,01	0,015
4	1,0229	0,0152
5	0,0419	0,0155
6	1,0679	0,0159
7	1,1025	0,0164
8	1,1481	0,0171
9	1,2084	0,018
10	1,2899	0,0192
11	1,4038	0,0209
12	1,5732	0,0234
13	1,8546	0,0276
14	2,4426	0,0364

При помощи монограммы определяем потери давления на трение в наиболее протяженной ветви вентиляционной сети (участки 1,2,3). Так, для участка 1 на осях нонограммы находим точки d₁=520 мм и V₁=12 м/с . Пересечение перпендикуляров, востановленных из этих точек, указывает значение R₁=2,45 Па/м. На верхней шкале нонограммы для данной скорости находим динамическое давление потока для участка 1: P_д1=80 Па (при =1,2 кг/м³). Фактическая плотность приточного воздуха, температура которого 8 С =1,23 кг/м³. Поэтому P_д1=80 1,23/1,2=82 Па. Аналогично находим значения R и P_д для участков 2 и 3 сети.

Участок 2,3: R₂= R₃=1,9 Па/м P_д2= P_д3=47,5 Па (при =1,2 кг/м³) P_д2= P_д3=47,5 1,23/1,2=48,7 Па

Вычисляем значения потерь давления на трение:

участок 1: R₁l₁=2,45 10=24,5 Па

участок 2: R₂l₂=1,9 4,75=9 Па

участок 3: R₃l₃=1,9 29=55,1 Па

Определяем коэффициенты местных сопротивлений [1, прил. 12]:

участок 1: вход в жалюзийную рещетку с поворотом потока - =2; диффузор у вентилятора - =0,15; отвод 90^о круглого сечения (R/d)=2 =0,15; колено 90^о круглого сечения =1,1; ₁=2+0,15+0,15+1,1=3,4;

участок 2: отвод 90^о круглого сечения (R/d)=2- =0,15; внезапное сужение сечения (F₂/F₁=d₂²/d₃²=0,42²/0,52²=0,69) - =0,2; колено 90^о круглого сечения =1,1; ₂=0,15+0,2+1,1=1,45;

участок 3: 14 выходных боковых отверстий (V₀/V₁=6/9=0,66) - =14 1,25=17,5; ₃=17,5

Вычисляем потери давления в местных сопротивлениях:

участок 1: Z₁=₁ P_д1 Z₁=3,4 82=278,8 Па

участок 2: Z₂=₂ P_д2 Z₂=48,7 1,45=70,6 Па

участок 3: Z₃=₃ P_д3 Z₃=17,5 48,7=852,25 Па

Вычисляем потери давления на трение и в местных сопротивлениях по участкам:

участок 1: R₁l₁+ Z₁=24,5+278,8=303,3 Па

участок 2: R₂l₂+ Z₂=9+70,6=79,6 Па

участок 3: R₃l₃+ Z₃=55,1+852,25=907,35 Па

Определяем динамическое давление на выходе из сети:

P_д.вых=62 1,23/2=22,14 Па

Определяем сопротивление калориферной установки (Па) по формуле [2, таб. 5.6]:

P_к.у=m А(v )ⁿ (5.7)

где m - число калориферов в калориферной установке.

m=2 A=1,2 n=1,76

P_к.у=2 1,2 10,45^1,76=149,24 Па

Таблица 2.

Бланк расчета системы вентиляции:

Nуч.	Qв м^3/ч	l м	v м/с	d мм	R Па/м	Rl Па		Рд Па	Z Па	Rl+Z Па
1	9020,4	10	12	520	2,45	24,5	3,4	82	278,8	303,3
2	4510,2	4,75	9	420	1,9	9	1,45	48,7	70,6	79,6
3	4510,2	29	9	420	1,9	55,1	17,5	48,7	852,25	907,35

Потери давления на трение и в местных сопротивлениях в наиболее протяженной ветви вентиляционной сети находим суммированием:

( Rl+ Z)=303,3+79,6+907,55=1290,25 Па

По формуле (5.2) находим расчетное полное давление, которое должен развивать вентилятор:

Р_в=1,1(1290,25+22,14+149,24)=1607,8 Па

Q_в=8484,9 м³\ч

Подбор вентилятора будем вести по номограмме для подбора центробежных вентиляторов серии Ц4-70 [1, с. 39], по расчетному давлению и подаче определяем номер вентилятора 5 безразмерный коэффициент А=10400, _в=0,79 и скорость воздуха в выхлопном отверстии вентилятора 19 м/с, а частота вращения [1, с. 39]:

n=A/N_в (5.8)

n=10400/5=2080, об/мин

Необходимую мощность (кВт) на валу электродвигателя для привода вентилятора подсчитываем по формуле [1, с. 40]:

N_в= Q_в Р_в/(3,6 10⁶ _в _п) , (5.9)

где _в - КПД вентилятора; _п- КПД передачи (при непосредственной насадке на вал электродвигателя _п =1, для муфтового соединения _п =0,98, для клиноременной передачи _п =0,95). В данном расчете будем использовать клиноременную передачу.

Определим мощность на валу электродвигателя по формуле (5.9), приняв клиноременную передачу:

N_в= 8484,9 1607,8/(3,6 10⁶ 0,79 0,95)=5,05 ,кВт

Установленную мощность двигателя определяем по формуле [1,с.40]:

N_ус=k_з N_в, (5.10)

где k_з - коэффициент запаса мощности, принимаемый по таблице [1,таб.8]:

По таблице [1,таб.8] определяем k_з=1,1.

Установленная мощность электродвигателя равна:

N_ус=1,1 5,05=5,56,кВт

В справочнике [4] подбираем электродвигатель, у которого мощность и частота вращения самые близкие к расчетным, этим двигателем может являться двигатель марки 4A132S4CУ1мощностью 7,5 кВт , частотой вращения 1500 об/мин и к.п.д. равным 87,5 %. Расхождение в частоте вращения учитываем соответствующими диаметрами шкивов клиноременной передачи между электродвигателем и вентилятором.