Комментариев:

Основой проектирования любых инженерных сетей является расчет. Для того чтобы правильно сконструировать сеть приточных или вытяжных воздуховодов, необходимо знать параметры воздушного потока. В частности, требуется рассчитать скорость потока и потери давления в канале для правильного подбора мощности вентилятора.

В этом расчете немаловажную роль играет такой параметр, как динамическое давление на стенки воздуховода.

Поведение среды внутри воздухопровода

Вентилятор, создающий воздушный поток в приточном или вытяжном воздуховоде, сообщает этому потоку потенциальную энергию. В процессе движения в ограниченном пространстве трубы потенциальная энергия воздуха частично переходит в кинетическую. Этот процесс происходит в результате воздействия потока на стенки канала и называется динамическим давлением.

Кроме него существует и статическое давление, это воздействие молекул воздуха друг на друга в потоке, оно отражает его потенциальную энергию. Кинетическую энергию потока отражает показатель динамического воздействия, именно поэтому данный параметр участвует в расчетах .

При постоянном расходе воздуха сумма этих двух параметров постоянна и называется полным давлением. Оно может выражаться в абсолютных и относительных единицах. Точкой отсчета для абсолютного давления является полный вакуум, в то время как относительное считается начиная от атмосферного, то есть разница между ними — 1 Атм. Как правило, при расчете всех трубопроводов используется величина относительного (избыточного) воздействия.

Вернуться к оглавлению

Физический смысл параметра

Если рассмотреть прямые отрезки воздуховодов, сечения которых уменьшаются при постоянном расходе воздуха, то будет наблюдаться увеличение скорости потока. При этом динамическое давление в воздуховодах будет расти, а статическое — снижаться, величина полного воздействия останется неизменной. Соответственно, для прохождения потока через такое сужение (конфузор) ему следует изначально сообщить необходимое количество энергии, в противном случае может уменьшиться расход, что недопустимо. Рассчитав величину динамического воздействия, можно узнать количество потерь в этом конфузоре и правильно подобрать мощность вентиляционной установки.

Обратный процесс произойдет в случае увеличения сечения канала при постоянном расходе (диффузор). Скорость и динамическое воздействие начнут уменьшаться, кинетическая энергия потока перейдет в потенциальную. Если напор, развиваемый вентилятором, слишком велик, расход на участке и во всей системе может вырасти.

В зависимости от сложности схемы, вентиляционные системы имеют множество поворотов, тройников, сужений, клапанов и прочих элементов, называемых местными сопротивлениями. Динамическое воздействие в этих элементах возрастает в зависимости от угла атаки потока на внутреннюю стенку трубы. Некоторые детали систем вызывают значительное увеличение этого параметра, например, противопожарные клапаны, в которых на пути потока установлены одна или несколько заслонок. Это создает повышенное сопротивление потоку на участке, которое необходимо учитывать в расчете. Поэтому во всех вышеперечисленных случаях нужно знать величину динамического давления в канале.

Вернуться к оглавлению

Расчеты параметра по формулам

На прямом участке скорость движения воздуха в воздуховоде неизменна, постоянной остается и величина динамического воздействия. Последняя рассчитывается по формуле:

Рд = v2γ / 2g

В этой формуле:

• Рд — динамическое давление в кгс/м2;
• V — скорость движения воздуха в м/с;
• γ — удельная масса воздуха на этом участке, кг/м3;
• g — ускорение силы тяжести, равное 9.81 м/с2.

Получить значение динамического давления можно и в других единицах, в Паскалях. Для этого существует другая разновидность этой формулы:

Рд = ρ(v2 / 2)

Здесь ρ — плотность воздуха, кг/м3. Поскольку в вентиляционных системах нет условий для сжатия воздушной среды до такой степени, чтобы изменилась ее плотность, она принимается постоянной — 1.2 кг/м3.

Далее, следует рассмотреть, как участвует величина динамического воздействия в расчете каналов. Смысл этого расчета — определить потери во всей системе приточной либо вытяжной вентиляции для подбора напора вентилятора, его конструкции и мощности двигателя. Расчет потерь происходит в два этапа: сначала определяются потери на трение о стенки канала, потом высчитывается падение мощности воздушного потока в местных сопротивлениях. Параметр динамического давления участвует в расчете на обоих этапах.

Сопротивление трению на 1 м круглого канала рассчитывается по формуле:

R = (λ / d) Рд, где:

• Рд — динамическое давление в кгс/м2 или Па;
• λ — коэффициент сопротивления трению;
• d — диаметр воздуховода в метрах.

Потери на трение определяются отдельно для каждого участка с различными диаметрами и расходами. Полученное значение R умножают на общую длину каналов расчетного диаметра, прибавляют потери на местных сопротивлениях и получают общее значение для всей системы:

HB = ∑(Rl + Z)

Здесь параметры:

1. HB (кгс/м2) — общие потери в вентиляционной системе.
2. R — потери на трение на 1 м канала круглого сечения.
3. l (м) — длина участка.
4. Z (кгс/м2) — потери в местных сопротивлениях (отводах, крестовинах, клапанах и так далее).

Вернуться к оглавлению

Определение параметров местных сопротивлений вентиляционной системы

В определении параметра Z также принимает участие величина динамического воздействия. Разница с прямым участком заключается в том, что в разных элементах системы поток меняет свое направление, разветвляется, сходится. При этом среда взаимодействует с внутренними стенками канала не по касательной, а под разными углами. Чтобы это учесть, в расчетную формулу можно ввести тригонометрическую функцию, но тут есть масса сложностей. Например, при прохождении простого отвода 90⁰ воздух поворачивает и нажимает на внутреннюю стенку как минимум под тремя разными углами (зависит от конструкции отвода). В системе воздуховодов присутствует масса более сложных элементов, как рассчитать потери в них? Для этого существует формула:

1. Z = ∑ξ Рд.

Для того чтобы упростить процесс расчета, в формулу введен безразмерный коэффициент местного сопротивления. Для каждого элемента вентиляционной системы он разный и является справочной величиной. Значения коэффициентов были получены расчетами либо опытным путем. Многие заводы-производители, выпускающие вентиляционное оборудование, проводят собственные аэродинамические исследования и расчеты изделий. Их результаты, в том числе и коэффициент местного сопротивления элемента (например, противопожарного клапана), вносят в паспорт изделия или размещают в технической документации на своем сайте.

Для упрощения процесса вычисления потерь вентиляционных воздуховодов все значения динамического воздействия для разных скоростей также просчитаны и сведены в таблицы, из которых их можно просто выбирать и вставлять в формулы. В Таблице 1 приведены некоторые значения при самых применяемых на практике скоростях движения воздуха в воздуховодах.

Системы отопления обязательно тестируют на устойчивость к давлению

Из этой статьи вы узнаете, что такое статическое и динамическое давление системы отопления, зачем оно нужно и чем отличается. Также будут рассмотрены причины его повышения и понижения и методы их устранения. Помимо этого, речь пойдет о том, каким давлением испытывают различные системы отопления и способы данной проверки.

Виды давления в отопительной системе

Выделяют два вида:

• статистическое;
• динамическое.

Что такое статическое давление системы отопления? Это то, которое создаётся под воздействием силы притяжения. Вода под собственным весом давит на стенки системы с силой пропорциональной высоте, на которую она поднимается. С 10 метров этот показатель равен 1 атмосфере. В статистических системах не задействуют нагнетатели потока, и теплоноситель циркулирует по трубам и радиаторам самотеком. Это открытые системы. Максимальное давление в открытой системе отопления составляет около 1,5 атмосферы. В современном строительстве такие методы практически не применяются, даже при монтаже автономных контуров загородных домов. Это связано с тем, что для такой схемы циркуляции надо применять трубы с большим диаметром. Это не эстетично и дорого.

Динамическое давление в системе отопления можно регулировать

Динамическое давление в закрытой системе отопления создается искусственным повышением скорости потока теплоносителя при помощи электрического насоса. Например, если речь идет о многоэтажках, или крупных магистралях. Хотя, теперь даже в частных домах при монтаже отопления используют насосы.

Важно! Речь идет об избыточном давлении без учета атмосферного.

Каждая из систем отопления имеет свой допустимый предел прочности. Иными словами, может выдержать разную нагрузку. Чтобы узнать какое рабочее давление в закрытой системе отопления, надо к статическому, создаваемому столбом воды, добавить динамическое, нагнетаемое насосами. Для правильной работы системы, показания манометра должны быть стабильными. Манометр – механический прибор, измеряющий силу, с которой вода движется в системе отопления. Он состоит из пружины, стрелки и шкалы. Манометры устанавливаются в ключевых местах. Благодаря им можно узнать какое рабочее давление в системе отопления, а также выявлять неисправности в трубопроводе во время диагностики.

Перепады давления

Чтобы компенсировать перепады, в контур встраивается дополнительное оборудование:

1. расширительный бачок;
2. клапан аварийного выброса теплоносителя;
3. воздухоотводы.

Тестирование воздухом – испытательное давление системы отопления повышают до 1,5 бар, затем спускают до 1 бара и оставляют на пять минут. При этом потери не должны превышать 0,1 бар.

Тестирование водой – давление повышают не менее чем до 2 бар. Возможно и больше. Зависит от рабочего давления. Максимальное рабочее давление системы отопления надо умножить на 1,5. За пять минуть потери не должны превышать 0,2 бар.

Панельное

Холодное гидростатическое тестирование – 15 минут с давлением 10 бар, потери не больше 0,1 бара. Горячее тестирование – поднятие температуры в контуре до 60 градусов на семь часов.

Испытывают водой, нагнетая 2,5 бара. Дополнительно проверяют водонагреватели (3-4 бара) и насосные установки.

Тепловые сети

Допустимое давление в системе отопления постепенно повышается до уровня выше рабочего на 1,25, но не меньше 16 бар.

По результатам тестирования составляется акт, который является документом, подтверждающим заявленные в нем эксплуатационные характеристики. К ним, в частности, относиться рабочее давление.

Кинетическая энергия движущегося газа:

где m- масса движущегося газа, кг;

с- скорость газа, м/с.

(2)

где V- объём движущегося газа, м 3 ;

- плотность, кг/м 3 .

Подставим (2) в (1), получим:

(3)

Найдём энергию 1 м 3:

(4)

Полное давление складывается из и
.

Полное давление в воздушном потоке равно сумме статического и динамического напоров и представляет собой энергонасыщенность 1 м 3 газа.

Схема опыта для определения полного давления

Трубка Пито- Прандтля

(1)

(2)

Уравнение (3) показывает работу трубки.

- давление в столбе I;

- давление в столбе II.

Эквивалентное отверстие

Если сделать отверстие сечении F e через которое будет подаваться такое же количество воздуха
, как и через трубопровод при том же начальном напореh, то такое отверстие называется эквивалентным, т.е. проход через данное эквивалентное отверстие заменяет все сопротивления в трубопроводе.

Найдём величину отверстия:

, (4)

где с- скорость истечения газа.

Расход газа:

(5)

Из (2)
(6)

Примерно, потому что не учитываем коэффициент сужения струи.

- это условное сопротивление, которое удобно вводить в расчёты при упрощении действительных сложных систем. Потери напора в трубопроводах определяются как сумма потерь в отдельных местах трубопровода и подсчитываются на основании экспериментальных данных, приводящихся в справочниках.

Потери в трубопроводе возникают на поворотах, изгибах, при расширениях и сужениях трубопроводов. Потери в равном трубопроводе также подсчитываются по справочным данным:

Всасывающий патрубок

Корпус вентилятора

Нагнетательный патрубок

Эквивалентное отверстие, заменяющее реальный трубопровод с его сопротивлением.

- скорость во всасывающем трубопроводе;

- скорость истечения через эквивалентное отверстие;

- величина давления, под которым происходит перемещение газа во всасывающем патрубке;

статический и динамический напоры в выводном патрубке;

- полный напор в нагнетательном патрубке.

Через эквивалентное отверстие газ истекает под давлением, зная, находим.

Пример

Чему равняется мощность двигателя для привода вентилятора, если нам известны предыдущие данные из 5.

С учетом потерь:

где - монометрический коэффициент полезного действия.

где
- теоретический напор вентилятора.

Вывод уравнений вентилятора.

Задано:

Найти:

Решение:

где
- масса воздуха;

- начальный радиус лопатки;

- конечный радиус лопатки;

- скорость воздуха;

- тангенциальная скорость;

- радиальная скорость.

Разделим на
:

;

Секундная масса:

,

;

Секундная работа -мощность отдаваемая вентилятором:

.

Лекция №31.

Характерная форма лопастей.

- окружная скорость;

С – абсолютная скорость частицы;

- относительная скорость.

,

.

Представим наш вентилятор с инерцией В.

В отверстие заходит воздух и по радиусу распыляется со скоростью С r . но мы имеем:

,

где В – ширина вентилятора;

r – радиус.

.

Умножим на U:

.

Подставим
, получим:

.

Подставим значение
для радиусов
в выражение для нашего вентилятора и получим:

Теоретически напор вентилятора зависит от углов (*).

Заменим черези подставим:

Разделим левую и правую часть на :

.

где А иВ – заменяющие коэффициенты.

Построим зависимость:

В зависимости от углов
вентилятор будет менять свой характер.

На рисунке правило знаков совпадает с первым рисунком.

Если от касательной к радиусу по направлению вращения откладывать угол, то этот угол считается положительным.

1) В первом положении: - положителен,- отрицателен.

2) Лопатки II:- отрицателен,- положителен – делается близким к нулю икак правило меньше. Это вентилятор высоко напора.

3) Лопатки III:
равны нулю.В=0 . Вентилятор среднего напора.

Основные соотношения для вентилятора.

,

где с – скорость истечения воздуха.

.

Запишем это уравнение применительно к нашему вентилятору.

.

Разделим левую и правую часть на n:

.

Тогда получим:

.

Тогда
.

При решении для данного случая x=const, т.е. мы получим

Запишем:
.

Тогда:
тогда
- первое соотношение вентилятора (производительности вентилятора относятся друг к другу, как числа оборотов вентиляторов).

Пример:

- Это второе соотношение вентилятора (теоретические напоры вентиляторов относятся как квадраты чисел оборотов).

Если взять тот же пример, то
.

Но мы имеем
.

Тогда получим третье соотношение, если вместо
подставим
. Получаем следующее:

- Это и есть третье соотношение (мощности требуемые на привод вентилятора относится как кубы чисел оборотов).

Для того же примера:

Расчет вентилятора

Данные для расчета вентилятора:

Задаются:
- расход воздуха(м 3 /сек).

Из конструктивных соображений выбирается и число лопаток – n ,

- плотность воздуха.

В процессе расчета определяются r 2 , d – диаметр всасывающего патрубка,
.

Весь расчет вентилятора производится на основании уравнения вентилятора.

Скребковый элеватор

1) Сопротивление при загрузке элеватора:

G Ц – вес погонного метра цепи;

G Г – вес погонного метра груза;

L – длина рабочей ветви;

f - коэффициент трения.

3) Сопротивление в холостой ветви:

Общее усилие:

.

где - кпд учитывающий число звездочекm ;

- кпд учитывающий число звездочек n ;

- кпд учитывающий жесткость цепи.

Мощность для привода транспортера:

,

где - кпд привода транспортера.

Ковшовые транспортеры

Он громоздкий. Применятся в основном на стационарных машинах.

Швырялка-вентилятор. Применяется на силосных комбайнах и на зерновых. Материя подвергается удельному воздействию. Большой расход мощности при повыш. производительности.

Полотняные транспортеры.

Применяются на обычных жатках

1)
(принцип Даламбера).

На частицу массой m действует сила весаmg , сила инерции
, сила трения.

,

.

Нужно найти х , который равен длине, при которой нужно набрать скорость отV 0 доV , равной скорости транспортера.

,

Выражение 4 замечательно следующим случаем:

При
,
.

При угле
частица может набрать скорость транспортера на путиL , равном бесконечности.

Бункера

Бункера применяются нескольких типов:

со шнековой выгрузкой

вибровыгрузной

бункера со свободным истечением сыпучей среды применяется на стационарных машинах

1. Бункера со шнековой выгрузкой

Производительность шнекового выгружателя:

.

скребковый элеваторный транспортер;

распределительный шнек бункер;

нижний выгружной шнек;

наклонный выгружной шнек;

- коэффициент заполнения;

n – число оборотов шнека;

t – шаг шнека;

- удельный вес материала;

Д – диаметр шнека.

2. Вибробункер

вибратор;

1. выгрузной лоток;

   плоские пружины, упругие элементы;

а – амплитуда колебаний бункера;

С – центр тяжести.

Достоинства – устраняется свободообразование, простота конструкционных оформлений. Сущность воздействия вибрации на сыпучую среду заключается в псевдодвижении.

.

М – масса бункера;

х – его перемещение;

к 1 – коэффициент учитывающий скоростное сопротивление;

к 2 – жесткость рессор;

- круговая частота или скорость вращения вала вибратора;

- фаза установки грузов по отношению к смещению бункера.

Найдем амплитуду бункера к 1 =0:

очень мало

,

- частота собственных колебаний бункера.

,

При такой частоте материал начинает течь. Существует скорости истечения, при которых выгружается бункер за 50 сек .

Копнители. Сбор соломы и половы.

1. Копнители бывают навесные и прицепные, причем они бывают однокамерные и двухкамерные;

2. Измельчители соломы со сбором или разбрасыванием измельченной соломы;

3. Разбрасыватели;

4. Соломопрессы для сбора соломы. Отличают навесные и прицепные.

Виды давления

Статическое давление

Статическое давление - это давление неподвижной жидкости. Статическое давление = уровень выше соответствующей точки измерения + начальное давление в расширительном баке.

Динамическое давление

Динамическое давление - это давление движущегося потока жидкости.

Давление нагнетания насоса

Рабочее давление

Давление, имеющееся в системе при работе насоса .

Допустимое рабочее давление

Максимальное значение рабочего давления, допускаемого из условий безопасности работы насоса и системы.

Давление - физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого (например, фундамент здания на грунт, жидкость на стенки сосуда, газ в цилиндре двигателя на поршень и т. п.). Если силы распределены вдоль поверхности равномерно, то Давление р на любую часть поверхности равно р = f/s , где S - площадь этой части, F - сумма приложенных перпендикулярно к ней сил. При неравномерном распределении сил это равенство определяет среднее давление на данную площадку, а в пределе, при стремлении величины S к нулю, - давление в данной точке. В случае равномерного распределения сил давление во всех точках поверхности одинаково, а в случае неравномерного - изменяется от точки к точке.

Для непрерывной среды аналогично вводится понятие давление в каждой точке среды, играющее важную роль в механике жидкостей и газов. Давление в любой точке покоящейся жидкости по всем направлениям одинаково; это справедливо и для движущейся жидкости или газа, если их можно считать идеальными (лишёнными трения). В вязкой жидкости под давление в данной точке понимают среднее значение давление по трём взаимно перпендикулярным направлениям.

Давление играет важную роль в физических, химических, механических, биологических и др. явлениях.

Потеря давления

Потеря давления - снижение давления между входом и выходом элемента конструкции. К подобным элементам относятся трубопроводы и арматура . Потери возникают по причине завихрений и трения. Каждый трубопровод и арматура в зависимости от материала и степени шероховатости поверхности характеризуется собственным коэффициентом потерь . За соответствующей информацией следует обратиться к их изготовителям.

Единицы измерения давления

Давление является интенсивной физической величиной. Давление в системе СИ измеряется в паскалях; применяются также следующие единицы:

Давление
		мм вод. ст.	мм рт. ст.		кг/см 2		кг/м 2	м вод. ст.
1 мм вод. ст.
1 мм рт. ст.
1 бар

В текущей жидкости различают статическое давление и динамическое давление . Причиной статического давления, как и в случае неподвижной жидкости, является сжатие жидкости. Статическое давление проявляется в напоре на стенку трубы, по которой течёт жидкость.

Динамическое давление обусловливается скоростью течения жидкости. Чтобы обнаружить это давление, надо затормозить жидкость, и тогда оно, как и. статическое давление, проявится в виде напора.

Сумма статического и динамического давлений называется полным давлением.

В покоящейся жидкости динамическое давление равно нулю, следовательно, статическое давление равно полному давлению и может быть измерено любым манометром.

Измерение давления в движущейся жидкости сопряжено с целым рядом трудностей. Дело в том, что манометр, погружённый в движущуюся жидкость, изменяет скорость движения жидкости в том месте, где он находится. При этом, конечно, изменяется и величина измеряемого давления. Чтобы манометр, погружённый в жидкость, совсем не изменял скорости жидкости, он должен двигаться вместе с жидкостью. Однако измерять таким путём давление внутри жидкости крайне неудобно. Это затруднение обходят, придавая трубке, соединённой с манометром, обтекаемую форму, при которой она почти не изменяет скорости движения жидкости. Практически для измерения давлений внутри движущейся жидкости или газа применяют узкие манометрические трубки.

Статическое давление измеряется с помощью манометрической трубки, плоскость отверстия которой расположена параллельно линиям тока. Если жидкость в трубе находится под давлением, то в манометрической трубке жидкость поднимается на некоторую высоту, соответствующую статическому давлению в данном месте трубы.

Полное давление измеряют трубкой, плоскость отверстия которой расположена перпендикулярно линиям тока. Такой прибор называется трубкой Пито. Попав в отверстие трубки Пито, жидкость останавливается. Высота столба жидкости (h полн) в манометрической трубке будет соответствовать полному давлению жидкости в данном месте трубы.

В дальнейшем нас будет интересовать только статическое давление, которое мы будем называть просто давлением внутри движущейся жидкости или газа.?

Если измерить статическое давление в движущейся жидкости в различных частях трубы переменного сечения, то окажется, что в узкой части трубы оно меньше, чем в широкой её части.

Но скорости течения жидкости обратно пропорциональны площадям сечения трубы; следовательно, давление в движущейся жидкости зависит от скорости её течения.

В местах, где жидкость движется быстрее (узкие места трубы), давление меньше, чем там, где эта жидкость движется медленнее (широкие места трубы) .

Этот факт можно объяснить на основе общих законов механики.

Допустим, что жидкость переходит из широкой части трубки в узкую. При этом частицы жидкости увеличивают скорости, т. е. движутся с ускорениями в направлении движения. Пренебрегая трением, на основе второго закона Ньютона можно утверждать, что равнодействующая сил, действующих на каждую частицу жидкости, также направлена в сторону движения жидкости. Но эта равнодействующая сила создаётся силами давления , которые действуют на каждую данную частицу со стороны окружающих её частиц жидкости, и направлена вперёд, по направлению движения жидкости. Значит, сзади на частицу действует большее давление, чем спереди. Следовательно, как показывает и опыт, давление в широкой части трубки больше, чем в узкой.

Если жидкость течёт из узкой в широкую часть трубки, то, очевидно, в этом случае частицы жидкости тормозятся. Равнодействующая сил, действующих на каждую частицу жидкости со стороны окружающих её частиц, направлена в сторону, противоположную движению. Эта равнодействующая определяется разностью давлений в узком и широком каналах. Следовательно, частица жидкости, переходя из узкой в широкую часть трубки, движется из мест с меньшим давлением в места с большим давлением.

Итак, при стационарном движении в местах сужения каналов давление жидкости понижено, в местах расширения – повышено.

Скорости течения жидкости принято изображать густотой расположения линий тока. Поэтому в тех частях стационарного потока жидкости, где давление меньше, линии тока должны быть расположены гуще, и, наоборот, где давление больше, линии тока расположены реже. То же относится и к изображению потока газа.