Оглавление

 

Выбор рационального привода

    Основная  задача проектирование рационального  электропривода состоит в том, чтобы  наиболее правильно сочетать свойства всех его элементов со свойствами рабочей машины и технологического процесса, выполняемого машинным устройством.

    Свойства  технологического процесса и рабочей  машины, значение которых необходимо для проектирования электропривода, описываются приводными характеристиками машин: технологической, кинематической, энергетической, механической, нагрузочной, инерционной.

Технологическая характеристика

    Цель  вентиляционной установки ¾ поддержание параметров микроклимата на уровне зоотехнических и санитарно-гигиенических норм. Под микроклиматом в птицеводческом помещении понимается совокупность физических и химических факторов сформировавшейся внутри них воздушной среды. К важнейшим параметрам относятся: температура и относительная влажность воздуха, скорость его движения, его состав, наличие взвешенных частиц. В процессе жизнедеятельности птицы в воздушную среду выделяются избытки тепла, влаги, углекислого газа и других соединений, но в меньших количествах. Эти избытки смешиваясь с воздухом образуют нежелательные или даже вредные концентрации соответствующих веществ. Одновременно с этим вентиляционная установка за счет разности парциальных давлений внутри и снаружи воздуховодов создает вынужденное движение воздуха, в результате которого происходит удаление загрязненного воздуха, одновременно с этим из-за создавшегося разряжения происходит подсос воздуха из существующих не плотностей и специальных вентиляционных просветов. Загрязненный воздух перемещается внутри специальных конструкций ¾ воздуховодов. Таким образом происходит процесс воздухообмена, кратность которого зависит от того на сколько те или иные параметры воздуха в данный момент отличается от заданных нормами. Разность парциальных давлений создается механическим способом ¾ осевым вентилятором (ВО), приводимым во вращение электродвигателем. Электродвигатель защитного обдуваемого исполнения непосредственно соединенный с валом осевого вентилятора. Для изменения кратности воздухообмена необходимо менять скорость вращения вентилятора а, следовательно, и электродвигателя. Изменять скорость вращения можно следующими способами: 1) применение многоскоростного электродвигателя ¾ не рационально т.к. требуется изменять скорость в широких пределах (1:5 по заданию), а это в свою очередь ведет увеличению стоимости двигателя, его габаритов, веса, усложнению монтажа и т.д.; 2) применение двигателя с фазным ротором ¾ тоже; 3) использование разнообразных частотных преобразователей ¾ перспективно, но в настоящий момент очень дорого; 4) изменять напряжение питания двигателя, что воплотить можно как с использованием автотрансформаторов (дорого), так и с помощью тиристорных регуляторов напряжения, ¾ на мой взгляд, оптимальный вариант. Мощность электродвигателя, тип вентилятора, сечение воздуховодов будут определены дальнейшими расчетами.

Рис. №1. Технологическая характеристика

1 ― вентилятор типа ОВ; 2 ― удаляемый воздух; 3 ― направление движения удаляемого воздуха внутри вытяжных каналов; 4 ― вытяжные каналы.

Расчет  требуемой подачи и давления вентилятора при подогреве пола.

 

    Тип и количество вентиляторов определяется исходя из необходимой суммарной  производительности вентиляционной установки. За расчетную производительность системы вентиляции принимается максимально возможный необходимый расход воздуха по условиям удаления влаги, тепла, углекислоты.

    Вентиляционная  норма (м³/ч):

    L_н = L_ж / (l_д – l_в),

    где L_ж ― количество вредных примесей, выделяемых животными м³/ч (л/ч, г/ч) [Приложение №1]; l_д ― допустимое по нормам количество вредных примесей, отн. ед. (л/м³) [Приложение №2]; l_в ― количество вредных примесей в наружном воздухе, отн. ед. (л/м³)[задание].

    По  выделению углекислого газа:

    L_ж = 0,86 л/ч; l_д = 2,5 л/м³(0,25%); l_в = 0,3 л/м³(0,03%); тогда L_н = 0,86 / (2,5 – 0,3) = 0, 39 м³/ч.

    По  выделению влаги:

    L_ж = 0,92 г/ч; l_д = 75 % (12г/м³)*; l_в = 70 % (10,2г/м³)*; тогда L_н = 0,92 / (12 – 10,2) = 0,51 м³/ч.

    * ― по диаграмме i – d (энтальпия ― влагосодержание) [Приложение №3]

    По  избытку теплоты в помещении:

    

,

    где Q ― количество теплоты выделяемое одной птицей в единицу времени кДж/ч [Приложение №1]; с ― теплоемкость воздуха кДж/(м³×°С);  ― разность температур воздуха снаружи и внутри помещения °C(К); k ― коэффициент запаса, учитывающий тепловыделение экскрементов, освещения и другого технологического оборудования.

    Q = 0,0216 кДж/ч; k = 1,3; с = 1,282 кДж/(м³×°C);

 = 20 – 21,1 =1,1°C тогда = 0,02 м³/ч.

    Дальнейшие  расчеты будем вести по наибольшей полученной норме, т.е. по избытку выделяемой влаги в помещении L_ж = 0, 51 м³/ч.

    Подачу  вентилятора L определим по вентиляционной норме L_н = 0,51 и числу животных k_г = 5000 шт. в помещении (м³\ч):

    L = 5000× 0,51 = 2550 м³/ч.

    Для определения потребной мощности электродвигателя, приводящего в  движение вентилятор помимо объемной подачи воздуха необходимо знать  требуемое давление воздуха, при  котором будет осуществляться его подача (вытяжка). Требуемое давление (Па), в свою очередь, определяется:

    Р_ТР = 1,05×(Р_Л + Р_М + Р_Min +  Р_ВАК),

    где 1,05 ― запас на случаи возможного подсоса воздуха из технологических не плотностей в размере 5%; Р_Л ― линейные потери в трубопроводе, Па; Р_М ― местные потери в трубопроводе, Па; Р_Min ― минимально необходимое давление воздуха для поддержания заданной скорости движения (200 Па); Р_ВАК ― возможное вакуумметрическое давление внутри животноводческого помещения, Па.

    Наметим в качестве материала воздуховода листовую сталь (жесть) как наиболее пластичный и недорогой материал. С учетом этого линейные потери в трубопроводе, Па:

    Р_Л = 64,8×

×L_В,

    где  ― скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с [Приложение №4],  ― плотность воздуха при температуре Т (минимальная температура внутри помещения, фактически ― рекомендуемая для данного вида животного), кг/м³;  ― диаметр трубопровода, или, в случае прямоугольного его сечения ― _Э эквивалентный диаметр, мм; L_В ― длина воздуховода, мм.

    Выбор скорости воздуха внутри воздуховодов обусловлен следующими факторами:

• Высшая скорость движения воздуха соответствует меньшему сечению воздуховодов и как следствие меньшему занимаемому ими объему, меньшей металлоемкости, весу, более простому их креплению и монтажу и в конечном итоге меньшим затратам;
• Высшей скорости движения соответствует высший уровень создаваемого системой вентиляции шума, что неблагоприятно сказывается как на обслуживающем персонале, так и на животных;
• Высокая скорость движения воздуха требует применения эффективных рассредоточивающих воздушный поток насадок, для того чтобы избежать появления высоких ламинарных скоростей внутри помещения (сквозняков), которые в свою очередь вызывают появление разнообразных простудных заболеваний у животных, нередки случаи обезвоживания организма лиц обслуживающего персонала. Рекомендуемая скорость движения воздуха внутри птицеводческих помещений составляет 0,1-1,2 м/с;
• Малая скорость движения воздуха затрудняет очистку помещений от пыли, влаги и вредных микроорганизмов;
• Чем выше скорость движения воздуха, тем большее сопротивление оказывает воздуховод проходящему воздуху, следовательно, требуется установка более мощного двигателя для привода вентилятора, а это в свою очередь меньший КПД, бόльшие капиталовложения ― меньшая эффективность всей системы в целом.

    С точки зрения этих позиций оптимальной  скоростью движения воздуха внутри воздуховодов птицеводческой фермы является 1―5 м/с. В промышленных вентиляционных установках при запыленном воздухе такие низкие значения скорости недостаточны, так как частицы мелкой пыли налипают на стенки воздуховодов, повышая сопротивление сети и тем самым нарушают ее работу. Поэтому в особо пыльных помещениях с протяженными горизонтальными участками воздуховодов (100 м и более) рекомендуемыми скоростями являются 16―18 м/с.

    Принимаем  = 4 м/с.

    Плотность воздуха определяется следующим  образом:

    

 =  ,

    где  ― удельная плотность воздуха равная 1,29 кг/м³,  =   ― коэффициент учитывающий относительное увеличение объема воздуха при нагревании его на 1°C, Т ― температура воздуха °C.

    При Т = 21,1°C  =   = 1,20 кг/м³.

    Для определения  найдем сначала ориентировочную суммарную площадь вытяжных каналов S_общ м²:

    S_общ = 

 =   = 0,18 м².

    Т. к. намечаем использование воздуховода  круглого сечения, определим его  диаметр:

    D = 

 =  = 0,48 м.

    Принимаем ближайший стандартный воздуховод ― 500 мм (0,196 м²) [Приложение №5].

    Уточним скорость:

    

 =   =   = 3,9 м/с.

    Длина воздуховода составляет (самой удаленной  точки А) L_В = 87 м.

    Тогда линейные потери в трубопроводе:

    Р_Л = 64,8×

×L_В = 64,8× ×87 = 23 Па.

    Следует отметить, что линейные потери величиной 23 Па в воздуховоде длиной 87 м очень маленькая величена. Это вызвано большим сечением воздуховода. Здесь следовало бы произвести пересчет, увеличив скорость движения воздуха и тем самым, уменьшив диаметр воздуховода, но т.к. данная курсовая работа имеет скорее иллюстративный характер, нежели какую-либо практическую ценность, то остановимся на полученных величинах.

    Минимально  необходимое давление воздуха для  поддержания заданной скорости движения Р_Min = 200 Па.

    Вакуумметрическое давление может возникнуть в случае недостатка приточного воздуха. Например, в случаи отсутствия или нехватки мощности приточной вентиляции при  значительной герметизации животноводческого  помещения. В общем случае, как показывает практика [5] оно не превышает величены 50 Па, поэтому Р_ВАК = 50 Па.

    Определим местные потери, Па:

    Р_М = 

,

    где  ― коэффициент местного сопротивления [Приложение №6];  ― плотность воздуха при данной температуре, кг/м³;  ― скорость движения воздуха, м/с.

    На  участке от входного дефлектора (точка  А) до вытяжного патрубка с зонтом имеются следующие местные сопротивления  и соответствующие им коэффициенты местного сопротивления:

1. Дефлектор входной  = 2 ― 1 шт.;
2. Колено круглого поперечного сечения  = 1,1 ― 10 шт.;
3. Тройник  = 0,6 ― 3 шт.;
4. Фильтр сетчатый  = 4 ― 2 шт.;
5. Внезапное сужение воздуховода  = 0,47 ― 2 шт.;
6. Зонт   = 1,6 ― 1 шт.

    Тогда

    

 = 2 + 1,1×10 + 0,6×3 + 4×2 + 0,47×2 + 1,6 = 25,3;

    Р_М = 

 =   = 231 Па;

    Р_ТР = 1,05×(Р_Л + Р_М + Р_Min +  Р_ВАК) = 1,05×(23 + 200 + 231 + 50) = 529 Па.

Выбор вентилятора

    Тип

    Тип вентилятора определен заданием ― ВО (вентилятор осевой). Следует отметить, что для данного типа вентилятора характерны большие подачи при малых давлениях с несколько повышенным уровнем шума по сравнению с другими типами вентиляторов.

    Внутренний  диаметр выходного  патрубка (типоразмер)