Елемeнти на въздухопроводни мрежи

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2008

Видове устройства, изисквания към мрежите, оразмеряване


  Въздухопроводните мрежи се използват в индустриални инсталации с различно предназначение, при специфични експлоатационни условия и технологични изисквания. Основно се изграждат от последователно и успоредно свързани участъци и елементи. Предназначението им е да осигурят необходимите условия за засмукване, пренасяне и изхвърляне на въздух. Също така, въздухопроводите имат за задача да предотвратят пренасянето на въздух от зони, в които е възникнал пожар, да ограничат разпространението на шум, както и да възпрепятстват промени в състоянието на отработения въздух. За постигане на тези цели въздухопроводните мрежи се състоят от прави и фасонни въздухопроводи, елементи за свързване и монтаж, различни устройства за вземане на пресен въздух и изхвърляне на замърсен, както и от устройства за предотвратяване разпространението на шум и на възникнал пожар.

Устройства за вземане и изхвърляне на въздух
Приложение намират няколко вида технически устройства за вземане и изхвърляне на въздух. Видът на избраното устройство се определя от хигиенни и технологични изисквания. Сред най-често използваните, подходящи както за вземане, така и за изхвърляне на въздух, са вентилационните шапки, защитните жалузийни решетки и огънатите тръби.
Вентилационните шапки, за които често се използва и наименованието дефлектори, са устройства, които са предназначени за монтаж върху вертикални въздуховоди, в края на които се предвижда предпазна мрежа. Те могат да бъда с различна форма – кръгли, квадратни и др.
Защитните решетки се използват, когато вземането и изхвърлянето на въздуха е през отвори във вертикални ограждащи елементи, например стени и прозорци. Формата на ламелите обикновено се проектира с оглед недопускане проникването на дъждовни капки в инсталацията. При необходимост решетката би могла да се окомплектова с мрежа, въздушен филтър или с шумозаглушител.
Огънатите тръби се използват за вземане и изхвърляне на въздух от затворени площи и над строителни конструкции. Броят на тръбите, както и техният диаметър, се определят в зависимост от дебита, като скоростта в светлото сечение на отвора се приема за равна на от 4 до 7 m/s.
Сред използваните устройства за вземане и изхвърляне на въздух са конфузорите, които са подходящи за факелно изхвърляне на отработен замърсен въздух, както и дифузорите.

Предназначение и монтажни изисквания на шибъри
Дебитът във въздухопроводните мрежи обикновено се регулира чрез използването на шибъри, клапи и жалузийни решетки. Те се инсталират на достъпни места, позволяващи лесно обслужване, ревизия и ремонт.
Шибърите са устройства, използвани за предварително регулиране на дебита както на смукателни, така и на нагнетателни инсталации. Монтират се върху въздухопроводи с кръгла или правоъгълна форма. Представляват въздухонепроницаема плоча, монтирана напречно на въздухопровода, която пропуска въздух през пълното си сечение или през част от него. Добре е да се има предвид, че при тях изменението на коефициента на местно съпротивление, отнесен към скоростта на въздуха в пълното сечението, варира в широки граници. При използване на шибъри, също така, е препоръчително те да се монтират след нагнетателния отвор на вентилатора в смукателните инсталации. Ако се използват в нагнетателни инсталации е необходимо да са изпълнени редица условия. Сред тях е най-близкият отвор за подаване на въздух или отклонение, който трябва да е отдалечен на поне двадесет пъти диаметъра на шибъра. Друго условие е шибърът да е монтиран с посока на плъзгане при затваряне, противоположна на посоката на въртене на ротора.
Основни предимства на шибърите са малката им дължина, несложната конструкция, както и сравнително ниската им цена. Като недостатъци могат да се посочат - неприемливата характеристика на протичане и др.

Клапи и жалузийни решетки
От своя страна, клапите са два вида в зависимост от конструкцията – единични и крилчати. Единичните клапи се използват предимно за кръгли въздухопроводи с d=500 mm. Подходящи са и за правоъгълни, но при условие, че най-голямата страна а=400 mm. Крилчатите клапи се препоръчват за кръгли въздуховоди с d<1200 mm и съответно за правоъгълни с а=1000 mm.
Жалузийните решетки са подходящи за регулиране дебита на въздуха при променливи експлоатационни условия. Използват се и при необходимост от по-висока точност, както и когато в следващия прилежащ участък се изисква относително равномерно разпределение на скоростта на течението. Произвеждат се предимно в две основни модификации - с успоредно и противоположно движение на лопатките. Броят им, както и тяхната форма, определят хидравличното съпротивление на решетката. Добре е да се има предвид, че способността на решетката да регулира дебита нараства, когато собственото й съпротивление (загуби на налягане) се повишава в сравнение с това на цялата мрежа. Също така, решетките с противоположно движение на лопатките позволяват плавно регулиране на дебита и осигуряват след себе си сравнително равномерно разпределение на скоростното поле.
Предназначението на жалузийните решетки е многостранно. Те се използват да отварят и затварят участъците от инсталацията, свързани с външния въздух. Друго тяхно предназначение е да регулират дебита, като в този случай се използват предимно решетки с противоположно движещи се лопатки. Намират приложение и за обходна (байпасна) връзка с топлообменници, при което съпротивлението на решетката е съизмеримо с това на топлообменника. Жалузийните решетки се изполват и за смесване на въздух с различно състояние в смесителните камери, където решетките обикновено са с общо задвижване.

Противопожарни и противодимни клапи
За предотвратяване разпространението на огън и дим се използват т.нар. противопожарни клапи. При повишаване на температурата на въздуха във въздухопровода над 70 оС, специално вградена в клапата стопяема пластина, стъклен патрон или тяло, с голям коефициент на термично разширение, я затваря. Разработени са и конструкции, комплектовани с електрически или пневматични изпълнителни механизми.
Материалите, които се използват за изработване на клапите, обикновено са азбест, както и други органични и неорганични негорими материали. За лагеруване се използва легирана стомана, а за изработване на кожуха - поцинкована. Противопожарните клапи се монтират на стени и междуетажни плочи, през които преминават въздухопроводи от една противопожарна зона в друга.
От своя страна, противодимните клапи намират приложение за предотвратяване пренасянето на дим чрез външния въздух или рециркулационния въздух. Поставят се на въздухопроводите, а задействането им е чрез електрически или пневматичен изпълнителен механизъм по сигнал на датчик за дим. Обикновено се използват йонизационни или оптични сензори.
Освен изброените съществуват и други технически решения, спецификите на които ще представим в следващ брой на списанието.

Възвратни клапи и клапи за свръхналягане
Към групата на специалните клапи обикновено се отнасят възвратните клапи и клапите за свръхналягане. Първите се използват в случаите, при които е необходимо да се осигури еднопосочно движение на въздуха. Приложението им при паралелна работа на вентилатори, например, е свързано с по-малки разходи в сравнение с използването на жалузийни решетки, работещи само в две позиции – отворено и затворено. Конструкцията на специалните клапи не е сложна. Те представляват рамка, в която са монтирани две противоположно движещи се лопатки, които се отварят разнопосочно.
Конструкцията на клапите за свръхналягане е подобна. Различието е, че лопатките им са закрепени подвижно от едната страна. За да се отвори клапата, е необходимо разликата в наляганията от двете й страни да е Dpст»10 Ра, а затварянето й се осъществява под действието на собственото тегло. За да се ограничи разпространението на шума, генериран от клапите, по периферията на лопатките се поставят гумени ивици. Те се използват, когато е необходимо да се поддържа свръхналягане в затворено пространство. Могат да се монтират на стени, врати и прозорци между отделни помещения, както и да граничат с външен въздух. При избора им се взима предвид необходимата разлика в статичните налягания Dpст от двете страни на решетката и очакваният дебит на преминаващия през тях въздух. Препоръчително е максималната скорост на преминаващия въздух да не надвишава vmax=10 m/s. Увеличаването на скоростта води до влошаване на шумовите характеристики на клапата.

Решения за ограничаване на шума
Във вентилационните системи с цел ограничаване разпространението на шум се използват предимно кулисни и цилиндрични шумозаглушители. Те се монтират по трасето на въздухопроводната мрежа и при преминаване на въздух през тях нивото на звуковото налягане намалява. Кулисните шумозаглушители представляват кожух, обикновено от стоманена ламарина, с правоъгълно напречно сечение. В кожуха се подреждат кулиси от материали с високи стойности на коефициента на звукопоглъщане. Големината на напречното им сечение се определя в зависимост от обемния дебит на въздуха.
При цилиндричните шумозаглушители кожухът е цилиндричен. Отвътре той се облицова с шумопоглъщащ материал. Обикновено върху него се поставя плат или облицовка от перфорирана ламарина, за да се предпази от механични въздействия. Срещат се и конструкции с монтиран цилиндър в централната зона. Той се изпълнява от материал с висок коефициент на поглъщане, което допълнително повишава шумопоглъщащите свойства на шумозаглушителя.

Предпоставки за ефективност на системите
В процеса на проектиране на въздухопроводните мрежи, за да се осигури ефективната им и безаварийна работа, е необходимо да бъдат спазени няколко условия. Препоръчително е трасетата на въздухопроводите, по възможност, да бъдат къси и с минимален брой фасонни части. Нежелателно е въздухопроводите да пресичат тръби или строителни елементи. Ако пресичането не може да се избегне, елементите се облицоват с цел получаване на обтекаема форма и ненарушаване плътността на въздухопровода. Когато се избира форма на напречното сечение, независимо че кръглата е за предпочитане, следва да се вземат предвид и фактори, като разполагаемо място, възможност за вграждане в строителната конструкция, ниво на замърсеност на въздуха и др. Фасонните части се конструират с оглед създаването на минимални съпротивления. При промяна на сечението на правоъгълни последователно свързани участъци, се препоръчва да се запази един от размерите.
Също така, се приема за целесъобразно машинните помещения да не бъдат много отдалечени от местата за вземане на пресен въздух и за изхвърляне на обработения.
Нагнетателните решетки се монтират върху въздухопроводни отклонения. Не е препоръчително на главни въздухопроводи да се поставят нагнетателни решетки, тъй като разполагаемото налягане в тях е по-високо. Това предизвиква шум при работа на решетката, вследствие на необходимостта от дроселиране. При монтиране на решетките върху отклоненията, следва да се има предвид, че разстоянието след елемент, предизвикващ деформация на скоростното поле, трябва да бъде не по-малко от 5 еквивалентни диаметъра. За таванни въздухоразпределителни устройства необходимото разстояние между свръзките на крайните отклонения е най-малко равно на два еквивалентни диаметъра. Също така, в близост до нагнетателните решетки е препоръчително да се избягва поставянето на дроселиращи устройства, като шибъри и клапи, тъй като те силно деформират течението.

Въздухопроводи за пневмотранспорт
В случаите, при които въздухопроводите са предназначени за пневмотранспорт и за транспортиране на замърсен с твърди частици въздух, се препоръчва използването на въздухопроводи с кръгло напречно сечение. Изискванията към използваните материали са да имат висока износоустойчивост, както и да нямат ъгли и издатъци, които могат да стана причина за натрупване на транспортиран материал. В подобни случаи, въздуховодите работят при значително свръх- или подналягане, поради което към плътността им се поставят специфични изисквания. Не бива да се допуска загубите да надвишават 2% от теоретичния дебит на всеки 10 m от дължината на въздухопровода. За свързване на отделните елементи и фасонни части се използват фланци, а отклоненията се присъединяват с тройници. Препоръчителният ъгъл между отклонението и основния въздухопровод е a=8-10о. Радиусът на закръгление следва да е по-голям от r = 2d, където d е диаметърът на въздухопровода. Ако въздухопроводите се монтират в неотопляеми помещения или на открито, се изолират, за да се предотврати кондензация по вътрешните им повърхности. Скоростта в инсталации за пневмотранспорт или от смукателни вентилационни инсталации, които работят със замърсен с твърди частици въздух, следва да гарантира преместване на материалите във въздухопровода. В противен случай възникват условия за натрупването им по стените му. Минималната скорост на въздуха, осигуряваща преместването, е позната като скорост на транспортиране.
Материалите за въздухопроводи от смукателните инсталации на различните съоръжения, отделящи токсични или агресивни газове, се избират в зависимост от химичния състав на веществата.

Специфики на ниско- и високоскоростни инсталации
Известно е, че в обществени, жилищни и промишлени сгради се изграждат предимно нискотемпературни инсталации. В тях скоростта на въздуха в отделните участъци се избира според предназначението им.
От своя страна, високоскоростни са вентилационните и климатичните инсталации, предназначени за обслужване на голям брой помещения. Те се проектират за високи скорости на транспортирания въздух, което спестява част от обема на въздухопроводите, но води до повишаване на загубите на налягане и на необходимия напор на вентилатора.
Максималната допустима скорост на въздуха в главните въздухопроводи се определя в зависимост от обемния дебит на инсталацията, но е добре да бъде в границите 15-30 m/s. Допустимата скорост в отклоненията е v=10 m/s, а в присъединителните участъци към въздухоразпределителните устройства v<10 m/s. Както бе подчертано, по-високите скорости водят до повишаване на загубите, което изисква по-високо работно налягане на вентилатора. Във високоскоростните инсталации се препоръчва използването на стоманени или алуминиеви въздухопроводи с кръгло сечение. В определени случаи се допуска и приложение на въздухопроводи с правоъгълно напречно сечение. Разбира се, желателно е те да се използват само в краен случай.
Поставят се и високи изисквания по отношение на плътността на въздухопровода, които се изпълняват с подходящи средства за уплътнение - експандиращи изкуствени материали, силиконови пасти, ленти и муфи. Препоръчителният ъгъл на отклоненията е в рамките на 30-45о , но се допускат и отклонения до 90о. Добре е, също така, да се има предвид, че температурата на въздуха в мрежата нараства. При големи инсталации, температурната разлика Dt от въздухообработващата централа до крайния изход достига до 2 оС през летните месеци. По отношение на въздуховодите се предвижда и топлинна изолация, а шумозаглушаването се реализира стъпално – непосредствено след централата и в устройствата за подаване на въздуха.

Методи за оразмеряване на въздухопроводи
Към оразмеряване на въздухопроводната мрежа се пристъпва, след като се определи структурата на всяка инсталация и се изберат местата на машините, съоръженията и устройствата за вземане, изсмукване, подаване и изхвърляне на въздуха. Оразмеряването е хидравлично, топлинно и акустично. Целта на хидравличното оразмеряване е да се определят размерите на напречните сечения на правите и фасонните въздухопроводи, както и общите загуби на налягане за реализиране на необходимото потокоразпределение. За целта се използват предимно четири метода – еднакви загуби от триене, намаляване на скоростта, възстановяване на статичното налягане и постоянна скорост в зависимост от вида на инсталацията. Например за оразмеряване на нискоскоростни системи за кондициониране, като най-подходящ се приема методът на еднаквите загуби от триене. За високоскоростни инсталации се препоръчва използване на метода на възстановеното статично налягане. А за системите, транспортиращи твърди примеси - методът на постоянната скорост.
При топлинното оразмеряване се определят топлинните изолации и промяната на температурата при транспортиране. Целта на акустичното оразмеряване е да се направи оценка на разпространението на шума от вентилаторите и въздухоразпределителните устройства.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top