Расчет механической вентиляции

Задание

В сварочном отделении ремонтной мастерской на каждом из имеющихся четырех сварочных постов расходуется 0,6 кг/ч электродов марки ОМА-2. При сжигании 1 кг электродов удельные выделения марганца q = 830 мг/кг. Рассчитать вытяжную сеть общеобменной приточно-вытяжной вентиляции (рис. 4.1), обеспечивающую требуемое состояние воздушной среды при условии одновременной работы всех сварщиков. Температуру воздуха в помещении принять 22 °С.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета механической вентиляции

 

№ варианта	Марка электрода	Температура воздуха в помещении, ˚С	Расход электрода, кг/ч
	ОМА-2	22	0,6

Решение. Часовой объем воздуха, удаляемого вытяжной вентиляцией одного сварочного поста,

,

где – масса израсходованных электродов, кг/ч;

 - удельные выделения вредных веществ на

Рис. 4.1. Схема к расчету вытяжной сети системы вентиляции: I … V – номера расчетных участков; 1…4 – местные сопротивления: 1 – жалюзи на входе; 2 – колено с углом поворота α = 90○; 3 – внезапное расширение отверстия при ; 4 - диффузор вентилятора.

1 кг расходуемого сварочного

материала, мг/кг; = 0,2 мг/м³ –

предельно допустимая концентрация марганца

 при содержании его в сварочных аэрозолях до

20%.

м³/ч.

Общее количество воздуха, удаляемого

вытяжной вентиляцией,

м³/ч.

Диаметры воздуховодов на первом и

втором участках сети при скорости движения

воздуха v = 10 м/с:

 

 

м.

Принимаем из стандартизованного ряда, мм  (180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630) м, после чего уточняем скорости движения воздуха в воздуховодах на первом и втором участках сети:

м/с.

Сопротивление движению воздуха на первом и втором участках сети вытяжной вентиляции:

Па.

Здесь кг/м³ – плотность воздуха при заданной температуре в помещении;  для воздуховодов из металлических труб; коэффициенты местных потерь напора приняты: для жалюзи на входе;  для колена круглого сечения при ;  для внезапного расширения отверстия при отношении площади воздуховодов на последующем участке сети к площади воздуховода на предыдущем участке сети, равном 0,7.

Диаметры воздуховодов на третьем и четвертом участках сети:

м.

Скорости движения воздуха в воздуховодах на третьем и четвертом участках сети:

м/с,

где м³/ч – количество воздуха, проходящего за 1 ч через воздуховоды третьего и четвертого участка вентиляционной сети.

Сопротивления движению воздуха на третьем и четвертом участках гидравлической сети вытяжной вентиляции:

Па;

Па.

Диаметр воздуховода на пятом участке вентиляционной сети

м.

Из стандартизованного ряда значений принимаем м.

Скорость движения воздуха в трубопроводе пятого участка

м/с,

где м³/час – количество воздуха, проходящего за час через воздуховоды пятого участка вентиляционной сети.

Сопротивление движению воздуха на пятом участке вытяжной вентиляции

Па,

где  – коэффициент местных потерь напора диффузора вентилятора.

Общее сопротивление воздуховодов сети, Па,

 Па.

Далее рассчитаем производительность вентилятора с учетом подсосов воздуха в вентиляционной сети:

 м³/ч.

По известным  и , используя рис. 4.2, выберем центробежный вентилятор серии Ц4-70 № 6 обычного исполнения с КПД = 0,59 и параметром А = 4800.

Так как частота вращения электродвигателей, указанных в таблице 4.2, не совпадает с расчетной частотой вращения вентилятора, то привод его осуществим через клиноременную передачу с КПД = 0,59.

Проверим выполнение условия снижения шумности вентиляционной установки:

т. е. при выбранном вентиляторе и принятых его характеристиках данное условие выполняется.

Определим мощность электродвигателя системы вентиляции:

кВт.

Установленная мощность электродвигателя для вытяжной системы вентиляции

кВт,

где (табл. 4.3)

Примем для выбранного вентилятора электродвигатель марки 4А112М4УЗ нормального исполнения с частотой вращения 1445 мин^-1 мощностью 5,5 кВт.

Расчет молниезащиты

 

Произвести расчет молниезащиты объекта, который согласно ПУЭ относится к зоне класса В-I. Размеры объекта: длина a = 20 м, ширина b = 10 м, высота h_зд=14 м. Заземляющее устройство выполнить по типу «гребенка». Вертикальный заземлитель изготовить из угловой стали, горизонтальный – из стальной полосы. Многолетняя низшая температура (январь) – 18˚С. Земля имеет двухслойную структуру с параметрами ρ₁ = 200 Ом·м, ρ₂ = 40 Ом·м, h = 1,5 м.

Решение

1. Допустимое сопротивление заземляющего устройства R_зд = 15 Ом [35, с. 53].

2. По таблице 4.7, учитывая среднюю многолетнюю низшую температуру (январь) от-20 до -15° С, можно определить, что объект находится в I климатической зоне.

3. По табл. 4.6 определим значение повышающего коэффициента для первой климатической зоны К_п = 2.

4. Расчетные значения удельных сопротивлений первого и второго слоев земли:

5. Определим сопротивление одиночного вертикального заземлителя, выполненного из угловой стали. Длина вертикального забиваемого электрода из угловой стали принимается равным 2,5–3 м. Верхний конец вертикального заземлителя должен быть заглублен на 0,6–0,7 м от поверхности земли.

Принимаем l_в= 3 м, t = 0,7 м [34, с. 39], уголок 40×40×4 мм [34, с. 32].

6. Поскольку заземлитель расположен в грунте с ρ_1р ρ_2р определим эквивалентное значение

7. Сопротивление заземлителя составит

где d =0,95b =0,95·0,04=0,038 м.

Вертикальные электроды у заземлителей типа «гребенка» расположены по прямой линии, находятся в земле и объединены горизонтальным электродом.

8. Выбираем типовую конструкцию заземлителей – комбинированный двухстержневой: уголок 40×40×4 мм, полоса 4×40 мм, l_г=5 м, l_в=3 м.

9. Сопротивление горизонтального заземлителя R_г, выполненного из круглой стали, определяется по формуле

 

lг

ρ1

ρ2

 

 

Рис. 4.2. Расчетная схема

 

 

Так как в качестве горизонтального заземлителя используется стальная полоса прямоугольного сечения, то диаметр d определяется из выражения d =0,5b, где b – большая сторона прямоугольника.

Здесь ρ_э.г находим из табл. [35, табл.8], значение ρ_э.г/ρ₂ составляет 4,15, тогда

10. Определим сопротивление заземления типа «гребенка»

где n_в=2 – количество вертикальных электродов;

Параметры В₂ и β₂ находим по таблице [35, табл.8], исходя из соотношения ρ_1р/ρ_2р=400/80=5; В₂=0,962, β₂=0,216. Коэффициент использования будет равен

 

R_з< R_зд – условие соблюдается

11. Категория устройства молниезащиты – I [34, табл.1]. Тип зоны защиты – А.

12. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к I категории, должна выполняться отдельно стоящими стержневыми молниеотводами [34, с. 11].

 

 

Рис. 4.3. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод

 

Защищаемый объект должен полностью располагаться в зоне защиты молниеотвода. Он должен располагаться на определенном расстоянии от молниеотвода. Если это расстояние меньше допустимого, то при разрядах молнии могут происходить перекрытия (разряды) с элементов молниеотвода (несущей конструкции, токоотвода) на защищаемый объект.

13. В том случае, когда объект и молниеотвод разделены воздушным промежутком длиной S_В, необходимо выполнить условие[31, с. 39]:

где

Зная допустимую величину сопротивления заземления R_д = 15 Ом [35, с. 53], можно найти величину соответствующего импульсного сопротивления R_и = 10 Ом [31, с. 42]

14. Чтобы исключить возможность перекрытия в земле с заземлителя на входящие в здание металлические коммуникации (электрический кабель и др.) нужно выдержать между ними расстояние, м, равное:

где I_M = 150 кА – амплитуда тока молнии;

Е₁= 300 кВ/м – допустимая средняя напряженность электрического поля в земле.

15. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h ≤150 представляет собой круговой конус (рис. ). Вершина конуса находится на высоте h₀< h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого h _х представляет собой круг радиусом r_х [34, c. 37].

 

 

Рис. 4.4. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м

 

 

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода имеет следующие габариты:

16. Рассчитаем параметры молниеотвода и зону защиты так, чтобы защищаемый объект полностью вписался в эту зону. Для проверки этого зону защиты с защищаемым объектом вычерчиваем в масштабе на масштабно-координатной бумаге на фронтальном виде и в плане (рис. 4.5).

Для расчета зоны защиты, приведенные формулы не позволяют сразу при заданных значениях высоты защищаемого объекта h_x получить искомую величину высоты молниеотвода h. Ее вычисляют методом подбора. Для этого вначале принимают произвольную разумную высоту молниеотвода h (с учетом возможности их экономичного изготовления, установки, ветровой и гололедной нагрузки и т.п.).

Радиус зоны защиты молниеотвода при установке его на расстоянии S_B = 4,5 м от здания

Методом подбора принимаем высоту молниеотвода h = 33,5 м.

Проверка правильности подбора

17. Выбираем конструкцию молниеотвода

Молниеотвод состоит из молниеприемника, токоотвода, опоры и заземлителя.

Мониеприемник выполним в виде вертикального металлического отрезка угловой стали [34, с.27] сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм [34, с.26], защищенной от коррозии окраской. Т.к. высота молниеотвода равна h = 33,5 м выбираем опору стержневого молниеотвода в виде решатчатой металлической конструкции [6, с.470]. Наверху к ней приварим молниеприемник.

18. Покажем на схеме (рис. 4.6) конструктивные особенности молниеотвода.

 

 

Масштаб: 5 мм = 1 м

5000

5

4

3

2

1

Рис. 4.6. Схема молниеотвода: 1 – Молниеприемный стежень; 2 – решетчатая металлическая конструкция; 3 – подложник; 4 – заземлитель; 5 – токоотвод.

Масштаб: 2 мм = 1 м

Рис. 4.5. Схема молниезащиты

rx

r0

rx

a=10

SB=4,5

 

Список использованной литературы

 

1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Книга 1/ Под ред.: К.Е. Кочетова, В.А. Котляровского, А.В.Забегаева. – М.: АСВ, 1995. – 320 с.

2. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Книга 2/ Под ред.: К.Е. Кочетова, В.А. Котляровского, А.В.Забегаева. – М.: АСВ, 1996. – 384 с.

3. Баринов А.В. Чрезвычайные ситуации природного характера и защита от них. Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Владос-Пресс, 2003. – 496 с.

4. Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда в 2 томах. 3-е изд. пер и доп. Учебник для академического бакалавриата / Беляков Г.И. (научная школа: Тверская ГСХА). Изд. «Юрайт», 2016 – т.1 – 404 с, т.2 – 352 с.

5. Безопасность жизнедеятельности в отраслях агропромышленного комплекса: Учебник / В. Г. Плющиков. – М.: КолосС, 2010.

6. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность в ЧС природного и техногенного характера: Учеб. пособие/В.А. Акимов, Ю.Л. Воробьев и др. – М.: Высш. шк., 2006 – 592 с.: ил.

7. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/ С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ. ред. С.В. Белова. 5-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2005. – 606 с.: ил.

8. Беляков Г.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве (охрана труда): Учебник для вузов. – СПб.: Издательство «Лань», 2006. – 512 с.

9. Владимиров В.А., Исаев В.С. Аварийно химически опасные вещества (АХОВ). Методика прогнозирования и оценки химической обстановки. Учебное пособие// Библиотечка журнала «Военные знания». – 2000.

10. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/ Л.А. Михайлов, В.П. Соломин, А.Л. Михайлов, А.В. Старостенко и др. – СПб.: Питер, 2005. 302 с.: ил.

11. Гражданская оборона на объектах с.-х. производства: Учебное пособие для высш. с.-х. учеб. заведений/ Н.И. Акимов, В.Г. Ильин.– М.: Колос, 1984. – 335 с.: ил.

12. Гражданская оборона: Учебник для вузов/ В.Г. Атаманюк, Л.Г. Ширшев, Н.И. Акимов. Под ред. Д.И. Михайлика. – М.: Высш. шк., 1986. – 207 с.

13. ГОСТ10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные

14. Гринин А.С., Новиков В.Н. Экологическая безопасность. Защита территории и населения при ЧС: Учебное пособие. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002.– 336 с.: ил.

15. Емельянов В.М., Коханов В.Н., Некрасов П.А. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие для высшей школы/ Под ред. В.В. Тарасова. – 2-е изд. – М.: Академический Проект: Трикста, 2004. – 480 с.

16. Защита сельского населения в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях»/ В.Н. Дедов, П.С. Дмитриев, Г.Ф. Турищев. – М.: МГАУ им В.П.Горячкина, 1998. – 140 с.

17. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87 Москва, 1987, Минэнерго СССР.

18. Курдюмов В.И., Зотов Б.И. Проектирование и расчет средств обеспечения безопасности. – М.: КолосС, 2005. – 216 с., [4] л. ил.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

19. Маньков В.Д. Безопасность общества и человека в современном мире: Учебное пособие. – СПб.: Политехника, 2005. – 551 с.: ил.

20. Методика оценки радиационной обстановки при разрушении энергетического реактора на атомной электростанции. МЧС РФ, ВНИИ ГОЧС. – М., 1995.

21. Методика прогнозирования масштабов заражения СДЯВ при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах. Штаб ГО СССР. – М., 1991.

22. Методические указания по выполнению курсовой работы (дисциплина Безопасность жизнедеятельности) для направления подготовки 35.03.06 – Агроинженерия / Ларкин С.В. – ЧГСХА, 2016.

23. Мугин О.Г. Безопасность жизнедеятельности. Чрезвычайные ситуации. Практические работы. – М.: Мир, 2003. – 80 с., ил.

24. Нормы радиационной безопасности НРБ-99. – М., 1999.

25. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). Минздрав РФ, 2000.

26. Организация ГО и защиты населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера: учебное пособие / Под общ. Ред. Г.Н. Кириллова. – М.: Институт риска и безопасности, 2009. – 536 с.

27. Павлов А.И., Тушонков В.Н., Титаренко В.В. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. – М.: МИЭМП, 2006. – 302 с.

28. Пожарная безопасность электроустановок: Учебное пособие / С.С. Тимофеева, В.В. Малов – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2015. – 87 с.

29. Постник М.И. Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях: Учебник. – Мн.: Высш. шк., 2003. – 398 с.

30. Сергеев В.С. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие для вузов/ В.С. Сергеев. – 5-е изд. перераб. доп. – М.: Академический Проект, 2007. – 464 с.

31. Харечко В.Н. Рекомендации по молниезащите индивидуальных жилых домов, коттеджей, дачных (садовых) домов и других частных сооружений. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2002. – 176 с.

32. Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок: Учебник. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. – 377 с.

33. Чрезвычайные ситуации: защита населения и территорий: Учебное пособие / В.И. Юртушкин. – М.: КНОРУС, 2008. – 368 с.

34. Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений. СН 305-77.

35. Сакулин В.П. Безопасность труда при эксплуатации сельских электроустановок. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 255 с.

36. Якобс А.И, Луковников А.В. Электробезопасность в сельском хозяйстве. – М.: Колос, 1981. – 239 с.