Аэродинамический расчет камеры.

Определение потерь напора в кольце циркуляции

Основным требованием, предъявляемым к лесосушильным установкам, является обеспечение равномерного просыхания древесины по всему объему сушильного пространства. Для выполнения этого требования необходимы равномерное распределение сушильного агента по высоте и длине сушильного штабеля, а также значительные скорости сушильного агента по материалу, способствующие достаточно равномерному просыханию древесины по ходу движения агента сушки.

Аэродинамическая схема лесосушильной камеры определяет взаимное расположение элементов внутреннего пространства: калориферов, вентиляторов, экранов рециркуляционных каналов, приточно-вытяжных каналов, а также размеры элементов циркуляционного контура. Поэтому от аэродинамической схемы зависят качество сушки и затраты на ее осуществление.

Исходными данными для аэродинамического расчета являются:

1) количество циркулирующего воздуха и его характеристика;

2) конструкция и сопротивление калорифера.

 Расчетная схема камеры с горизонтально-поперечной циркуляцией агента сушки:

1 – вентилятор; 2,4,16,17 – поворот под углом 135⁰; 3, 10 – калориферы; 5,15 –боковое  каналы; 6, 14 – повороты под углом 90 ⁰; 7,11 – вход в штабель (сужение потока); 8,12– штабель; 9,13 – выход из штабеля (расширение потока).

Определяется (согласно расчетной схеме) скорость циркуляции на отдельных участках ω_уч, м/с:

ω_уч = , (53)

где  - количество циркулирующего агента сушки, м³/ч (V_в=V_шт);

F_кан - площадь канала, м².

Для определения скорости циркуляции агента сушки по каждому участку вычислим поперечные сечения каналов, свободные для прохода агента сушки.

1) Вентиляторная перегородка:

= n

где Dв – диаметр вентилятора, м; принимается предварительно, либо по установленному в камерах;

n – число вентиляторов, работающих на рассчитываемый объем агента сушки. В нашем случае n = 2.

= 4 = 1,57 м²

ω_уч =  = 14,5 м/с

2); 4); 16); 17); Повороты под углом 135°

=

= 0,7 · 9,82 = 6,8м²

ω_уч =  = 3,3 м/с

3);10); Пластинчатые калориферы:

В тепловом расчете было определено к установке 3 пластинчатых калорифера КВБ - II:

= , (55)

= 3·1,239 = 3,7 м²

ω_уч =  = 6,1 м/с

5);15); боковые каналы

= L = =3,92 м²

ω_уч =  = 5,8 м/с

6); 14); Повороты под углом 90°

= ,

= 0,4 · 9,82 = 3,92 м²

ω_уч =  = 5,8 м/с

7);11); Внезапное сужение потока агента сушки (вход в штабель)

= =5,7м²

ω_уч =  = 4 м/с

8);12);Штабели

= =5,7м²

ω_уч =  = 4 м/с

9);13); Внезапное расширение потока агента сушки (выход из штабеле)

= =5,7м²

ω_уч =  = 4 м/с

Затем производится расчет потерь давления на каждом участке ∆h_учПа

∆h_уч = ξ , (59)

где  - плотность воздуха, кг/м³;

_уч - скорость воздуха на участках, м/с;

ξ - коэффициент сопротивления на участках.

∆h_уч=  · 0,25 = 1,08 Па.

∆h_уч=  · 0,56 = 12,5 Па.

∆h_уч=  · 0,028 = 0,37 Па.

∆h_уч=  ·1,1 = 14,8 Па.

∆h_уч=  · 0,18 =5,12 Па.

∆h_уч=  · 11,5 = 73,6 Па.

∆h_уч=  · 0,25 = 1,6 Па.

Сопротивление перегородок, в которых монтируются осевые вентиляторы ∆h_пер, Па, определяют по формуле:

∆h_уч = ξ_пер

где ω_вент - скорость воздуха перед кожухом вентилятором, м/с;

ξ_пер - коэффициент местного сопротивления (для вентиляторов на поперечных валах ξ_пер = 0,8).

∆h_уч = 0,8 = 67 Па.

Рабочее давление вентилятора Н_раб, Па, определяется как сумма величин сопротивлений движения воздуха:

Н_раб = h_i, (62)

Весь расчет сопротивлений сведен в таблицу.

Подсчет сопротивлений

Номер участка	Наименование участка	ρ, м3/кг	ωi, м/с	ξi	Сопротивление участков hi,Па
1	Вентиляторная перегородка	0,8	14,5	0,8	67
2	Повороты под углом 135º	0,8	3,3	0,25	1,08
3	калориферы	0,8	6,1	0,56	12,5
4	Боковые каналы	0,8	5,8	0,028	0,37
5	Повороты под углом 90°	0,8	5,8	1,1	14,8
6	Вход в штабель	0,8	4	0,18	5,12
7	Штабель	0,8	4	11,5	73,6
8	Выход из штабеля	0,8	4	0,25	1,6
					Нраб = 176,07

Подбор вентилятора

В лесосушильных камерах наибольшее распространение получили осевые вентиляторы. Это объясняется тем, что их можно устанавливать внутри циркуляционного канала и обеспечивать циркуляцию агента сушки.

Кроме того, производительность и КПД осевых вентиляторов аналогичных размеров выше, а габаритные размеры и масса меньше, чем центробежных.

Существенным преимуществом осевых вентиляторов также является реверсивность, т.е. изменение направления вращения рабочего колеса.

Основным элементом осевого вентилятора (рис. 3) является рабочее колесо, состоящее из втулки и лопастей, закрепленных на ней под углом к плоскости вращения. Рабочее колесо размещено внутри цилиндрического кожуха, называемого обечайкой. Колесо устанавливается на приводном вентиляторном валу или непосредственно на валу электродвигателя в зависимости от конструкции камеры.

Рис. 3Осевой вентилятор серии У – 12:

а – лопасть; б – рабочее колесо; в – поперечный разрез колеса и обечайки; г – развертка установки лопастей нереверсивного колеса; д - развертка установки лопастей реверсивного колеса

Размер осевого вентилятора соответствует его номеру, который обозначается числом дециметров диаметра рабочего колеса. Так, колесо диаметром 1000 мм, или 10 дм, будет № 10.

Определение номера вентилятора и частоты его вращения наиболее просто производить по графикам аэродинамической характеристики вентиляторов (рис. 3.3).

Задаваясь величиной полного давления (которое в первом приближении равно характеристическому напору Нхар) и величиной производительности вентилятора (количество циркулирующего агента сушки Vвент), выбирают номер вентилятора (считая ближайший справа). Если номер вентилятора не соответствует размеру циркуляционного канала камеры, можно принять вентилятор меньшего диаметра, но с большей частотой вращения.Исходя из данных по графику на рисунке 3.3 принимаем вентилятор под номером 12.

Мощность N_в, кВт, необходимую на привод вентилятора, определяют по формуле:

N_в=

где V_сек - производительность вентилятора, м³/с;

Н_расч - расчетное давление вентилятора, Па;

η_в - КПД вентилятора (можно принять в расчетах η_в=0,6);

η_n - КПД передачи;

К_з - коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

К_t - коэффициент, учитывающий влияние температуры среды t_с.

N_в=  = 7,9 кВт

Планировка лесосушильных цехов

Задачей планировки является взаимное размещение всех помещений сушильного цеха. Размеры и общая площадь сушильного цеха определяются выбранным типом, числом камер и количеством высушиваемого материала.

Варианты планировки лесосушильного цеха могут быть весьма разнообразными. Они зависят от особенностей генерального плана предприятия, а кроме того, от типа сушильных камер и способов формирования и перемещения штабелей.

При проектировании лесосушильных цехов площадки для формирования штабелей, помещения для хранения сырых сушильных штабелей, траверсные коридоры, остывочные помещения, склады сухих пиломатериалов должны размещаться в закрытых помещениях с отоплением, освещением и приточно-вытяжной вентиляцией.

Особое внимание при проектировании должно обращаться на механизацию формирования сушильных пакетов и штабелей, их транспортирование, загрузку-выгрузку, разборку, подачу на склад и выдачу со склада сухих пиломатериалов.

После определения необходимого количества сушильных камер необходимо выбрать вспомогательное оборудование: укладчики пиломатериалов, транспортно-загрузочные механизмы. Выбор типа требуемого оборудования производят исходя из количества лесосушильных камер и производительности сушильного цеха.

На планировочных чертежах толщину стен стационарной камеры можно брать в среднем 500 мм и изображать схематично без указания ее конструкции. Толщина стен сборно-металлических камер составляет в среднем 120 – 150 мм. На планировочных чертежах такие камеры можно показывать схематично без разреза в виде прямоугольника со сторонами, равными габаритной ширине и длине камеры.

Емкость складов пиломатериалов Е_скл, м³ , зависит от продолжительности хранения материала Z_хр, сут, и среднесуточной производительности сушильного цеха Q_сут, м³/сут:

Е_скл= Q_сутZ_хр

Продолжительность хранения на складе Z_хрсырового материала принимается до двух суток, а сухого - от четырех до семи суток.

Среднесуточная производительность сушильного цеха Q_сут, м³/сут, определяется по формуле:

Q_сут=

где Q_сут - годовой объем сушки пиломатериалов на предприятии, сут

с - коэффициент технического использования камер (с=0,92).

Q_сут=  = 23,8 м³/сут.

Е_скл= 23,8·4 = 95,2 м³

Зная емкость склада Е_скл и емкость штабеля Е_шт, м³, можно определить число штабелей, подлежащих хранению на складе сырого и сухого материала N_шт:

N_шт=

Емкость штабеля Е_шт, м³, определяется как

Е_шт=Г_штβ

где Г_шт - габаритный объем штабеля, м³;

β - объемный коэффициент заполнения штабеля (0,257).

Е_шт=30,4·0,36 = 10,9 м³

N_шт=  = 9 штабелей

Для определения необходимой площади складов нужно произвести планировку расположения штабелей на складе, учитывая транспортные и пожарные проходы и проезды и способ хранения сухого материала (на вагонетках или в плотных штабелях). Для ориентировочных расчетов можно принять средний коэффициент заполнения площади складов материалом β_пл.скл равным 0,35 - 0,45.

Тогда площадь F_скл, м², определяется по формуле

F_скл=blN_шт

F_скл=6,5·1,8·9  = 301 м²

Обычно максимальная площадь склада сухого материала не превышает площади, занимаемой сушильными камерами.

В зависимости от числа камер, их размеров, а также площадей складов сырых и сухих пиломатериалов разрешаются вопросы транспортировки штабелей и планировки сушильного цеха.