Как оценить расход сжатого воздуха?
Артикул: articles10
Технические характеристики
Как определить расход сжатого воздуха? Как узнать расход сжатого воздуха?
Очень часто при расширении производства и планировании покупки компрессорного оборудования возникает вопрос, какая мощность компрессора необходима? Сколько воздуха нужно для подключения оборудования?
Предлагаю рассмотреть один из вариантов расчёта, который позволяет с максимальной точностью посчитать расход сжатого воздуха.
Сразу отмечу, что данный Вариант подходит не всегда, а только в том случае, когда у Вас есть уже какой-нибудь компрессор с ресивером и Вы планируете увеличить размеры производства и соответственно потребление сжатого воздуха.
Расчёт достаточно прост, для этого нужно:
Где:
Q – потребление сжатого воздуха системой, л/мин;
Pн – давление начала измерения, бар;
Pк – давление окончания измерения, бар;
Vр – объем ресивера, л;
t – Время, за которое давление опускается с Pн до Pк
В итоге мы получили точное потребление сжатого воздуха нашей системой. Конечно, замеры для такого расчёта, необходимо проводить во время максимальной загрузки производства. Это позволит избежать ошибок и недооценки потребления.
Если, по каким-либо причинам Вы не можете отключить компрессор, Вы тоже можете воспользоваться этой формулой. Для этого необходимо вычесть из полученного результата производительность компрессора. Не забудьте про размерности чисел, из л/мин вычитайте л/мин.
Когда Вы планируете, расширение производства, к полученному результату прибавляем потребление нового оборудования (как его посчитать читайте в статье) и получаем суммарный расход будущего производства.
После получения результата, можно высчитать необходимую производительность будущего компрессора. Для этого достаточно к рассчитанному потреблению прибавить запас. Обычно 10-15%.
Зачем делать запас?
Запас необходим, чтобы компенсировать неточности, допускаемые при замере производительности и для того, система регулирования компрессора обеспечивала оптимальное количество включений и выключений компрессора.
О системах регулирования компрессором мы расскажем в следующих статьях.
Следуя указанному методу, мы получим значение расхода воздуха, которое позволит оптимально подобрать компрессор в полном соответствии с требованиями производства.
Следует также отметить, что измеряя потребление, таким образом, мы получаем потребление системы вместе с потерями и часть из них мы можем оценить.
Почему часть? Дело в том, что потери можно разделить на две группы: постоянные, возникающие в результате утечек в соединениях трубопроводов и переменные, которые возникают по мере износа оборудования.
С помощью описанных выше измерений можно легко посчитать постоянные потери. Для этого накачиваем давление в ресивер и прекращаем работу всего оборудования. Как и в предыдущем случае засекаем время падения давления, в ресивере и, воспользовавшись формулой, получаем результат.
Чтобы получить полную картину не перекрывайте краны на входе в оборудование, это позволит оценить потери не только в трубопроводах, но и в пневмошлангах и соединениях на самом оборудовании.
Зачем нам оценивать потери?
Напомню, что компрессор – крайне не эффективная система и его КПД не превышает 10%. Это значит, что всего 10% энергии мы можем использовать в виде энергии сжатого воздуха. Всё остальное уходит на нагрев в результате работы по сжатию воздуха. Даже если в пневмомагистрали нет утечек и все соединители и быстросъёмные муфты исправны и меняются по мере необходимости, утечки всё равно возникнут и связаны они не с трубопроводами, а с пневмоинструментом. В процессе эксплуатации инструмента происходит его естественный износ, увеличение зазоров и старение прокладок и т.д., что влечёт за собой увеличение расхода воздуха при работе.
Произведя несложные расчеты, получим, что энергия сжатого воздуха примерно в 10 раз дороже электроэнергии. Т.е. энергия сжатого воздуха очень дорогая и, соответственно, потери в системе сжатого воздуха обходятся очень дорого.
Получив числовые данные о потерях, Вы сами можете оценить, стоит с ними бороться или потери не существенны и их стоимость не велика.
Пример из практики:
На одном из предприятий по выпуску ЖБИ мы проводили замену компрессоров для цеха по сварке сетчатых карт. В цехе стояло 6 аппаратов контактной сварки сетки с пневматическим прижимом электродов. Воспользовавшись приведённым в данном разделе расчётом, мы оценили расход цеха в процессе работы (для повышения точности проводили несколько замеров за смену). Расход оказался равным 11500 л/мин.
Затем мы произвели замеры по окончание смены, для того чтобы оценить потери в цеху. Потери оказались около 1200 л/мин, на уровне 11%. Многовато. Обследовав магистраль сжатого воздуха, оказалось, что эти потери легко устранимы. Травили воздух большинство соединений в системе. Подмотка, подтяжка и замена некоторых соединений дали отличные результаты. После проведённых работ потери составили 30 л/мин. Один день работ по устранению утечек и отличный результат. Сокращение расходов на электроэнергию компрессорной более чем на 10%.
Далее, устранив постоянные потери, мы сравнили полученный расход всего цеха с паспортным расходом стоящего в нём оборудования. В данном случае это было не сложно. В цехе было не много потребителей. Это сравнение дало впечатляющие цифры. Потери сжатого воздуха в пневмоцилиндрах составили 2300 л/мин, 23 % от общего потребления сжатого воздуха.
Для устранения этих потерь потребовался ремонт оборудования. Он был произведён собственными силами предприятия.
На этом примере чётко видно, сколько энергии предприятие тратило в пустую. Потери только в одном цеху составили 3500 л/мин. Это примерно 22 кВт. Т.е. предприятие теряло постоянно 22 кВт/час электроэнергии только в одном цеху.
В завершение нужно отметить, что данный метод достаточно точен, и позволяет обойтись без расходомера и вместе с тем, его применение не всегда возможно. Его сложно применять на больших предприятиях с разветвлённой пневмосистемой и неравномерным потреблением сжатого воздуха, хотя для отдельных цехов он вполне применим. Главное, чтобы у Вас был достаточного объёма ресивер.
Источник
Расчет скорости воздуха в воздуховодах
Параметры показателей микроклимата определяются положениями ГОСТ 12.1.2.1002-00, 30494-96, СанПин 2.2.4.548, 2.1.2.1002-00. На основании существующих государственных нормативных актов разработан Свод правил СП 60.13330.2012. Скорость воздуха в воздуховоде должна обеспечивать выполнение существующих норм.
Что учитывается при определении скорости движения воздуха
Для правильного выполнения расчетов проектировщики должны выполнять несколько регламентируемых условий, каждое из них имеет одинаково важное значение. Какие параметры зависят от скорости движения воздушного потока?
Уровень шума в помещении
В зависимости от конкретного использования помещений санитарные нормы устанавливают следующие показатели максимального звукового давления.
Таблица 1. Максимальные значения уровня шума.
Превышение параметров допускается только в кратковременном режиме во время пуска/остановки вентиляционной системы или дополнительного оборудования.
Уровень вибрации в помещении Во время работы вентиляторов продуцируется вибрация. Показатели вибрации зависят от материала изготовления воздуховодов, способов и качества виброгасящих прокладок и скорости движения воздушного потока по воздуховодам. Общие показатели вибрации не могут превышать установленные государственными организациями предельные значения.
Таблица 2. Максимальные показатели допустимой вибрации.
При расчетах подбирается оптимальная скорость воздуха, не усиливающая вибрационные процессы и связанные с ними звуковые колебания. Система вентиляции должна поддерживать в помещениях определенный микроклимат.
Значения по скорости движения потока, влажности и температуре содержатся в таблице.
Таблица 3. Параметры микроклимата.
Еще один показатель, принимаемый во внимание во время расчета скорости потока – кратность обмена воздуха в системах вентиляции. С учетом их использования санитарные нормы устанавливают следующие требования по воздухообмену.
Таблица 4. Кратность воздухообмена в различных помещениях.
| Бытовые | |
| Бытовые помещения | Кратность воздухообмена |
| Жилая комната (в квартире или в общежитии) | 3м 3 /ч на 1м 2 жилых помещений |
| Кухня квартиры или общежития | 6-8 |
| Ванная комната | 7-9 |
| Душевая | 7-9 |
| Туалет | 8-10 |
| Прачечная (бытовая) | 7 |
| Гардеробная комната | 1,5 |
| Кладовая | 1 |
| Гараж | 4-8 |
| Погреб | 4-6 |
| Промышленные | |
| Промышленные помещения и помещения большого объема | Кратность воздухообмена |
| Театр, кинозал, конференц-зал | 20-40 м 3 на человека |
| Офисное помещение | 5-7 |
| Банк | 2-4 |
| Ресторан | 8-10 |
| Бар, Кафе, пивной зал, бильярдная | 9-11 |
| Кухонное помещение в кафе, ресторане | 10-15 |
| Универсальный магазин | 1,5-3 |
| Аптека (торговый зал) | 3 |
| Гараж и авторемонтная мастерская | 6-8 |
| Туалет (общественный) | 10-12 (или 100 м 3 на один унитаз) |
| Танцевальный зал, дискотека | 8-10 |
| Комната для курения | 10 |
| Серверная | 5-10 |
| Спортивный зал | не менее 80 м 3 на 1 занимающегося и не менее 20 м 3 на 1 зрителя |
| Парикмахерская (до 5 рабочих мест) | 2 |
| Парикмахерская (более 5 рабочих мест) | 3 |
| Склад | 1-2 |
| Прачечная | 10-13 |
| Бассейн | 10-20 |
| Промышленный красильный цел | 25-40 |
| Механическая мастерская | 3-5 |
| Школьный класс | 3-8 |
Алгоритм расчетов Скорость воздуха в воздуховоде определяется с учетом всех вышеперечисленных условий, технические данные указываются заказчиком в задании на проектирование и монтаж вентиляционных систем. Главный критерий при расчетах скорости потока – кратность обмена. Все дальнейшие согласования делаются за счет изменения формы и сечения воздуховодов. Расход в зависимости от скорости и диаметра воздуховода можно взять из таблицы.
Таблица 5. Расход воздуха в зависимости от скорости потока и диаметра воздуховода.
Самостоятельный расчет
К примеру, в помещении объемом 20 м 3 согласно требованиям санитарных норм для эффективной вентиляции нужно обеспечить трехкратную смену воздуха. Это значит, что за один час сквозь воздуховод должно пройти не менее L = 20 м 3 ×3= 60 м 3 . Формула расчета скорости потока V= L / 3600× S, где:
V – скорость потока воздуха в м/с;
L – расход воздуха в м 3 /ч;
S – площадь сечения воздуховодов в м 2 .
Возьмем круглый воздуховод Ø 400 мм, площадь сечения равняется:
В нашем примере S = (3.14×0,4 2 м)/4=0,1256 м 2 . Соответственно, для обеспечения нужной кратности обмена воздуха (60 м 3 /ч) в круглом воздуховоде Ø 400 мм (S = 0,1256 м 3 ) скорость воздушного потока равняется: V= 60/(3600×0,1256) ≈ 0,13 м/с.
С помощью этой же формулы при заранее известной скорости можно рассчитать объем воздуха, перемещающийся по воздуховодам в единицу времени.
L = 3600×S (м 3 )×V(м/с). Объем (расход) получается в квадратных метрах.
Как уже описывалось ранее, от скорости воздуха зависят и показатели шумности вентиляционных систем. Для минимизации негативного влияния этого явления инженеры сделали расчеты максимально допустимых скоростей воздуха для различных помещений.
Таблица 6. Рекомендованные параметры скоростей воздуха
| Рекомендуемые значения скорости | |||
| Квартиры | Офисы | Производственные помещения | |
| Приточные решетки | 2,0-2,5 | 2,0-2,5 | 2,5-6,0 |
| Магистральные воздуховоды | 3,5-5,0 | 3,5-6,0 | 6,0-11,0 |
| Ответвления | 3,0-5,0 | 3,0-6,5 | 4,0-9,0 |
| Воздушные фильтры | 1,2-1,5 | 1,5-1,8 | 1,5-1,8 |
| Теплообменники | 2,2-2,5 | 2,5-3,0 | 2,5-3,0 |
По такому же алгоритму определяется скорость воздуха в воздуховоде при расчете подачи тепла, устанавливаются поля допусков для минимизации потерь на содержание зданий в зимний период времени, подбираются вентиляторы по мощности. Данные по воздушному потоку требуются и для уменьшения потерь давления, а это позволяет повышать коэффициент полезного действия вентиляционных систем и сокращает потребление электрической энергии.
Расчет выполняется по каждому отдельному участку, с учетом полученных данных подбираются параметры главных магистралей по диаметру и геометрии. Они должны успевать пропускать откачанный воздух из всех отдельных помещений. Диаметр воздуховодов выбирается таким образом, чтобы минимизировать шумность и потери на сопротивление. Для расчетов кинематической схемы важны все три показатели вентиляционной системы: максимальный объем нагнетаемого/удаляемого воздуха, скорость передвижения воздушных масс и диаметр воздуховодов. Работы по расчету вентиляционных систем относятся к категории сложных с инженерной точки зрения, выполнять их могут только профессиональные специалисты со специальным образованием.
Для обеспечения постоянных значений скорости воздуха в каналах с различным сечением используются формулы:
После расчета за окончательные данные принимаются ближайшие значения стандартных трубопроводов. За счет этого уменьшается время монтажа оборудования и упрощается процесс его периодического обслуживания и ремонта. Еще один плюс – уменьшение сметной стоимости вентиляционной системы.
Для воздушного обогрева жилых и производственных помещений скорости регулируются с учетом температуры теплоносителя на входе и выходе, для равномерного рассеивания потока теплого воздуха продумывается схема монтажа и размеры вентиляционных решеток. Современные системы воздушного обогрева предусматривают возможность автоматической регулировки скорости и направления потоков. Температура воздуха не может превышать +50°С на выходе, расстояние до рабочего места не менее 1,5 м. Скорость подачи воздушных масс нормируется действующими государственными стандартами и отраслевыми актами.
Во время расчетов по требованию заказчиков может учитываться возможность монтажа дополнительных ответвлений, с этой целью предусматривается запас производительности оборудования и пропускной способности каналов. Скорости потока рассчитываются таким образом, чтобы после увеличения мощности вентиляционных систем они не создавали дополнительную звуковую нагрузку на присутствующих в помещении людей.
Выбор диаметров выполняется от минимально приемлемого, чем меньше габариты – тем универсальное система вентиляции, тем дешевле обходится ее изготовление и монтаж. Системы местных отсосов рассчитываются отдельно, могут работать как в автономном режиме, так и подключаться к существующим вентиляционным системам.
Государственные нормативные документы устанавливают рекомендованные скорости движения в зависимости от расположения и назначения воздуховодов. При расчетах нужно придерживаться этих параметров.
Таблица 7. Рекомендованные скорости воздуха в различных каналах
| Тип и место установки воздуховода и решетки | Вентиляция | |
| Естественная | Механическая | |
| Воздухоприемные жалюзи | 0,5-1,0 | 2,0-4,0 |
| Каналы приточных шахт | 1,0-2,0 | 2,0-6,0 |
| Горизонтальные сборные каналы | 0,5-1,0 | 2,0-5,0 |
| Вертикальные каналы | 0,5-1,0 | 2,0-5,0 |
| Приточные решетки у пола | 0,2-0,5 | 0,2-0,5 |
| Приточные решетки у потолка | 0,5-1,0 | 1,0-3,0 |
| Вытяжные решетки | 0,5-1,0 | 1,5-3,0 |
| Вытяжные шахты | 1,0-1,5 | 3,0-6,0 |
Внутри помещений воздух не может двигаться со скоростью более 0,3 м/с, допускается кратковременное превышение параметра не более чем 30%. Если в помещении имеется две системы, то скорость воздуха в каждой из них должна обеспечивать не менее 50% расчетного объема подачи или удаления воздуха.
Пожарные организации выдвигают свои требования по скорости перемещения воздушных масс в воздуховодах в зависимости от категории помещения и особенностей технологического процесса. Нормативы направлены на уменьшение скорости распространения дыма или огня по воздуховодам. В случае необходимости на вентиляционных системах должны устанавливаться клапаны и отсекатели. Срабатывание устройств происходит после сигнала датчика или выполняется вручную ответственным лицом. В одну систему вентиляции можно подключать только определенные группы помещений.
В холодный период времени в отапливаемых зданиях температура воздуха в результате функционирования вентиляционной системы не может понижаться ниже нормируемых. Нормируемая температура обеспечивается до начала рабочей смены. В теплый период времени эти требования не актуальны. Движение воздушных масс не должно ухудшать предусмотренные СанПин 2.1.2.2645 нормативы. Для достижения нужных результатов во время проектирования систем изменяется диаметр воздуховодов, мощность и количество вентиляторов и скорости потока.
Принимаемые расчетные данные по параметрам движения в воздуховодах должны обеспечивать:
- Выполнение параметров микроклимата в помещениях, поддержку качества воздуха в регламентируемых пределах. При этом принимаются меры по снижению непродуктивных тепловых потерь. Данные берутся как из существующих нормативных документов, так и из технического задания заказчиков.
- Скорость движения воздушных масс в рабочих зонах не должна вызывать сквозняки, обеспечивать приемлемую комфортность пребывания в помещении. Механическая вентиляция предусматривается только в тех случаях, когда добиться желаемых результатов за счет естественной невозможно. Кроме этого, механическая вентиляция обязательно монтируется в цехах с вредными условиями труда.
Во время расчетов показателей движения воздуха в системах с естественной вентиляцией берется среднегодовое значение разности плотности внутреннего и наружного воздуха. Минимальные фактические данные по производительности должны обеспечивать допустимые нормативные значения кратности обмена воздуха.
Источник