Технологические системы отрасли

 

Таблица 5. Расчет тепловыделения в рабочую зону.

Оборудование	Потребл. мощность, Вт	Количество,ед.	Потребл. мощность* Количество
Электроточило ТС-60126	450	1	450
Сверлильный станок	370	1	370
Универсальный токарный станок PROMA SPF-1000P 25100000	5500	1	5500
Итого	х		6320

 

Q_об=3,6·Р_потр=6320*3,6=22752Вт

Q_л=Q΄_л·n_л=200*4=800Вт.

Q_осв=3,6·AF=3,6*4,5*88,44=1432,73Вт

Q_э=3,6kP_эд(1-η)/η=3,6*0,2*950(1-0,95)/0,95=32,49Вт.

Qп=22752+800+1432,73+32,49=24217,22 Вт.

где: Q_п – полные тепловыделения в рабочую зону, кДж/ч (Вт); Q_об – теплоизбытки от технологического оборудования, кДж/ч;

 Р_потр – потребляемая мощность, Вт;

Q΄_л – теплоизбытки от одного человека, 150…350Вт; (540…1250 кДж/ч);

n_л – число людей, работающих в смене; 

Q_л – теплоизбытки от людей, кДж/ч;

 Q_осв – теплоизбытки от освещения, кДж/ч;

А – удельный теплоприток в секунду, Вт/(м²с) (для производственных помещений А_п=4,5, для складских – А_с=1Вт/(м²с));

Q_э – теплоизбытки от работающих электродвигателей, кДж/ч;

 Р_эд – установленная мощность, электродвигателя, Вт;

 k – коэффициент, учитывающий одновременность работы, загрузку и тип электродвигателя, k=0,2…0,3;

 η – к.п.д. электродвигателя;

W=W_об+W_л; =0,25*4=1 кг/ч

5.2. Определение расхода воздуха, необходимого для удаления теплоизбытков.

Исходные данные:

Температура воздуха в помещении  tп=24⁰С

Теплосодержание приточного воздуха, iп=46,7 кДж/кг

Полные тепловыделения в помещении  Qп=24217,22 Вт

Вертикальное растояние от пола до горизонтального отверстия всасывания вентилятора, Н=2,7м.

Объём помещения, V=265,32 м3

 

1. Определяем температуру воздуха  в помещении по выражению: 

t_р.з.=t_п+(6…100С)=24+6,7=30,7⁰С.

2. Определение удельных избытков  тепла: 

q= =24217,22 /265,32 =91,28 Вт/м3

3. Определяем температуру воздуха, удаляемого из помещения:

t_у=t_р.з.+Δ(Н-2),

 

где: Δ – градиент температуры, 0С/ м

при q<16,8 Вт/м3 – Δ=0…0,3

       q=16,8…33,6 – Δ=0,3..1,2

       q>33,6            - Δ=0,8…1,5

Принимаем Δ=0,9⁰С/м, т.к. q=459,78 >33,6 Вт/м3; тогда: tу=30,7+0,9(3-2)=31,6⁰С.

1. Определяем направление луча процесса изменения параметров приточного воздуха под воздействием тепло- и влагоизбытков:

а) вычисляем параметр: ε= =24217,22 /1=24217,22 кДж/кг

б) на i-d диаграмме находим точку «Е» (ε=4207,5) и точку «А»  (t0=00C и d=0, г/кг сухого воздуха). Соединим точку «А» с точкой «Е» примой линией на диаграмме i-d  и получим луч «АЕ».

5. Определение направления луча  процесса изменения параметров  удаляемого воздуха.

а)на i-d диаграмме находим точку «В», характеризующуюся параметрами приточного воздуха t_п  =24⁰С и i_п =46,7 кДж/кг.

б) проводим из точки «В» луч  параллельный линии «АЕ» до пересечения  с линией t_у=30,7⁰С и получаем точку «С» (т.е. линия ВС||АЕ).

6. Находим параметры приточного  воздуха точке «В», а именно d_п г/кг сух. воздуха и φ_п %, и в точке «С» - i_у кДж/кг, d_у г/кг сух. воздуха. и φ_у%. d_п=11,0 г/кг сух воздуха; φ_п=60%; d_у=12 г/кг сух. воздуха, i_у=622 кДж/кг, φ_у=40%/

7. Определяем плотность воздуха  ρ кг/м³ при t градС, по выражению:

 при температуре воздуха поступающего в помещение t_{п :}

ρ_п= = =1,2

при температуре наружного воздуха  t_н:

 ρ_н= = =1,42; 

ρ_у= = =1,46.

8. Вычисляем расход воздуха,  необходимый для нейтрализации  тепловыделений, м³/ч:

=24217,22 /[(62,2-52,5)1,2]=2080,5 м³/ч

и влаговыделений:

=1000·1/[(12-11)1,2]=833 м³/ч

В дальнейшем за расчётный принимается  более высокий воздухообмен.

9. Определение кратности вентиляционного  воздухообмена, 1/ч:

=2080,5/265,32≈8 1/ч

где: L_max – максимальный расход воздуха, необходимый для нейтрализации тепло- и влаговыделений, м³/ч (т.е. L_max→L_T или L_В).

10. Вычисляем теплоту, уносимую  с вентилируемым воздухом, по  выражению:

Q_В=с·ρ_у·V(t_П-t_H)K_ВВ=0,28*1,46*265,32(31,6-24)*8=6594,54

где: с – удельная теплоёмкость воздуха, с=0,28 .

11. Вычисляем потери теплоты  в Вт через ограждения (потолок,  стены, двери и окна) помещения:

Q_О=( t_П-t_H)ΣK_ТF=( t_П-t_H)(K_ТПF_п+K_ТСF_C+K_ТОF_О+К_ТДF_Д),

Q_О=( 31,6-24)72,03=547,43

 

где: F_П, F_C, F_О и F_Д – площади ограждений перекрытий, стен, окон и дверей, соответственно:

Таблица 6. Расчет потери теплоты.

	Площадь F	КТ	KТF
Стены	27,48	1,55	42,59
Окна	4,5	2,33	10,49
Двери	3,36	5,65	18,98
Итого			72,06

 

Значения коэффициента теплопередачи  К_т 10

Перекрытие с теплоизоляцией, Ктп	Стены, Ктс		Окна, Кто		Двери, Ктд		Теплообменник (радиатор), Ктт
	кирпич ные	шлако бетонн.	двой- ные	одинар ные	двой- ные	одинар ные
1,17	1,55	1,85	2,33	4,68	2,68	5,65	10,03

 

12. Расчётная теплоотдача калорифера, Вт:

Q_K= Q_В+Q_O=6594,54+547,43=7141,97_.

13. Вычисляем мощность калорифера по формуле, Вт:

=7141,97 Вт

где: η_к – к.п.д. калорифера (при установке непосредственно в вентилируемом помещении η_к=1, а при установке в другом помещении η_к=0,9).

14. Вычисляем суммарную поверхность  нагрева калорифера по  выражению, м²:

= =1780,15 м²,

где: Δt – разность между средней температурой теплоносителя теплообменника и температурой воздуха в помещении, т.е. Δt=t_у-t_ср, где: t_ср= .

5.3. Подбор вентилятора и электродвигателя.

 

Вентилятор подбирается в соответствии с подсчитанным общим расходом воздуха L=2080,5 м3/ч и общей потерей давления ΣРi, Па.

а) определение параметров вентилятора.

Наиболее современными и экономичными являются центробежные (радиальные) вентиляторы  типа Ц4-70. Характеристики вентиляторов Ц4-70 различных типоразмеров представлены в приложении 6.

Для обеспечения воздухообмена  сL=2500 м³/ч (0,7 м³/с) возможно применение следующих вентиляторов, где η_в – частота вращения, мин^-1; Р – напор, Па и ν – окружная скорость колеса, м/с.

1. №5 при η_в=400 мин^-1, Р=80 Па, ν=13 м/с;
2. №4  при η_в=1200 мин^-1, Р=230 Па, ν=22 м/с;
3. №4 при η_в=1950 мин^-1, Р=750 Па, ν=34 м/с;
4. №3 при η_в=2000 мин^-1, Р=760 Па, ν=35 м/с;

Анализируя характеристики по к.п.д., можно сделать вывод, что из всех возможных вариантов лучшие параметры по к.п.д., Р, ν и η_в имеет вентилятор Ц4-70 №4;

б) Определение мощности электродвигателя для привода вентилятора.

Р_эд=L·ΣР_i·К_з/(3600·1000·η_в·η_п·η_р), кВт

где: К_з – коэффициент запаса (для вентиляторов типа Ц4-70 – К_з=1,25);

 η_в – к.п.д. вентилятора (по характеристике η_в=0,8…0,9);

 η_п – к.п.д., учитывающий механические потери в подшипниках вентилятора, η_п=0,95;

 η_р – к.п.д., учитывающий механические потери в передаче от вентилятора и двигателя (для клиноременной передачи η_р=0,9, при непосредственном соединении η_р=1,0.

При ΣР_i=Р получим для выбранного вентилятора мощность электродвигателя: Р_эд= кВт.

Из приложения 7 выбираем электродвигатель типа А-32-4, Р=1,0 кВт, η_д=1410 об/ми. При этом применяется клиноременная передача с передаточным отношением i_по=η_в/η_д=1950/1410=1,38 или электродвигатель типа А-31-2, Р=1,0 кВт, η_д=2850 об/мин, при этом i_по=1950/2850=0,68.

 

6.Расчет надежности оборудования (системы)

Надежность функционирования систем сервиса рассчитывают по известным  показателям надежности их составных частей и подсистем. Для чего структуру систем сервиса представляют в виде так называемой «модели надежности», являющейся функционально- структурной схемой параллельного, последовательного и параллельно- последовательного соединения подсистем и элементов.

Вероятность безотказной работы для  системы с последовательным соединением  элементов вычисляется как произведение вероятностей отдельных элементов (подсистем), т.е. Р1-n= Р1xP2x…xPn, где Р1-n- вероятность безотказной работы подсистемы из “n” элементов, а Р1, Р2…Рn- вероятность безотказной работы одного “j” элемента.

Для данного производства водоснабжение  не играет существенной роли, в связи с чем, структурная схема надежности выглядит следующим образом:

 

 

Рис 5. Структурная схема модели надежности  с учетом электроснабжения технологического и технического оборудования системы сервиса

 

Где вероятность безотказной работы:

1. Наружных электрических сетей города Р_нэ = 0,95
2. Внутренних электрических сетей здания (помещения)  P_вэ=0,95
3. Надежность работы электросилового оборудования Р_с= 0,95
4. Надежность работы осветительного электрооборудования Р_о=0,95
5. Надежность работы вентиляции и кондиционирования, системы пожаротушения и пожарной сигнализации помещений и дрР_м=0,95
6. Надежность работы технологического оборудования Р_т. Поскольку в силу прохождения технологического процесса оборудование используется последовательно тоР_т = Р_точ*Р_свер*Р_ток

Где Р_точ – вероятность безотказной работы точила,

Р_свер - вероятность безотказной работы сверлильного станка,

Р_ток - вероятность безотказной работы токарного станка

Тогда Р_т = 0,98*0,93*0,95 = 0,87

 

Р_сс(t)= Р_нэ(t)хР_вэ(t)хР_сотм(t)= Р_нэ(t)хР_вэ(t)х[1-(1-P_c)x(1-P₀)]x[1-(1-P_т)х(1-Р_м)] =

Р_сс(t)=0,95*0,95*(1-(1-0,95)*(1-0,95))*(1-(1-0,87)*(1-0,95))=

=0,95*0,95*0,9975*0,9935=0,99025

 

При вероятности безотказной работы системы, превышающей 0,9, т.е. λ_сt≤0,1 с достаточной для практики точность при внезапных отказах элементов, когда приработка оборудования закончена, а старение ещё не наступило, наиболее применим экспоненциальный закон распределения вероятности безотказной работы, т.е.

где - интенсивность отказа системы, 1/ч.; - время работы, ч.

Откуда:

 и 

Частота отказов:

При средней вероятности безотказной  работы элементов подсистем Р_с.ср.=0,99025 имеем в течение t₀=10 часов работы: λ₀t₀=0,00975, т.е. λ₀= =0,98×10^-31/ч. Средняя наработка до первого отказа системы Т_ср.=2Т⁰_ср.,  где Т⁰_ср.- средняя наработка до первого отказа нерезервированной системы:

Т⁰_ср.=1/λ₀=1/0,98·10^-3=1020ч. Средняя наработка до первого отказа резервированной системы Т_ср.=2Т⁰_ср.=2040ч.

Тогда частота отказов вычисляется  по формуле:

,

а интенсивность отказов по выражению:

Построим график зависимости  и в функции времени , значения времени задаются с расчетным интервалом 1666час (1,666×103.).

 

 

Таблица 5. Зависимость частоты  и интенсивности отказов от времени.

t	ae	λe
0	0	0
1666	0,000325	0,0008
3332	8,8E-05	0,00096
4998	1,79E-05	0,001029
6664	3,23E-06	0,001067
8330	5,47E-07	0,001091
9996	8,89E-08	0,001108
11662	1,4E-08	0,00112
13328	2,17E-09	0,001129
14994	3,31E-10	0,001137
16660	4,98E-11	0,001143
18326	7,43E-12	0,001148