Регенератор засыпной

(46)

5. При естественной конвекции в зернистом слое в области Ar_ЭSc = 10⁵ - 5 ? 10⁷:

(47)

При Ar_ЭSc < 3 · 10⁵ Re_Э влиянием естественной конвекции можно пренебречь.

Коэффициенты теплообмена в упорядоченных укладках при наличии узкого сечения для прохода газа на 20 - 30 % выше, чем для неупорядоченного слоя. Коэффициенты теплообмена в дистанционирован-ных слоях шаров при е < 0,9 в области Re_Э = 100 - 1 · 10⁵ определяются по формуле:

 (48)

Локальные коэффициенты теплообмена в зернистом слое измеряли в работах [47 - 50]. Какие-либо зависимости предложены не были, качественно результаты этих работ совпадают.

Так как при расчетах мы получили значение Re_Э = 147,456, а значение Pr = 0,71, то в соответствии с вышеизложенными данными, для расчета эквивалентного значения критерия Нуссельта Nu_Э используем формулу (43).

3.6.3 Расчет коэффициента теплообмена по выбранной зависимости

В зависимости от рассчитанных параметров для расчета эквивалентного значения критерия Нуссельта Nu_Э используем формулу (43):

,

где Re_Э - эквивалентное значение критерия Рейнольдса;

Pr - критерий Прандтля.

Подставив в уравнение (43) все значения, получаем:

.

Далее записываем ранее выведенное уравнение (38) для расчета коэффициента теплообмена:

,

где л - коэффициент теплопроводности, Дж/м?сек?К;

d_Э - эквивалентный диаметр частиц засыпки, м.

Подставляя значения, получаем:

Вт/м²?К.

3.7 Пересчет основных параметров

В соответствии с тем, что был пересчитан коэффициент теплообмена б, необходимо пересчитать основные параметры. Расчеты производятся аналогично расчетам, проведенным ранее, поэтому в том, чтобы описывать их еще раз, нет необходимости. Пересчитаны следующие параметры, зависящие от б:

поверхность теплообмена F по формуле (12);

F = 35,851 м²;

объем загрузки V_З по формуле (15);

размеры теплообменника а по формуле (16);

скорость обтекания u по формуле (38);

напор ДР по формуле (37).

Параметры рассчитываются для различных значений диаметров частиц засыпки: d = 0,030…0,040 м. Результаты расчетов объема загрузки V_З, размеров теплообменника а, скорости обтекания u и напора ДР представлены в таблице 4.

Таблица 4. Результаты расчетов

Диаметр частиц засыпки d, м	Объем засыпки VЗ, м3	Размеры теплообменника а, м	Скорость обтекания u, м/сек	Напор ДР, Па
0,030	0,179	0,423	0,549	303,866
0,031	0,185	0,430	0,532	275,398
0,032	0,191	0,437	0,515	250,377
0,033	0,197	0,444	0,499	228,299
0,034	0,203	0,451	0,485	208,741
0,035	0,209	0,457	0,471	191,356
0,036	0,215	0,464	0,458	175,848
0,037	0,221	0,470	0,445	161,972
0,038	0,227	0,477	0,434	149,518
0,039	0,233	0,483	0,423	138,309
0,040	0,239	0,489	0,412	128,193

Согласно исходным данным, значение напора ДР должно находиться в пределах от 100 до 300 Па. В соответствии с этим получаем следующие значения параметров:

диаметр частиц засыпки d = 0,038 м;

объем засыпки V_З = 0,227 м³;

размеры теплообменника а = 0,477 м;

скорость обтекания u = 0,434 м/сек;

напор ДР = 149,518 Па.

3.8 Определение времени переключения

Время переключения ф можно найти из зависимостей нестационарного теплообмена:

. (49)

где И - безразмерная температура;

в_i - характеристический корень уравнения ;

R - внутренний радиус тела, м;

R₀ - наружный радиус тела, м;

а - коэффициент температуропроводности, м²/сек;

ф - время переключения, сек.

Эта зависимость является громоздкой для расчета времени переключения. Существуют решения этого уравнения, сведенные в таблицы и представленные на графиках.

Время переключения ф можно выразить из зависимости для критерия подобия Фурье Fo:

,

следовательно:

, (50)

где Fo - критерий подобия Фурье;

d - диаметр частиц засыпки, м;

а_Т - коэффициент температуропроводности зернистого слоя, м²/сек.

Значение критерия подобия Фурье Fo определяем по рисунку 4 [51]. Для необходимо определить значения безразмерной температуры И и критерия подобия Био Bi.



Рисунок 4. Температура на поверхности шара при T = const

Безразмерную температуру И определяем по следующей зависимости:

, (51)

где t_Г - температура газа (воздуха), °С;

t_НП - температура поверхности (засыпки) в начальный момент времени, °С;

t_Пф - температура поверхности (засыпки) через промежуток времени ф, °С.

В соответствии с тем, что:

где Д - недогрев температуры, °С; Д = 8 °С;

то соотношение (51) можно записать в следующем виде:

.

Далее, для нахождения значения критерия Био Bi запишем следующее соотношение:

, (52)

где б - коэффициент теплообмена, Вт/м²?К;

л_К - коэффициент теплопроводности зернистого слоя, Дж/м·сек·К.

Подставляя все значение в уравнение (54), получим:

.

Далее, находим значение критерия подобия Фурье Fo по рисунку 4: по оси абсцисс находим рассчитанное значение критерия Био, а по оси ординат - значение безразмерной температуры. На пересечении находится значение критерия подобия Фурье: Fo = 0,57.

Для нахождения время переключения ф необходимо определить коэффициент температуропроводности зернистого слоя а_Т. Для этого записываем следующую формулу:

, (53)

где л_К - коэффициент теплопроводности зернистого слоя, Дж/м·сек·К;

С_К - теплоемкость зернистого слоя, Дж/кг·К;

с_К - плотность зернистого слоя, кг/м³.

Подставляя все значения в формулу (55), получаем:

м²/сек.

Теперь мы можем подставить все данные в формулу (50) и рассчитать время переключения ф:

сек.

То есть направление воздуха в насадочном регенераторе тепла вентиляции следует переключать через каждые 14 минут работы.

Расчеты были проведены с помощью программы MathCad 2001i Professional.

4. Энергосбережение

С помощью насадочного регенератора экономится до 80 % тепла. Рассчитаем эту экономию в денежном выражении. Для этого рассчитаем экономию на тепловой энергии за вычетом затрат на электрическую энергию.

4.1 Расчет экономии тепловой энергии

Тепло, уносимое воздухом вентиляции рассчитывается следующим образом:

, (54)

где G_В = 0,118 - количество воздуха, кг/сек;

С_В = 1 · 10³ - теплоемкость воздуха, Дж/кг·К;

t_В = +20 - внутренняя температура воздуха, °С;

t_ВЕНТ = -37 -температура для проектирования вентиляции, °С.

Подставляя значения в формулу (54), получим:

Дж/сек.

Рассчитаем продолжительность отопительного сезона:

(55)

Рассчитаем Q_ТЭ за отопительный сезон:

Дж.

Теперь рассчитаем количество сэкономленной тепловой энергии:

(56)

.

Согласно тарифам ОАО «Новосибирскэнерго»:

1 Гкал = 415,18 руб.

Следовательно, в денежном выражении годовая экономия на тепловой энергии составляет:

руб.

4.2 Расчет затрачиваемой электрической энергии

Электрическая энергия затрачивается двумя вентиляторами мощностью 0,027 кВт каждый. Следовательно, она рассчитывается следующим образом:

, (57)

где N_В = 0,027 - мощность двигателя вентилятора, рассчитанная в разделе охраны труда, кВт;

ф = 5448 - продолжительность отопительного сезона, час.

Подставляя значения в формулу (57), получим:

кВт·час.

Согласно тарифам ОАО «Новосибирскэнерго»:

1 кВт·час = 0,98 руб.

Следовательно, в денежном выражении годовые затраты на электрическую энергию составляют:

руб.

4.3 Расчет экономии тепла в денежном выражении

Годовая экономия рассчитывается следующим образом:

, (58)

Подставляя в (60) рассчитанные выше значения, получаем:

руб.

4.4 Определение срока окупаемости засыпного регенератора

Для определения срока окупаемости запишем следующую формулу:

, (59)

где С/С - себестоимость засыпного регенератора, руб.;

Э - экономия тепла, рассчитанная выше, руб./год.

Себестоимость насадочного регенератора тепла вентиляции складывается из стоимости двух вентиляторов и самого теплообменника. Согласно прайс-листу фирмы «Тайра», стоимость вентилятора В.Ц 4-75-2,5 составляет 5211,00 руб. Предположим, что стоимость теплообменника равна стоимости вентилятора (5211,00 руб). Значит себестоимость насадочного регенератора составит:

руб.

Подставляя значения в формулу (59), получим:

года.

То есть насадочный регенератор тепла вентиляции окупится за 1,5 отопительных сезона.

5. Вентиляция. Выбор вентиляционной системы для насадочного регенератора тепловентиляции

5.1 Вентиляция

Вентиляция - организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязненного вредными газами, парами, пылью, а также улучшающий метеорологические условия в помещении [52].

По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и механическим (искусственная). Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция). По назначению различают приточную, вытяжную и приточно-вытяжную вентиляцию (рисунок 5) [53].

По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной. Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении загрязненного, нагретого, влажного воздуха помещения свежим воздухом до предельно допустимых норм. Эта система вентиляции наиболее часто применяется в случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению (при этом необходимые параметры воздушной среды поддерживаются во всем объеме помещения). Если помещение велико, а число людей, находящихся в нем, мало (с фиксированным местом нахождения людей), нет смысла проветривать все помещение полностью, можно ограничиться оздоровлением воздушной среды только в местах нахождения людей.



Рисунок 5. Схемы механических общеобменных вентиляционных установок (приточной и вытяжной):

1 - воздухораспределитель;

2 - воздуховоды;

3 - калорифер;

4 - вентилятор;

5 - воздухозаборная шахта;

6 - воздухоприемники

Воздухообмен в помещении можно значительно сократить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения, не допуская распространения по помещению. Для этого технологическое оборудование выполняется в кожухе с герметизацией и отсосом загрязненного воздуха (местная вытяжная вентиляция). В помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных газов, пыли, паров, наряду с рабочей предусматривается аварийная вентиляция.

Для эффективной работы система вентиляции должна удовлетворять следующим санитарно-гигиеническим и техническим требованиям:

количество приточного воздуха должно соответствовать количеству удаляемого (разница между ними должна быть минимальной);

приточные и вытяжные системы в помещении должны быть правильно размещены; свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных выделений минимально (или их нет вообще), а удалять, где выделения максимальны; приток воздуха должен производиться, как правило, в рабочую зону, а вытяжка - из верхней зоны помещения;

системы вентиляции не должны вызывать переохлаждения или перегрева работающих и создавать на рабочих местах шум, превышающий предельно допустимые уровни; они должны быть электро-, пожаро- и взрывобезопасны, просты по устройству, надежны в эксплуатации и эффективны.

Естественная вентиляция создает необходимый воздухообмен за счет разности плотности теплого воздуха, находящегося внутри помещения, и более холодного снаружи, а также в результате ветра. Естественная вентиляция производственных помещений может быть неорганизованной и организованной. В первом случае поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений, окна, форточки.

Организованная естественная вентиляция осуществляется аэрацией и дефлекторами. Аэрация - организованный и регулируемый естественный воздухообмен. Дефлекторы представляют собой специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздухоотводах и использующие энергию ветра.

Естественная вентиляция дешева и проста в эксплуатации. Основной ее недостаток в том, что приточный воздух вводится в помещение без предварительной очистки и подогрева, а удаляемый воздух также не очищается и загрязняет атмосферу.

Механическая (искусственная) вентиляция обеспечивает поддержание постоянного воздухообмена независимо от внешних метеорологических условий за счет комплекса систем воздуховодов и механических вентиляторов (центробежных и осевых). Воздух, поступающий в помещение, при необходимости подогревается или охлаждается, увлажняется или осушается. обеспечивается очистка и воздуха, выбрасываемого наружу.

Приточная общеобменная система вентиляции (рисунок 5, а) производит забор воздуха извне вентилятором через калорифер, где воздух нагревается и увлажняется, а затем подается в помещение. Количество подаваемого воздуха регулируется клапанами или заслонками, устанавливаемыми в ответвлениях. Загрязненный воздух вытесняется неочищенным через двери, окна, фонари, щели.

Вытяжная система вентиляции (рисунок 5, б) удаляет загрязненный и перегретый воздух через сеть воздуховодов при помощи вентилятора. Чистый воздух подсасывается через окна, двери, неплотности конструкций. Загрязненный воздух перед выбросом наружу очищается.

Приточно-вытяжная система вентиляции состоит из двух отдельных систем - приточной и вытяжной, которые одновременно подают в помещение чистый воздух и удаляют из него загрязненный. При этом виде вентиляции целесообразно в производственных помещениях с малыми выделениями вредностей создавать небольшой подпор воздуха, а в смежных с ними помещениях со значительными выделениями вредностей такого подпора (избыточного давления) воздуха не создавать. Этим будет обеспечена своеобразная изоляция помещений с малыми выделениями вредностей от проникновения в них загрязненного воздуха из смежных помещений.

Устройства для подачи в помещение свежего воздуха располагают со стороны, противоположной фронту обслуживания оборудования. Высота устройств для забора воздуха может быть принята различной, чтобы загрязненный воздух перемещался в направлении его естественного движения. Пыль, а также пары и газы, более тяжелые, чем воздух, скапливаются в нижних зонах помещения, где и следует располагать приемные устройства.

Рециркуляция воздуха в системе приточно-вытяжной вентиляции применяется в холодное время года в целях экономии тепла, затрачиваемого на подогрев воздуха. При рециркуляции часть воздуха, удаляемого из помещений, после соответствующей очистки от производственных вредностей снова направляется в помещение. При этом необходимо соблюдать следующие условия: количество чистого воздуха, поступающего извне, должно составлять не менее 10 % от общего количества воздуха, подаваемого в помещение; воздух, поступающий в помещение, должен содержать не более 30 % вредных веществ по отношению к их предельно допустимой концентрации (ПДК). Применение рециркуляции недопустимо в производственных помещениях, в воздушной среде которых могут быть вредные вещества 1-, 2- и 3-го классов опасности, неприятные запахи и болезнетворные микроорганизмы или возможно резкое увеличение концентрации вредных и взрывоопасных пылей, паров и газов (в помещениях категории А, Б, В по взрывопожарной опасности).

Неточности, допущенные при расчете вентиляционных установок, и отклонения от проекта, возникшие при монтаже, устраняют регулировкой системы вентиляции, обеспечивая на всех участках воздуховодов предусмотренные проектом расходы воздуха. Регулирование осуществляется либо изменением характеристики вентиляционной сети за счет ее сопротивления (с помощью регулирующих устройств - шиберов, дроссель-клапанов), либо изменением характеристики вентилятора за счет увеличения или уменьшения частоты вращения (скорости) рабочего колеса. После регулирования вентиляционную систему испытывают и сдают (по акту) обслуживающему персоналу. При испытании проверяют основные показатели системы: расход воздуха, температуру нагрева, влажность. Допустимые отклонения от проектных данных - по количеству воздуха ±10 %, по температуре подаваемого воздуха ± 2 °С, по влажности воздуха ± 5 %. На каждую вентиляционную установку составляют паспорт, в который заносят данные, характеризующие работу основных элементов. Должно быть обеспечено также правильное обслуживание установок: своевременная очистка фильтров и воздуховодов, проведение планового ремонта и др.

Местная вентиляция обеспечивает вентиляцию непосредственно у рабочего места, улавливая вредности при их выделении и предотвращая попадание этих вредных веществ в воздух производственного помещения и рабочей зоны.

По способу организации воздухообмена местная вентиляция разделяется на приточную и вытяжную.

При разработке проектов технологического оборудования машин, механизмов, станков, стендов, постов пайки необходимо предусматривать местные встроенные отсосы, которые должны обеспечить требуемый санитарно-гигиенический эффект и не препятствовать обслуживанию, наблюдению за рабочим процессом, ремонтно-монтажным работам. Таким образом, местные вентиляционные системы связаны с конструкцией оборудования, машин, станков, стендов, постов пайки и с рабочими местами обслуживания.

Отсосы, встроенные в рабочие места, применяют при пайке, сварке и пр. Различают отсосы с приемными отверстиями в вертикальной панели, в плоскости стола и над столом. Посты пайки оборудуют местными отсосами из зоны пайки и обжига. Для улавливания выделяющихся при пайке вредных паров обычно устанавливают местные отсосы в виде всасывающих круглых или прямоугольных отверстий с острыми кромками, устанавливаемых в вертикальной панели. Встроенные в инструменты (паяльники) отсосы могут быть кольцевыми или верхними. Кольцевой отсос с помощью полой трубки и гибкого шланга соединяется с магистральным воздуховодом. Верхний отсос представляет собой металлическую трубку, всасывающее отверстие которой располагают над концом паяющего стержня.

5.2 Вентиляторы

Вентиляторы - это воздуходувные машины, служащие для перемещения воздуха при потерях давления в вентиляционной сети не более 1500 кгс/м².

По принципу работы вентиляторы различают осевые, центробежные (радиальные) и диаметральные.

Осевой вентилятор (рисунок 6, а) представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе лопаточное колесо, при вращении которого поступающий в вентилятор воздух под действием лопаток перемещается в осевом направлении. Это наиболее простая конструкция осевого вентилятора, состоящего только из лопаточного колеса и кожуха.

Широко применяются более сложные вентиляторы, снабженные направляющими и спрямляющими аппаратами. Достоинствами осевых вентиляторов являются простота конструкции, возможность экономичного регулирования производительности в широких пределах посредством поворота лопаток колеса, большая производительность. К их недостаткам относятся относительно малая величина давления и повышенный шум.

Центробежный вентилятор (рисунок 6, б) состоит из спирального корпуса 1 с размещенным внутри лопаточным колесом 2, при вращении которого воздух, поступающий через входное отверстие 3, попадает в каналы между лопатками колеса и под действием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается корпусом и выбрасывается через выпускное отверстие 4 [54].



Рисунок 6. Вентиляторы:

а - осевой;

б - центробежный;

в - центробежный низкого давления;

г - диаметральный

В зависимости от разности полных давлений, создаваемых при перемещении воздуха (при плотности воздуха на входе в вентилятор 1,2 кг/м³), центробежные вентиляторы делят на следующие группы:

низкого давления - до 1000 Па;

среднего давления - от 1000 до 3000 Па;

высокого давления - от 3000 до 12000 Па.

Вентиляторы низкого и среднего давления применяют в установках общеобменной и местной вентиляции, кондиционирования воздуха и т.п. Вентиляторы высокого давления используют в основном для технологических целей, например для дутья в вагранки.

Перемещаемый вентиляторами воздух может содержать самые разнообразные примеси в виде пыли, газов, паров, кислот и щелочей, а также взрывоопасные смеси. Поэтому в зависимости от состава перемещаемого воздуха вентиляторы изготовляют из определенных материалов и различной конструкции:

обычного исполнения - для перемещения чистого или малозапыленного воздуха (до 150 мг/м³ с температурой не выше 150 °С);

антикоррозионного исполнения - для перемещения агрессивных сред (пары кислот, щелочей); в этом случае вентиляторы изготовляют из стойких против этих сред материалов - железохромистой и хромоникелевой стали, винипласта и т.д.;

взрывобезопасного исполнения - для перемещения взрывоопасных смесей, например, содержащих водород, ацетилен и т.д.; основное требование, предъявляемое к таким вентиляторам, - это полное исключение искрения при их работе (вследствие ударов или трения), поэтому колеса, корпуса и входные патрубки таких вентиляторов изготовляют из алюминия или дюралюминия; участок вала, находящийся в потоке взрывоопасной смеси, закрывается алюминиевыми колпаками и втулкой, а в месте прохода вала через кожух ставится сальниковое уплотнение;

пылевые - для перемещения пыльного воздуха (содержание пыли более 150 мг/м³); рабочие колеса этих вентиляторов изготовляются из материалов повышенной прочности.

Для перемещения смесей, взрывающихся от удара, вентиляторы применять нельзя. В этом случае используют эжекторы.

Для систем пневмотранспорта древесных отходов устанавливают пылевые вентиляторы среднего и высокого давления (например, В-ЦП6-45 и др.).

В аспирационных системах могут использоваться как шестилопастные, так и многолопастные вентиляторы среднего или высокого давления, устанавливаемые до и после пылеуловителя.

Для удаления воздуха из верхней зоны помещения устанавливают крышные осевые и центробежные вентиляторы. При транспортировании липкой, волокнистой и цементирующейся пыли крышные вентиляторы применять запрещается. При повышенных требованиях к бесшумности следует отдавать предпочтение центробежным крышным вентиляторам.

Центробежные крышные вентиляторы, как правило, применяют для удаления воздуха с температурой до 40 °С при общеобменной вытяжной вентиляции, а также при необходимости направить удаляемый воздух сосредоточенной струей вверх.

Центробежные крышные вентиляторы (стальные) могут применяться для установок с сетью воздуховодов (в том числе для многоэтажных зданий). Их также можно устанавливать для удаления воздуха с температурой не более 50 °С от местных укрытий (когда не требуется очистка его перед выбросом в атмосферу).

Коррозионностойкие крышные вентиляторы из титана типа ВКРТ предназначены для удаления невзрывоопасных газовоздушных смесей с агрессивными примесями, вызывающими ускоренную коррозию вентиляторов из углеродистой и нержавеющей сталей. Они могут применяться как для общеобменной вытяжной вентиляции помещений, так и для систем местных отсосов, гидравлическое сопротивление которых находится в пределах напора, создаваемого вентилятором.

Центробежные вентиляторы бывают правого и левого вращения.

Центробежные вентиляторы одностороннего и двустороннего всасывания правого вращения имеют колесо, вращающееся (если смотреть на вентилятор со стороны всасывания) по часовой стрелке, а левого - колесо, вращающееся против часовой стрелки.

Положения кожухов центробежных вентиляторов определяются углом поворота корпуса относительно исходных положений. Углы отсчитываются по направлению вращения рабочего колеса (рисунок 7) [55].



Рисунок 7. Расположение корпусов центробежных вентиляторов правого (а) и левого (б) вращения

Вентиляторы, как правило, приводят в действие электродвигателями, с которыми они соединяются одним из следующих способов:

непосредственно на одном валу или через эластичную муфту;

клиноременной передачей с постоянным передаточным отношением;

регулируемой бесступенчатой передачей через гидравлические и индукторные муфты скольжения.

В зависимости от конкретных условий каждой вентиляционной установки выбирается привод вентилятора и направление вращения колеса, которое в любом случае будет правильным, если направлено по ходу разворота спирали.

5.3 Выбор вентилятора и расчет мощности

Определим оптимальное значение полного давления вентиляционной системы Р_ПОЛН.

Оно находится по формуле:

, (60)

где Р_РЕГ - полное давление самого регенератора, рассчитанное в конструкторском разделе дипломной работы; Р_РЕГ = 149,518 Па;

Р_ТРУБ - полное давление трубопровода.

Полное давление трубопровода Р_ТРУБ рассчитываем по формуле:

, (61)

где о - коэффициент скорости, о = 0,025;

с - плотность воздуха в трубопроводе, с = 1,2 кг/м³;

v - скорость воздуха в трубопроводе, v = 7,8 м/с;

l - длина трубопровода, l = 10 м;

d - диаметр труб трубопровода, d = 0,2 м.

Подставляя значения в формулу (61), получаем:

;

Па.

Теперь по формуле (60) получаем значение полного давления вентиляционной системы Р_ПОЛН:

;

Р_ПОЛН = 196,048 Па.

Предварительный подбор вентилятора по рассчитанной производительности (воздухообмену) L и оптимальному значению полного давления вентиляционной системы Р_ПОЛН производим по сводному графику аэродинамических характеристик (рисунок 8). Полученную точку со значениями L и Р_ПОЛН принимаем «рабочей точкой» вентилятора. Окончательный подбор вентилятора осуществляем по графику индивидуальных характеристик (рисунок 9).

Выбор типоразмера вентилятора сводится, как правило, к подбору машины, потребляющей наименьшее количество энергии, т.е. имеющей наибольший КПД в данной «рабочей точке».

На графике индивидуальных характеристик (рисунок 9) над кривыми давления указаны частоты вращения вентиляторов п, об/мин, а справа - окружные скорости рабочих колес и, м/с. На этом графике приведены линии постоянного КПД з, а также линии установочных мощностей N_у, кВт.

Рисунок 8. Сводный график характеристик вентиляторов В.Ц4-75

Рисунок 9. Аэродинамическая характеристика вентилятора В.Ц4-75-2,5

По выбранной «рабочей точке» на графике индивидуальных характеристик находим полное условное обозначение индивидуальной характеристики вентилятора.

По рассчитанным значениям производительности (воздухообмену) L и полного давления вентиляционной системы Р_ПОЛН получаем следующий вентилятор:

центробежный вентилятор низкого давления;

полное условное обозначение: В.Ц4-75-2,5;

частота вращения вентилятора n = 1380 об/мин;

значение КПД з = 0,67;

окружная скорость рабочего колеса u = 0,06 м/с.

Вентиляторы В.Ц4-75 разработаны по новой аэродинамической схеме взамен вентиляторов В.Ц4-70 и имеют более высокий коэффициент полезного действия.

Требуемую мощность на валу электродвигателя N определяем по формуле (61):

, (62)

где L - рассчитанная производительность, L = 354,5 м³/час;

Р_ПОЛН - рассчитанное полное давление вентиляционной системы, Р_ПОЛН = 196,048 Па;

з - КПД вентилятора, определяется по рисунку 7, з = 0,67.

Подставляя значения в формулу (62) получаем:

;

N = 0,028 кВт.

6. Составление сметы затрат на проведение научно-исследовательской работы

6.1 Актуальность темы научно-исследовательской работы

Любые жилые и производственные помещения нуждаются в вентиляции для поддержания здоровой воздушной среды. Из всех тепловых потерь, существующих в помещениях: через пол, потолок, стены около 80 % всего тепла теряется при вентиляции помещения. Разработанная установка является уникальной системой экономии тепла. Коэффициент полезного действия установки равен около 80 %, поэтому основное назначение аппарата - это экономия тепла и уменьшение тепловых потерь в помещении.

Обеспечение чистоты воздуха является одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда. Устранение воздействия таких вредных факторов как газов и паров, избыточной теплоты и влаги и создание здоровой воздушной среды, являются важной народнохозяйственной задачей, которая должна осуществляться комплексно, одновременно с решением основных вопросов производства.

В хорошо теплоизолированном доме порядка 80 % тепла теряется с вентиляцией. Можно использовать тепло выбрасываемого воздуха для подогрева воздуха, подаваемого в помещение. Известны достаточно эффективные поверхностные пластинчатые теплообменники, при помощи которых можно вернуть до 80 % тепла вентиляции. Известны также устройства для рекуперации тепла вентиляции с вращающимся пористым телом, и с вращающимися дисками, эффективность которых даже теоретически не может быть выше 50 %, кроме того, эти устройства значительное количество выбрасываемого воздуха возвращают в помещение. Все эти устройства могут работать только при положительных температурах, иначе поверхности теплообмена в них обмерзают и полностью закупориваются каналы, прекращая работу аппарата, что не приемлемо в условиях Сибири.

Предлагается устройство для регенерации тепла вентиляции, в котором теплообмен происходит на поверхности насадки (гравия), которым засыпан теплообменник периодического действия. В объеме, разделенном продольной перегородкой движется воздух противотоком: по одной половине объема - теплый воздух из помещения, по другой половине - холодный воздух с улицы в помещение. Обе половины объема засыпаны гравием. Движение воздуха периодически переключают: когда температура зернистого слоя в канале, где движется теплый воздух из помещения, достигает значения, близкого к температуре в комнате, а температура в канале, где движется холодный воздух - к значению температуры на улице. Насадочный регенератор обеспечивает возврат 80 % тепла всего вентиляционного воздуха коттеджа (объем обмениваемого воздуха 200 м³/час).

Насадочный регенератор может быть применен для сбережения тепла вентиляции в производственных помещениях.

Установка позволяет экономить тепловую энергию (до 80 %) и рационально использовать энергоресурсы.

6.2 Составление сметы затрат на НИР

Для определения предпроизводственных затрат для выполнения научно-исследовательской работы составляется смета затрат по статьям калькуляции [56].

6.2.1 Материалы и комплектующие изделия

Затраты по статье «Материалы и комплектующие изделия» включают стоимость основных материалов, комплектующих изделий, полуфабрикатов с учетом транспортно-заготовительных расходов. Транспортно-заготовительные расходы составляют 5 - 7 % от стоимости приобретения материалов.

Расчет затрат по этой статье производится по формуле:

(63)

где Р_м - расход материала, кг/шт;

Ц_м - цена материала, руб/кг;

k_т-з=1,07 - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы, связанные с доставкой материала, комплектующих изделий;

g_о - количество реализуемых отходов материалов на сторону, кг;

Ц_о - цена отходов, руб/кг.

В ходе выполнения НИР не было отходов материалов, реализуемых на сторону, поэтому формулу (63) можно привести к виду:

(64)

Затраты на покупные и комплектующие изделия рассчитываются по формуле:

(65)

где Ц_п.к - цена покупных изделий и комплектующих изделий, руб./шт;

n - количество приобретаемых покупных и комплектующих изделий, шт.

Расчет материалов, комплектующих и покупных изделий, необходимых для проведения научно-исследовательской работы, сведен в таблицу 5.

Таблица 5. Расчет материальных затрат

№	Виды материальных затрат	Ед. изм.	Кол-во	Цена за ед. изм., руб.	Стоимость, руб.	Обоснование
1	Компьютер	шт.	1	20000,00	20000,00	Прайс-лист «НЭТА»
2	Дискета 3,5”	шт.	4	10,00	40,00	Прайс-лист «НЭТА»
3	Блок бумаги для письма	шт.	1	20,00	20,00	Магазин «Бухгалтер»
4	Программное обеспечение: 1.Windows XP 2.Office XP 3.Mathcad	шт. шт. шт.	1 1 1	80,00 80,00 80,00	80,00 80,00 80,00	М-н «Дэфис»
5	Ручка шариковая	шт.	2	10,00	20,00	Магазин «Бухгалтер»
6	Карандаш	шт.	3	15,00	45,00	Магазин «Бухгалтер»
7	Транспортные расходы: дорога в университет (проездной)	шт.	3 (3 месяца)	350,00	1050,00	Стоимость проездного
8	Потребляемая электрическая мощность: 1.Компьютер 2.Эл. лампа	КВт	211 (3,2кВт за 8ч.66 дней) 40 (0,6кВт за 2ч.66 дней)	0,88	186,00 36,00	Тариф «Новосибирск-Энерго»
Всего:	21637,00

6.2.2 Заработная плата научно-исследовательского персонала

Расчет затрат по статье «Заработная плата научно-исследовательского персонала» осуществляется в зависимости от времени работы участников выполнения НИР и ставок их оплаты. Расчет заработной платы осуществляется по формуле:

 (66)

где - среднечасовая тарифная ставка научно-исследовательского персонала, зависящая от разрядов и занимаемых должностей, руб./час;

t_i - трудоемкость выполнения научно-исследовательской работы, нормо-час;

m - количество видов научно-исследовательских работ.

Ориентировочное время выполнения дипломного проекта - 3 месяца, т.е. 66 дней (с учетом выходных). Трудоемкость моей работы составила 180 нормо-часов.

Расчет заработной платы научно-исследовательского персонала сведен в таблице 6.

Таблица 6. Расчет заработной платы научно-исследовательского персонала

№ п/п	Специалисты	Трудоемкость выполнения работы, н-час	Разряд	Среднечасовая тарифная ставка, руб./час	Расчет заработной платы, руб.
1	Научный руководитель	20	16	19,15	383,00
2	Исполнитель	180	6	8,26	1486,80
Итого:	1869,80

Дополнительная заработная плата берется в пределах 8-12 % от основной заработной платы.

Принимаем её равной 10 % от основной заработной платы, тогда получаем 186,98 руб.

6.2.3 Единый социальный налог

Затраты по статье «Единый социальный налог» определяются в процентном отношении от основной заработной платы и дополнительной заработной платы и принимаются равными 26 %.

Получаем 534,76 руб.

6.2.4 Накладные расходы

Затраты по статье «Накладные расходы» принимаются в процентах от основной заработной платы. К ним относятся затраты, связанные с управлением и организацией: заработная плата на содержание административно-управленческого персонала, амортизация зданий, налоги, сборы и т.д. Принимаем эти расходы в размере 235 % от заработной платы.

Получаем 4394,03 руб.

6.2.5 Производственные расходы

Затраты на «Производственные расходы (командировки)» принимаются в процентах от основной заработной платы. Возьмем их в размере 10 % от заработной платы.

Получаем 186,98 руб.

Смета затрат по статьям калькуляции представлена в таблице 7.

Таблица 7. Смета затрат на проведение НИР

№ п/п	Статьи калькуляции	Сумма, руб.	Удельный вес в структуре затрат, %
1	Материалы и покупные комплектующие изделия	21637,00	75,10
2	Основная заработная плата научно-технического персонала	1869,80	6,49
3	Дополнительная заработная плата научно-технического персонала	186,98	0,65
4	Накладные расходы	4394,03	15,25
5	Единый социальный налог	534,76	1,86
6	Прочие производственные расходы	186,98	0,65
	Итого:	28809,55	100,00

Из таблицы 7 видно, что наибольший удельный вес в структуре затрат составляют материалы и покупные комплектующие изделия 75,10 %. Наименьший удельный вес в структуре затрат составляет дополнительная заработная плата научно-технического персонала 0,65 %.

По сравнению с другими устройствами для регенерации тепла вентиляции, насадочный регенератор тепла вентиляции имеет следующие преимущества:

коэффициент полезного действия установки равен 80 %;

пожаро- и взрывобезопасность;

простота конструкции;

возможность высокой степени регенерации тепла;

отсутствие необходимости применения жаростойких материалов.

Заключение

Результатом моей дипломной работы является разработка эффективного и доступного поверхностного теплообменника. Цена такого регенератора в несколько раз дешевле, чем, например, пластинчатого или роторного, так как материал, которым образован теплообмен, - гравий, стоит недорого.

Также в результате дипломной работы были выбраны следующие оптимальные характеристики:

расход воздуха V_В = 354,5 м³/час;

объем засыпки V_З = 0,277 м³;

высота теплообменника L = 1,0 м;

размеры теплообменника а = 0,477 м;

диаметр частиц засыпки d_З = 0,038 м;

время переключения ф = 14 минут;

возвращаемое тепло Qґ_В = 5,4 кВт;

полное сопротивление ДР_ПОЛН = 196,048 Па;

побудители расхода воздуха: два центробежных вентилятора В.Ц4-75-2,5 с частотой вращения n = 1380 об/мин;

мощность двигателей вентиляторов N = 2·0,028 кВт;

ориентировочная стоимость регенератора 15,6 тыс. руб., что на порядок меньше аналогичных существующих систем;

срок окупаемости регенератора составляет 1,5 года.

Список использованных источников

1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Часть 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. - М.: Химия, 1995.

2. Щекин Р.В., Кореневский С.М. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. - Киев: «Будiвельник», 1976.

3. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: «НАУКА», 1972.

4. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. - Л.: Химия,1968.

5. Carman P.C. Flow of gases through porous media. - London, Acad. Press, 1956.

6. Burke S.P., Plummer W.B. - Ind. Eng. Chem., 1928.

7. Gupte A.R. - Chem.-Ing. Tecmn, 1971.

8. Treadwell W.D. - Sprechsaall Arch., 1912; Китайгородский А.И. Порядок и беспорядок в мире атомов. - М.: Наука, 1966.

9. Карнаухов А.П., Киселев А. В. - ЖВХ, т. 31, 1957.

10. Жаворонков Н.М., Аэров М.Э., Умник Н.П. - ЖФХ, т. 23, 1943.

11. Roblee L.H.S., Bairid R.M., Tierney J.W. - AIChE J., 1958.

12. Leva M. - Chem. Eng., 1957.

13. Leva M., Grummer M. - Chem. Eng. Progr., 1947.

14. Wullie M.R., Gregory A.R. - Ind. Eng. Chem., 1928.

15. Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов через пористую среду. - М. - Л.: Гостехиздат, 1947; Carman P.S. Flow of gases through porous media. London, Acad. Press, 1956; Шейдеггер А.Е. Физика течения жидкостей через пористые среды. Пер. с англ. Под ред. И.М. Муравьева. - М.: Гостоптехиздат, 1960; Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. Пер. с англ. Под ред. Ю.А. Буевича. - М.: Мир, 1976; Bear J. Dynamics of fluids in porous media. N.Y., Elsevier, 1972.

16. Kozeny J. - SitzBer. Akad. Wiss. Wien, 1927.

17. Carman P. C. - Trans. Inst. Chem. Eng., 1937.

18. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое. - Н-ск, 1984.

19. Dullien F.A.L. - Chem. Eng. J., 1975.

20. Smoluchovski M. Bull. Int. Acad. Sci. de Cracowie, Cl. Math. Nat., A, 1911.

21. Happel J. - AlChE J., 1958.

22. Клячко В.А. - ДАН СССР, т. 60, 1329.

23. Минц Д.М., Шуберт С. А. Гидравлика зернистых материалов. - М.: изд. Мин. комм. хоз. РСФСР, 1955.

24. Dupuit J. Etudes Theriques et prabques sur le movement des aux. 2-eme ed. Paris, Dunod, 1863.

25. Forheimer P. - Z. VDI, 1901.

26. Великанов М.А. - Изв. АН СССР ОТН, 1945.

27. Ergun S., Orning A.A. - Ind. Eng. Chem., 1949.

28. Schneebeli G. - La Houille Blanche, 1955.

29. Коллеров Д.К. - Хим. пром., 1959.

30. Бернштейн Р.С., Померанцев В.В., Шагалова С.Л. - В кн.: Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах. - Л.: Энергоиздат, 1957.

31. Rose H.E. Some aspects of fluid flow. Ed Arnold. London, 1951.

32. Brauer H. Chem.-Ing. Techn., 1964.

33. Rumpf H., Gupte A.R. Ibid., 1971.

34. Stanek V., Szerely J. - Canad. J. Eng., 1972.

35. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем: гидравлические и тепловые основы работы. - Л.: Химия, 1979.

36. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. - М.: Гостехиздат, 1954.

37. Жуховицкий А.А., Забежинский Я.Л., Тихонов А.Н. - ЖФХ, т.19, 1945.

38. Thomas C. - Ann. N.Y. Acad. Sci., 1948.

39. Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика процессов в тепло- и массообменных аппаратах. - М.: Энергия, 1967.

40. Gunn D.J., Suza J.F.C. - Chem. Eng. Sci., 1974.

41. Meek R.M.G. - Int. Develop. in Heat Transfer. ASME, Colorado, 1961.

42. Lindauer C.C. - AiChE J., 1967.

43. Goss M.J., Turner G.A. - Ibid., 1971.

44. Littman H., Barile R.G., Pulsifer A.H. - Ind. Eng. Chem. Fund., 1968.

45. Asbjornsen O.A., Wang B. - Chem. Eng. Sci., 1971.

46. Главачка В. - ИФЖ, т. 28, 1975.

47. Jolls K.R., Hanratty T.J. - AlChE J., 1969.

48. Wadsworth J.A. - Int. Develop. in Heat Transfer. ASME, Colorado, 1961.

49. Брандес Э.Н. и др. - ТОХТ, т. 7, 1973.

50. Аэров М.Э. и др. - ЖТФ, т. 29, 1959.

51. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - Новосибирск: «Наука», 1970.

52. Охрана труда / Под ред. Князевского Б.А. - М.: «Высшая школа», 1982.

53. Кобевник В.Ф. Охрана труда. - Киев: «ВЫЩА ШКОЛА», 1990.

54. Охрана труда в машиностроении / Под ред. Юдина Е.Я., Белова С.В. - М.: Машиностроение, 1983.

55. Внутренние санитарно-технические устройства. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Под ред. Павлова Н.Н., Шиллера Ю.И. - 1992.

56. Стародубцева О.А. Организационно-экономическая часть дипломных проектов по темам научно-исследовательского и конструкторского направлений, методические указания. - Новосибирск, 2004 г.

Размещено на Allbest.ru