Đồ án Thông gió cho phân xưởng rèn, nhiệt luyện và đúc tại Ninh Bình

MỤC LỤC THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THÔNG GIÓ 1. CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN VÀ KẾT CẤU BAO CHE 1.1 Giới thiệu chung - Phân xưởng rèn, nhiệt luyện và đúc. - Phân xưởng phục vụ cho nhu cầu rèn, nhiệt luyện và đúc các sản phẩm. - Phân xưởng gia công các phôi bằng phương pháp rèn, nhiệt luyện và đúc lên có các lò nấu kim loại, lò rèn, thùng dầu tôi, máy mài, tang đánh bóng,... Có tỏa ra nhiều nhiệt, hơi độc, bụi,... - Địa điểm sản xuất tại NINH BÌNH - Nhà công nghiệp 1 tầng có cầu trục, cửa sổ 3000x2000mm, cửa mái cao 800mm, cửa đi 1000x2200mm, 2000x2200mm và 3000x2500mm. 1.2 Chọn thông số tính toán trong và ngoài công trình 1.2.1 Thông số tính toán ngoài nhà: Thông số tính toán ngoài nhà được chọn theo phụ lục 2 sách thông gió a. Mùa đông: Nhiệt độ tính toán ngoài nhà mùa đông là nhiệt độ tối thấp trung bình của tháng lạnh nhất. Theo phụ lục 2 sách thông gió ta tìm được tại Ninh Bình có 13,90C là nhiệt độ vào tháng 1. Vận tốc gió trung bình vào tháng giêng v=2,2m/s, theo hướng Đông có tần suất 28,5 % tra theo TCXD 49-72. b. Mùa hè: Nhiệt độ tính toán ngoài nhà mùa hè là nhiệt độ tối cao trung bình của tháng nóng nhất. Theo bảng phụ lục 2 sách thông gió ta tìm được tại Vĩnh Yên có =32,7 0C là nhiệt độ tháng 7. Vận tốc gió trung bình tháng 7 là v = 2,8 m/s, theo hướng Đông với tần suất 36,3% tra theo TCXD 49-72. 1.2.2 Thông số tính toán trong nhà: a. Mùa đông: Nhiệt độ tính toán trong nhà của mùa đông được chọn theo tiện nghi nhiệt lấy từ 200C đến 240C ta chọn: 240C b. Mùa hè: Nhiệt độ tính toán trong nhà của mùa hè được lấy cao hơn nhiệt độ tính toán ngoài nhà của mùa hè từ 2-50C, ta chọn 350C Thông số tính toán được tóm tắt trong bảng: Bảng 1: Thông số tính toán trong và ngoài nhà Mùa Đông Mùa Hè tntt 0C tttt 0C vg m/s tntt 0C tttt 0C vg m/s 13,9 24 2,2 32,7 35 2,8 1.3 Chọn kết cấu tính toán và hệ số truyền nhiệt K 1.3.1 Chọn kết cấu - Với tường gạch 220 mm: bao gồm 3 lớp + Lớp 1 : Vữa trát mặt ngoài chiều dày 15mm ,hệ số dẫn nhiệt 0,93 W/mK + Lớp 2: Gạch chịu lực chiều dày 220 mm , hệ số dẫn nhiệt 0,81 W/mK + Lớp 3: Vữa trát bên trong chiều dày 15 mm , hệ số dẫn nhiệt 0,93 W/mK - Cửa đi: Vật liệu là tôn, chiều dày 1,5 mm ,hệ số dẫn nhiệt 58 W/mK - Cửa sổ: Kính xây dựng chiều dày 5 mm ,hệ số dẫn nhiệt 0,76 W/mK - Mái: làm bằng tôn , chiều dài 0,8 mm ,hệ số dẫn nhiệt 58 W/mK 1.3.2 Hệ số truyền nhiệt (k). Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, [W/m 2 0C]. Được xác định theo công thức: k , [W/m 2 0C] Trong đó: aT : hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt trong của kết cấu bao che, W/m 2 0C ( bề mặt trong của tường, sàn, trần với bề mặt nhẵn® aT = 8,7 W/m 2 0C) aN : hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt ngoài của kết cấu bao che, W/m 2 0C ( bề mặt tiếp xúc trực tiếp với không khí bên ngoài® aN = 23,2 W/m 2 0C) di : bề dày của lớp vật liệu thứ i, m li : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK Ro : tổng nhiệt trở của kết cấu bao che, m 2 0C/W Hệ số truyền nhiệt K của kết cấu được tính toán kết quả ở bảng 1: Bảng 2: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che TT Kết cấu bao che Công thức tính Kết quả [W/m2 0C] 1 Tường chịu lực: 3 lớp Lớp 1(vữa trát): d1= 15 mm, l= 0,93 W/mK lớp 2 (tường gạch): d2 = 220mm, l= 0,81 W/mK lớp 3( vữa trát): d3 = 15 mm, l=0,93 W/mK 2,165 2 Cửa ra vào: tôn d = 1,5 mm; l = 58 W/mK 6,326 3 Cửa sổ: kính xây dựng: d = 5mm ; l = 0,76 W/mK 6,074 4 Cửa mái: kính xây dựng: d = 5mm ; l = 0,76 W/mK 6,074 5 Mái: tôn d = 0,8 mm;l= 58 W/mK 6,327 6 Nền: Dải 1 (W/mK) Dải 2 (W/mK) Dải 3 (W/mK) 0,464 0,232 0,116 2. TÍNH TOÁN TỐN THẤT NHIỆT 2.1 Tốn thất nhiệt qua kêt cấu. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che được xác định theo công thức. Qkc tt = k.F.∆t (W) Trong đó: k: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che,W/m 2 0C F: diện tích truyền nhiệt của kết cấu ngăn che, m 2 ∆t: hiệu số nhiệt độ tính toán giữa bên trong và bên ngoài nhà, 0C. Công thức tính ∆t = tT tt - tN tt, 0C: tt tt, nhiệt độ tính toán bên trong nhà, 0C, tN tt, nhiệt độ tính toán bên ngoài nhà, 0C 2.1.1 Tốn thất nhiệt về mùa Đông Bảng 3: Tổn thất nhiết qua kết cấu bao che về mùa Đông STT Tên kết cấu Công thức tính diện tích Diện tích F(m2) k (W/mK) tT tt 0C tN tt 0C Qkctt (W) 1 Hướng Bắc - Cửa sổ 7x3x2 42 6.074 24 13.9 2576.6 - Cửa đi 1x2,2+2x2,2 6.6 6.326 24 13.9 421.7 - Tường 60x9-7x3x2-1x2,2-2x2,2 491.4 2.165 24 13.9 10745.2 - Cửa mái 60x0,8 48.0 6.074 24 13.9 2944.7 2 Hướng Nam - Cửa sổ 8x3x2 48.0 6.074 24 13.9 2944.7 - Cửa đi 2x2x2,2 8.8 6.326 24 13.9 562.3 - Tường 60x9-7x3x2-2x2x2,2 483.2 2.165 24 13.9 10565.9 - Cửa mái 60x0,8 48.0 6.074 24 13.9 2944.7 3 Hướng Đông - Cửa đi 3x2,5 7.5 6.326 24 13.9 479.2 - Tường 12x9+6x2-3x2,5 112.5 2.165 24 13.9 2460.0 4 Hướng Tây - Cửa đi 3x2,5 7.5 6.326 24 13.9 479.2 - Tường 12x9+6x2-3x2,5 112.5 2.165 24 13.9 2460.0 5 Mái 2x60x6,32 758.95 6.327 24 13.9 48498.7 6 Nền - Dải 1 2x60x2+2x12x2 288.0 0.464 24 13.9 1349.7 - Dải 2 2x56x2+2x4x2 240.0 0.242 24 13.9 586.6 - Dải 3 4x52 208.0 0.116 24 13.9 243.7 Tổng tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che về mùa Đông 90262.7 2.1.2 Tổn thất nhiệt về mùa Hè. =90262,7 – 48498,7=79218,5 [W] 2.2 Tốn thất nhiệt do rò gió. Gió rò vào nhà qua các khe cửa thuộc phía đón gió và gió sẽ đi ra ở phía khuất gió. Khi gió vào nhà, trong nhà sẽ mất đi một lượng nhiệt để làm nóng lượng không khí lạnh đó từ tng tới tt. Lượng nhiệt tiêu hao để làm nóng không khí vào nhà được tính theo công thức sau: , [W] Trong đó: L: Lưu lượng gió lùa vào nhà qua khe cửa: L=g.l.a [Kg/h] g: Lượng không khí lọt vào trên 1m dài khe cửa cùng loại, [kg/mh] l: tổng chiều dài khe cửa đón gió, [m] a: hệ số phụ thuộc vào các loại cửa: + Cửa sổ 1 lớp khung thép: a = 0,65 + Cửa đi: a = 2 0,24: tỉ nhiệt của không khí, [kcal/kg0C] Ta chỉ tính tổn thất do rò gió qua cửa sổ và cửa đi còn cửa mái có nhiệm vụ thông gió tự nhiên nên không tính. 2.2.1 Tổn thất nhiệt do rò gió vào mùa đông Tháng lạnh nhất ta chọn là tháng 1, vận tốc gió trung bình của tháng 1 là v=2,2[m/s] hướng gió theo hướng Đông như vậy sẽ có tổn thất nhiệt do rò gió qua các khe cửa của tường phía Đông Tra bảng ta có: v = 2 m/s có g = 6 kg/mh v = 3 m/s có g = 7,4 kg/mh tính nội suy với v = 2,2 m/s ® g = 6,28 kg/mh Tổng chiều dài các khe cửa của mặt tường hướng Đông với 1 cửa đi (chú ý ta không tính rò gió cho cửa kính bên trên vì cửu là cửa kính kín) là: l = 2x(3+2,5) = 11 [m] Q= 0,278x 6,28x11x2x(24 – 13,9) = 390,16 [W] 2.2.2 Tổn thất nhiệt do rò gió vào mùa hè Tháng nóng nhất ta chọn là tháng 7, tần suất gió lớn nhất ở tháng 7 tại Vĩnh Yên với hướng gió là hướng Đông, vận tốc gió trung bình của tháng 7 là v = 2,8 m/s. Tra bảng ta có: v = 2 m/s có g = 6 kg/mh v = 3 m/s có g = 7,4 kg/mh tính nội suy với v = 2,8 m/s ® g = 7,12 kg/mh Tổng chiều dài các khe cửa của mặt tường hướng Đông là: Cửa đi: l = 2x(3+2,5) = 11 [m] QHrogio= 0,278x7,12x11(35 –32,7) =50,36 [W] 2.3 Tốn thất do nung nóng vật liệu đem vào phân xưởng. Lượng nhiệt do nung nóng vật liệu Qvl = 0,278.G.c.( tc - tđ).b [W] Trong đó: G: khối lượng ngyên vật liệu đưa vào phòng, [Kg/h] G = 200 ¸ 300 kg/ 1m2 diện tích đáy lò. c: tỉ nhiệt của vật liệu, [KJ/kg0C] cthép = 0,48 [KJ/kg0C] tc,tđ : nhiệt độ cuối cùng và nhiệt độ ban đầu của vật liệu, [0C] b: hệ số kể đến sự nhận nhiệt không đều theo thời gian của vật liệu vật liệu dạng rời ta chọn: b = 0,4 Diện tích của đáy lò: Lò phản xạ (6;7): S =0,47 [m2] Khối lượng vật liệu mang vào phân xưởng: Khối lượng thép : Gthép = 300x0,47x2= 282 [Kg/h] 2.2.1 Tính cho mùa đông Qthép = 0,278 x 282 x0,48x(24 – 13,9)x0,4 = 152 [W] 2.3.2 Tính cho mùa hè Qthép = 0,278x282x0,48x(35 – 32,7)x0,4 = 34,62 [W] 3. TÍNH TOÁN TOẢ NHIỆT. 3.1 Toả nhiệt do người. Q = n.qn [W/h] Trong đó: q= qh: lượng nhiệt do một người toả ra, [W/h.người] n: số người trong phòng n=1,7m=1,7x13=22,1(người).Chọn n = 23 (người) m: số vị trí công nhân làm việc, trong phân xưởng có 13 vị trí m = 13 3.1.1 Tính toả nhiệt do người vào mùa đông Nhiệt độ trong phân xưởng là t0= 240C. Lao động trong phân xưởng là lao động nặng. Tra bảng 3.7 (Giáo trình Thông Gió) ta có: t0= 200C ® q=130 [W/người] t0= 250C ® q=95 [W/người] tính nội suy ®tvlv = 24 0C ® q = 102 [W/người] ® Q = 23 x 72 = 2346 (W). 3.1.2. Tính toả nhiệt do người vào mùa hè Nhiệt độ trong phân xưởng là t0= 340C. Lao động trong phân xưởng là lao động nặng. Tra bảng 3.7 (Giáo trình Thông Gió) ta có: t0= 350C ® q = 12 [W/người] ® Q = 23 x 12 = 276 (W). 3.2 Toả nhiệt do chiếu sáng. Khi thắp sáng thì hầu hết năng lượng điện biến thành nhiệt toả ra môi trường và lượng nhiệt đó được tính theo công thức: Qts = 1000 Nts η1 η2 [W]. Trong đó: 1000: Đương lượng nhiệt của công suất điện: 1 kW = 1000 W Nts : Tổng công suất các thiết bị chiếu sáng lấy 24W/m2sàn F: diện tích sàn nhà m2. F= 9 x 60 = 540 [m2] η1 : Hệ số kể đến nhiệt tỏa vào phòng, η1 = 0,4 ÷ 0,7 đối với đèn huỳnh quang, η1 = 0,8 ÷ 0,9 đối với đèn dây tóc. Chọn η1 = 0,5 η2 :Hệ số sử dụng đèn η2 =0,92 ÷ 0,97: Chọn η2 = 0,95 ® Qch/s= 1000x540x0,024x0,5x0,95 = 6156 (W). 3.3 Toả nhiệt do động cơ và các thiết bị dùng điện. Q = 1000.N.μ1.μ2.μ3.μ4 [W] Trong đó: m1: Hệ số sử dụng công suất lắp đặt máy (0,7 ¸ 0,9). m2: Hệ số tải trọng-tỉ số công suất yêu cầu và công suất cực đại (0,5 ¸ 0,8). m3: hệ số kể đến sự làm việc không đồng thời của các thiết bị (0,5 ¸ 1). m4: hệ số kể đến sự nhận nhiệt của môi trường không khí (0,65 ¸ 1). Với phân xưởng thông thường ta lấy: m1.m2.m3.m4 = 0,25. N : Tổng công suất điện của các động cơ trong phân xưởng (kW) Các thiết bị điện trong phân xưởng Quạt gió cho lò (4;5): N = 2 [ kW] Búa rèn 250 kg (8): N = 22 [kW] Búa rèn 150 kg (9): N = 17 [kW] Búa rèn 60 kg (10;11): N = 14 [kW] Quạt lò rèn (12;13): N = 2 [kW] Máy ép vít ma sát (17): N = 4,5 [kW] Thùng nước (18;19;20;21): N = 92 [kW] Máy mài 2 đá (22): N =2,8 [kW] Cầu trục một dầm có tời điện (24): N = 2,66 [kW] Lò điện kiểu buồng (1A): N = 30 [kW] Lò muối điện cực (2A): N = 20 [kW] Thùng rửa (5A): N = 12 [kW] Máy mài 2 đá (6A): N = 28 [kW/h] Lò điện hồ quang nấu thép (1): N = 150 [kW] Sàng cát di động (2): N = 1 [kW] Máy mài 2 đá (3;4): N = 5,6 [kW] Tang quay (5): N = 7 [kW] Do đó ta có tổng công suất của các thiết bị điện trong phân xưởng là: ∑N = 2+22+17+14+2+4,5+92+2,8+2,66+30+20+12+28+150+1+5,6+7 = 412,56 [kW] Lượng nhiệt do thiết bị điện toả ra là: Qđ/c =1000x412,56x0,25 = 103140 [W] 3.4 Toả nhiệt do vật liệu nung nóng để nguội. Do không có sự thay đổi trạng thái của vật liệu Qsf = 0,278.csp ( tđ – tc).G.b [W] Trong đó : csp: Tỉ nhiệt trung bình của vật liệu, KJ/kg0C i : Entanpi nóng chảy của vật liệu, KJ/kg tđ : Nhiệt độ ban đầu của vật liệu trước khi bắt đầu nguội, 0C tc : Nhiệt độ sau khi nguội (lấy bằng nhiệt độ không khí trong nhà), 0C G: Trọng lượng vật liệu chuyển đến trong 1 giờ,kg/h b: Hệ số kể đến cường độ toả nhiệt theo thời gian (b = 0,5) cr = 0,46 + 0,000193(273+1250) = 0,754 kJ/kg G = 282 kg 3.4.1 Tính toả nhiệt do vật liệu nung nóng để nguội vào mùa đông. Do lò nấu thép. Q = 0,278x0,754x(1250-24)x282x0,5 =36234,8 (W) 3.4.2 Tính toả nhiệt do vật liệu nung nóng để nguội vào mùa hè Do lò nấu thép. Q = 0,278x0,754x(1250-35)x282x0,5 = 35909,7 (W) 3.5 Toả nhiệt do lò nung. Tính cho lò phản xạ (6;7) có nhiệt độ trong lò là 12500C, lò hình chữ nhật, có chiều rộng 1,53m, chiều dài 1,6m, chiều cao 1,5m ; đáy kê trên bản kê có kích thước 0,65x0,72m Kích thước cửa lò: + Chiều cao: 0,4 m + Chiều rộng : 0,3 m. 3.5.1 Toả nhiệt qua thành lò Thành lò gồm 3 lớp: Lớp 1: Gạch Magezit: d1 = 110 mm. Lớp 2: Gạch Diatomit: d2 = 220 mm. Lớp 3: Gạch Diatomit bọt: d3 = 110 mm. Nhiệt độ bên trong của thành lò là: tlò = 1250 0C. Nhiệt độ của vùng làm việc là: tvlv = 24 0C. Ta nhận nhiệt độ trên bề mặt bên trong của thành lò là: tbmt = tlò – 50C = 1250 - 5 = 1245 0C. Giả thiết: Nhiệt độ trên bề mặt ngoài của thành lò là: tbmn = 78 0C Nhiệt độ giữa lớp 1 và lớp 2 là: t1 = 900 0C Nhiệt độ giữa lớp 2 và lớp 3 là: t2 = 450 0C Xác định hệ số bức xạ Lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 bề mặt bên ngoài của lò trong 1 giờ: qa = an (tbmn – tvlv), [W/ m2] an : hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò (W/m2 0C) a n =a dl + a bx a dl: hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng đối lưu, [W/m2 0C] a bx: hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng bức xạ, [W/m2 0C] a bx = , [W/m2 0C] Cqd: hệ số bức xạ quy diễn (Cqd = 4,9 W/ m2 0C4) ® a bx = = 6,71 [W/m2 0C] Tính ađl: ađl = l. (tbmn-tp)0.25 =2,56x(78 -24)0,25= 6,94 W/ m2 0C. an = abx +ađl = 6,71 + 6,94 = 13,65 W/ m2 0C ® qa = 13,65 x (78 – 24) =737,23 [W/m2] Tính qk: Hệ số dẫn nhiệt của lớp Magezit là: l1 = 6,16 + 2,9 x10-3 x = 9,27 [W/m 0C] Hệ số dẫn nhiệt của lớp Diatomit là: l2 = 0,116 + 0,23 x10-3 x = 0,271 W/mh0C Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt điatamit là: l3 = 0,093 + 0,23 x10-3 x = 0,154 W/m 0C. Hệ số dẫn nhiệt của thành lò là: =0,65 W/m2 0C Lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 bề mặt bên trong ra bề mặt ngoài lò trong 1 giờ: qk = k.(tbmt – tbmn) = 0,65.(1245 - 78) = 758,52 W/m2. ® Sai số của qa và qk là: Dqmax = = 2,81% ® Thoả mãn sai số ≤ 5%. Do đó lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 thành lò trong 1 giờ: qtl = = =747,88 W/m2. Tính diện tích thành lò: Diện tích cửa lò: Scl = 0,4 x 0,3 = 0,12 m2. ® Diện tích thành lò: Stl =1,5x1,6x2+1,5x1,53x2 – 0,12=9,27 m2 ® Lượng nhiệt toả từ thành lò vào không khí xung quanh: Qtl = Ftl .qtl = 9,27x747,88 = 6932,85 (W) 3.5.2 Toả nhiệt qua nóc lò Nóc lò gồm 3 lớp: Lớp 1: Gạch Magezit: d1 = 110 mm. Lớp 2: Gạch Diatomit: d2 = 220 mm. Lớp 3: Gạch Diatomit bọt: d3 = 110 mm. Nhiệt độ bên trong của thành lò là: tlò = 1250 0C. Nhiệt độ của vùng làm việc là: tvlv = 24 0C. Ta nhận nhiệt độ trên bề mặt bên trong của thành lò là: tbmt = tlò – 50C = 1250 - 5 = 1245 0C. Giả thiết: Nhiệt độ trên bề mặt ngoài của thành lò là: tbmn = 72 0C Nhiệt độ giữa lớp 1 và lớp 2 là: t1 = 900 0C Nhiệt độ giữa lớp 2 và lớp 3 là: t2 = 450 0C Xác định hệ số bức xạ Lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 bề mặt bên ngoài của lò trong 1 giờ: qa = an (tbmn – tvlv), [W/ m2] an : hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò (W/m2 0C) a n =a dl + a bx a dl: hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng đối lưu, [W/m2 0C] a bx: hệ số trao đổi nhiệt bề mặt ngoài thành lò bằng bức xạ, [W/m2 0C] a bx = , [W/m2h0C] Cqd: hệ số bức xạ quy diễn (Cqd = 4,9 W/ m2 0C4) ® a bx = = 6,52 [W/m2 0C] Tính ađl: ađl = l. (tbmn-tp)0.25 =3,26x(72 -24)0,25= 8,58 W/ m2 0C. an = abx +ađl = 6,52 + 8,58 = 15,1 W/ m2 0C ® qa = 15,1 x (72 – 24) =724,8 [W/m2] Tính qk: Hệ số dẫn nhiệt của lớp Magezit là: l1 = 6,16 + 2,9 x10-3 x = 9,27 [W/m 0C] Hệ số dẫn nhiệt của lớp Diatomit là: l2 = 0,116 + 0,23 x10-3 x = 0,271 W/mh0C Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt điatamit là: l3 = 0,093 + 0,23 x10-3 x = 0,153 W/m 0C. Hệ số dẫn nhiệt của thành lò là: = 0,649 W/m2 0C Lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 bề mặt bên trong ra bề mặt ngoài lò trong 1 giờ: qk = k.(tbmt – tbmn) = 0,649.(1245 - 72) = 760,83 W/m2. ® Sai số của qa và qk là: Dqmax = = 4,74% ® Thoả mãn sai số ≤ 5%. Do đó lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 thành lò trong 1 giờ: qnl = = =742,8 W/m2. Lượng nhiệt tỏa ra qua nóc lò vào không khí là:: Qnl = Fnl .qnl .1,3 =1,53x1,6x742,8x1,3 = 2363,9 (W) 3.5.3 Toả nhiệt qua đáy lò. Vì cấu tạo của thành lò đáy lò và nóc lò là giống nhau ta có hệ số hiệu chỉnh để tính cho đáy lò. Qnl = Fđl .qnl .0,7 = 1,53x1,6x742,8x0,7=1272,86 (W) 3.5.4 Toả nhiệt qua cửa lò Nhiệt truyền qua cửa lò được xác định bằng công thức: Qc = Qcđóng + Qcmở (W) Trong đó: Qc : Tổng lượng nhiệt truyền qua cửa lò (W) Qcđóng: Nhiệt truyền qua cửa lò lúc đóng (W) Qcmở: Nhiệt truyền qua cửa lò lúc mở (W) Cửa lò gồm 2 lớp: Lớp gạch sa mốt d1 = 220 mm Lớp gang d2 = 15 mm Do lớp gang mỏng và gang là vật liệu dẫn nhiệt tốt ® tính cho 1 lớp gạch samốt. Ta nhận nhiệt độ bề mặt trong của nóc lò là: tbmt = tlò – 50C = 1250 – 5 = 1245 0C. Giả thiết: Nhiệt độ bề mặt ngoài của cửa lò là t1 = 250 0C Lượng nhiệt toả ra từ 1 m2 bề mặt của cửa lò trong 1 giờ: qa = an (tbmn – tf), [W/ m2] a n =a dl + a bx a bx = , [W/m2 0C] = = 13,83 [W/m2 0C] ađl = l.(t1-t2)0,25 = 2,56x(238 - 24)0,25 = 9,79 [W/ m2 0C] an = abx +ađl = 13,83 + 9,79 = 23,62 [W/ m2 0C] ® qa = 23,62 x (238 – 24) = 5055,12 [W/m2] Tính qk: Hệ số dẫn nhiệt của lớp samốt nặng là: l1 = 0,837 + 0,58 x10-3 x = 1,267 [W/m 0C] Hệ số dẫn nhiệt của cửa lò là: K = =5,28 [W/m2 0C] Lượng nhiệt truyền từ 1 m2 bề mặt bên trong ra bề mặt ngoài lò trong 1 giờ: qk = k .(tbmt – tbmn) = 5,28.(1245 – 238) = 5316,41 [W/m2] ® Sai số của qa và qk là: Dq = = 4,91% ® Thoả mãn sai số < 5%. Do đó lượng nhiệt toả ra trên 1 m2 cửa lò trong 1 giờ: Qcửa = = = 5185,77 [W/m2] Diện tích cửa lò: Fcửa =0,3 x 0,4 = 0,12 m2. Lượng nhiệt toả từ cửa lò vào không khí xung quanh khi đóng trong 1h là: Thời gian mở cửa lò là 10 phút/ 1 giờ: Qclđóng = = 518,58 [W] Khi cửa lò mở, nhiệt toả ra ngoài cửa lò bằng bức xạ: qbx = [W/m2] C: hệ số bức xạ nhiệt của vật đen tuyệt đối (= 5,76 W/ m2 0C4) ® qbx = = 305402,6 [W/m2] Bề dày của thành lò tại vị trí cửa lò là: d = 0,44 m Các tỷ số: ; Dùng đồ thị ta tìm được: K1=0,45 ; K2= 0,57 ® K = ® Qclbx =305402,6x0,12x0,51 = 3115,1 [W] Khi mở cửa lò, bản thân cánh cửa lò cũng tỏa ra xung quanh một lượng nhiệt, lượng nhiệt này được tính bằng 1/2 lượng nhiệt toả ra ở cánh cửa lò lúc đóng. Qclbthân = 1/2Qclđóng10/60 ® Qclbthân = 1/2x518,58x0,12x10/60= 51,86 [W] ® Lượng nhiệt tổng cộng toả ra xung quanh qua cửa lò: Qcl = Qclđóng + Qclbx + Qclbthân = 518,57+3115,1+51,86 = 3685,53 [W] ® Lượng nhiệt tổng cộng toả ra của lò: Qlò = Qtl + Qnl + Qđl + Qcl = 6932,85+2363,9+1272,86+3685,53= = 14255,14 [W] Mùa hè: Ta có thể tính lượng nhiệt toả của mỗi lò vào mùa hè bằng cách hiệu chỉnh theo lượng nhiệt toả ra vào mùa đông của mỗi lò theo công thức sau. ∆tH, ∆tD:chênh lệch giữa nhiệt độ bên trong lò và nhiệt độ không khí xung quanh vào mùa hè và mùa đông 0C. Do đó ta có: Lượng nhiệt toả của lò phản xạ (6;7) là: 14127,24 [W] 3.6 Tỏa nhiệt từ sản phẩm của quá trình cháy. Trong quá trình đốt nhiên liệu, nhiệt tỏa ra từ sản phẩm cháy Qspc (W) tỏa toàn bộ vào phân xưởng được xác định bằng công thức (Tính cho nhiên liệu là Than đá) Qspc = 0,278GnlQthcth (W) Trong đó: Gspc: Nhiệt lượng tỏa ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, W. Gnl: Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1h, kg/h.Gnl = 8 (kg/miệng lửa.h) Qthct: Nhiệt năng công tác của nhiên liệu, kJ/kg.Qthct = 14700 (kJ/kg) h: Hệ số cháy không hoàn toàn của nhiên liệu, h = 0,9÷0,97.Chọn η =0,95 Qspc = 0,278x8x2x14700x0,95 = 62116,32 (W) 4. THU NHIỆT DO BỨC XẠ MẶT TRỜI. Do bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua tường là không đáng kể so với bức xạ truyền vào nhà qua cửa kính và mái nên ta có thể bỏ qua trường hợp qua tường. 4.1 Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua cửa kính Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua cửa kính được tính theo công thức: Qbxkính = t1t2t3t4 qbxFkính kcal/h Trong đó: t1: hệ số trong suốt của kính (cửa kính 1 lớp t1= 0,90). t2: hệ số mức độ bẩn mặt kính (mặt kính đứng 1 lớp t2 = 0,80). t3: hệ số che khuất bởi khung cửa (cửa sổ 1 lớp kính thẳng đứng khung thép t3 = 0,75 ¸ 0,79). t4: hệ số che khuất bởi các hệ thống che nắng (kính sơn trắng đục t4= 0,65 ¸ 0,80). Fkính : diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán,m2. qbx: cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, W/m2 thời điểm tính toán chọn là 15h tháng 7(Tra theo phụ lục 7 giáo trình Thông Gió). Hướng Bắc: + Fkính = 42 + 48=90 m2. + qbx = 70 W/m2 ® QBắc = 0,9 x 0,8 x 0,79 x 0,8 x 70 x 90 = 2866,75 W. Hướng Nam: + Fkính = 48+48 = 96 m2. + qbx = 0 W/m2h ® QNam = 0,9 x 0,8 x 0,79 x 0,8 x 0 x 96 = 0 W. 4.2 Bức xạ mặt trời truyền vào nhà qua mái ,W. Trong đó: : bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ, W. : bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ, W. 4.2.1 Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ : Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiệt độ mặt ngoài của kết cấu bao che tăng cao. Ta thay thế cường độ bức xạ bằng một trị số nhiệt độ tương đương ttđ của không khí bên ngoài: ttđ = 0C. : Cường độ bức xạ trung bình trên mặt phẳng kết cấu, W/m2 an : Hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt ngoài của kết cấu bao che, W/m2 0C r : Hệ số hấp thụ bức xạ của bề mặt kết cấu bao che (tôn nâu sẫm r=0,81) Trực xạ trên mặt bằng tháng 7 = 6732 W/m2 ® 280,5 W/m2 ® ttđ = 9,79 0C. Nhiệt độ tổng của không khí bên ngoài: ttg = tn + ttd. tn: nhiệt độ trung bình của tháng nóng nhất đại diện cho mùa hè. ® tn = 28,9 (tháng 7 theo TCXD 49-72 nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất). ® ttg = 28,9+9,79 = 38,69 0C ® Bức xạ mặt trời do chênh lệch nhiệt độ: = kmái.Fmái.( ttg - tttt ), W/h. = 6,327x758,95x(38,69 – 35) = 17719 [W] 4.2.2 Bức xạ mặt trời do dao động nhiệt độ: Để xác định biên độ dao động của nhiệt độ tổng ta phải xem xét biên độ của nhiệt độ tương đương do bức xạ gây ra và biên độ của nhiệt độ không khí ngoài trời. Biên độ dao động của cường độ bức xạ có thể xác định như hiệu số giữa cường độ cực đại và cường độ trung bình trong ngày đêm (24h): 0C. = 928 W/m2 vào lúc 11-12 giờ ® Aq = 928 – 280,5= 647,5 (W) Ứng với biên độ dao động này, nhiệt độ tương đương sẽ có biên độ dao động là: == = 22,61 0C. Nhiệt độ không khí bên ngoài cũng dao động theo thời gian với chu kì 24 giờ với biên độ là: : Nhiệt độ trung bình đo lúc 13 giờ của tháng nóng nhất, đó cũng chính là nhiệt độ cao nhất trung bình của tháng nóng nhất tra theo trạm quan trắc Láng. = 31,1 0C. : nhiệt độ trung bình tháng của tháng nóng nhất (= 28,9 0C) ® = 31,1 - 28,9 = 2,2 0C. Biên độ dao động của nhiệt độ tổng: = (+)Y Y: hệ số phụ thuộc vào độ lệch pha DZ và tỉ số giữa biên độ dao động nhiệt độ tương đương và nhiệt độ bên ngoài. Nhiệt độ không khí cực đại vào 13 giờ ® DZ = 13 – 11 = 2 10,28 ® Y = 0,98 Biên độ dao động của không khí bên trong nhà:= n: hệ số tắt dần Do mái làm bằng lớp tôn rất mỏng® n = 1. ® = 24,81 0C. ® = 24,81x758,95x8,7 = 163817,1 W ® = 163817,1 + 17919 = 131536,1 W. Bảng 6: Thu nhiệt do bức xạ mặt trời: Qbức xạkính (W) Qbức xạmái (W) bức xạ (W) 2866,75 131636,1 134402,85 5. TỔNG KẾT NHIỆT THỪA Bảng 7: Tổng nhiệt thừa của toàn công trình Mùa Đông Mùa Hè Nhiệt lượng tổn thất Kết cấu 90262,70 79218,50 Rò gió 390,16 50,36 Nung nóng sp 152,00 34,62 Tổng 90723,86 79303,48 Lượng nhiệt toả Do người 2346,00 276,00 Thắp sáng 6156,00 6156,00 Thiết bị dùng điện 103140,00 103140,00 SP nung nóng 36234,80 35909,70 Lò nung (6;7) 2x14255,14 2x14127,24 Đốt cháy nhiên liệu (14;15) 2x62116,32 2x62116,32 Tổng 300619,7 296968,82 Lượng nhiệt thu Bức xạ mặt trời 0,00 134402,85 Lượng nhiệt thừa 209895,86 352068,19 6. TÍNH TOÁN THÔNG GIÓ CỤC BỘ 6.1 Tính toán thổi hoa sen không khí. 6.1.1 Đối với lò phản xạ (6;7) a, Xác định cường độ bức xạ. Cường độ bức xạ tại vị trí thao tác (W/m2) cách bề mặt bức xạ một khoảng x (m) được xác định theo công thức: qx = qo.k1 , W/m2 Trong đó: qo: Cường độ bức xạ ban đầu (W/m2) k1: hệ số bức xạ kể đến khoảng cách x từ vị trí thao tác đến bề mặt bức xạ. Lượng nhiệt bức xạ: qo = C[(273+t1)/100]4.k = 5,76[(273+1250)/100]4.0,51=158049,2 (W/m2) Hệ số k1 xác định theo biểu đồ hình 8.15 trang 250 giao trình Thông Gió. Tra theo tỉ số trong đó x khoảng cách tính toán (lấy x = 1,2m), F diện tích bức xạ F=a.b=0,4x0,3 tra ra k1 = 0,018. → qx = 158049,2x0,018 = 2845 (W/m2).Vậy cần thổi hoa sen không khí cho lò phản xạ (6;7). b, Tính toán hoa sen không khí. Cường độ bức xạ tại vị trí thao tác qx=2845 (W/m2). Vị trí công tác có diện tích 1x1m. Chọn vận tốc vct=3 (m/s).Khoảng cách từ miệng thổi đến vị trí thao tác x=1,2m. Nhiệt độ không khí ngoài trời tN =32,7 0C. Nhiệt độ không khí trong phân xưởng tT=350C. Với nhiệt độ không khí ngoài trời được làm lạnh đoạn nhiệt bằng cách cho đi qua buồng phun sau đó được thổi vào phân xưởng. Với nhiệt độ không khí ngoài tN=32,7 oC và độ ẩm φ=80% tra biểu đồ I-d ra tư=29,5 oC lấy nhiệt độ này là nhiệt độ thổi vào. Chọn đường ống thổi là 500mm. Hệ số rối với miêng thổi Baturin a=0,12. Đường kích tiến diện ngang của luồng dx tại khoảng cách x so với miệng thổi: → dx = 6,8(ax+0,14do) →dx=6,8(0,12x1,2+0,145x0,5)=1,47 (m) Tỉ số dct/dx: dct/dx=1/1,67= 0,68 tra đồ thị hình 8.19 với dct/dx=0,68 hệ số b=0,2; c=0,28. Vận tốc ban đầu của không khí tại miệng thổi là. m/s Lưu lượng của miệng thổi: Lo = Fo vo 3600 = 3,14x0,52x6,5x3600/4 = 4595 (m3/h) =4595x1,1865=5451 (kg/h) Nhiệt độ ban đầu của không khí khi thoát ra khỏi miệng thổi chọn lấy gió ngoài qua xử lý nhiệt ẩm và lọc sạch bụi thổi vào phân xưởng, ta có to=29,5 oC. Nhiệt độ không khí tại vị trí công nhân tct là: ,oC Với độ ẩm trong phân xưởng φ = 80% tra biểu đồ I-d ra nhiệt độ tư=28 oC. Với tk, tư tra biểu đồ dải lụa xác định nhiệt độ hiệu quả tương thqtt = 25,2oC nằm trong vùng ôn hoà dễ chịu về mùa hè. 6.1.2 Đối với lò điện kiểu buồng (1A). a, Xác định cường độ bức xạ. Cường độ bức xạ tại vị trí thao tác (W/m2) cách bề mặt bức xạ một khoảng x (m) được xác định theo công thức: qx = qo.k1 , W/m2 Trong đó: qo: Cường độ bức xạ ban đầu (W/m2) k1: hệ số bức xạ kể đến khoảng cách x từ vị trí thao tác đến bề mặt bức xạ. Lượng nhiệt bức xạ: qo = C[(273+t1)/100]4.k = 5,76[(273+1250)/100]4.0,51=158049,2 (W/m2) Hệ số k1 xác định theo biểu đồ hình 8.15 trang 250 giao trình Thông Gió. Tra theo tỉ số trong đó x khoảng cách tính toán (lấy x = 1,2m), F diện tích bức xạ F=a.b=0,4x0,3 tra ra k1 = 0,018. → qx = 158049,2x0,018 = 2845 (W/m2).Vậy cần thổi hoa sen không khí cho lò điện kiểu buồng (1A). b, Tính toán hoa sen không khí. Cường độ bức xạ tại vị trí thao tác qx=2845 (W/m2). Vị trí công tác có diện tích 1x1m. Chọn vận tốc vct=3 (m/s).Khoảng cách từ miệng thổi đến vị trí thao tác x=1,2m. Nhiệt độ không khí ngoài trời tN =32,7 0C. Nhiệt độ không khí trong phân xưởng tT=350C. Với nhiệt độ không khí ngoài trời được làm lạnh đoạn nhiệt bằng cách cho đi qua buồng phun sau đó được thổi vào phân xưởng. Với nhiệt độ không khí ngoài tN=32,7 oC và độ ẩm φ=80% tra biểu đồ I-d ra tư=29,5 oC lấy nhiệt độ này là nhiệt độ thổi vào. Chọn đường ống thổi là 500mm. Hệ số rối với miêng thổi Baturin a=0,12. Đường kích tiến diện ngang của luồng dx tại khoảng cách x so với miệng thổi: → dx = 6,8(ax+0,14do) →dx=6,8(0,12x1,2+0,145x0,5)=1,47 (m) Tỉ số dct/dx: dct/dx=1/1,67= 0,68 tra đồ thị hình 8.19 với dct/dx=0,68 hệ số b=0,2; c=0,28. Vận tốc ban đầu của không khí tại miệng thổi là. m/s Lưu lượng của miệng thổi: Lo = Fo vo 3600 = 3,14x0,52x6,5x3600/4 = 4595 (m3/h) =4595x1,1865=5451 (kg/h) Nhiệt độ ban đầu của không khí khi thoát ra khỏi miệng thổi chọn lấy gió ngoài qua xử lý nhiệt ẩm và lọc sạch bụi thổi vào phân xưởng, ta có to=29,5 oC. Nhiệt độ không khí tại vị trí công nhân tct là: ,oC Với độ ẩm trong phân xưởng φ = 80% tra biểu đồ I-d ra nhiệt độ tư=28 oC. Với tk, tư tra biểu đồ dải lụa xác định nhiệt độ hiệu quả tương thqtt = 25,2oC nằm trong vùng ôn hoà dễ chịu về mùa hè. 6.2 Tính toán chụp hút má đua trên cửa lò nung. 6.2.1 Đối với lò phản xạ (6;7). Tính chụp hút mái đua cho lò phản xạ số 6;7: Kích thước lò: l=1,6m, b=1,53 m, h=1,7 m ;Cửa lò: hxb=0,4x0,3 (m), tT=1250 0C. Lò được kê trên 4 chân cách đất 300mm. Mép dưới cửa lò cách đáy lò 0,7 m. Do lò có chiều cao thấp lên khi nào cần chụp hút thì kéo chụp hút xuống. Khi chụp hút đặt mép dưới của chụp hút cách mép trên cửa lò một đoạn a = 200(mm). Áp suất tại mét trên của cửa lò: p1 = g.h.(ρT – ρl) , Pa Trong đó: g: Gia tốc trọng trường, g = 9,83 (m/s2). h: Chiều cao cửa lò tính đến tâm cửa lò, h = 0,3+0,7+0,4/2 = 1,2 m ρT: Mật độ không khí trong phòng, kg/m3 ρT =1,293x273/(273+35) = 1,146, kg/m3 ρl: Mật độ không khí ứng với nhiệt độ trong lò, kg/m3 ρl = 1,293x273(273+1250) = 0,232 kg/m3 →p1 = 9,83x1,2x(1,146 – 0,232) = 10,78 Pa Áp suất thừa trung bình tại cửa lò: ∆p = p0 + p1/2 ,Pa Trong đó: p0: Áp suất trong phòng, Pa (Chọn p0 = 0 Pa) →∆p = 0 +10,78 = 10,78 Pa Vật tốc trung bình của không khí thoái ra từ của lò ( trong đó μ = 0,65 là hệ số lưu lượng ) , m/s → (m/s) Khoảng cách ngang từ thành lò đến chỗ cắt nhau của trục luồng bị uốn cong với mặt phẳng của miệng chụp x, (m). , (m) Trong đó: ,: Khoảng cách tương đối; , = dtd: Đường kính tương đương với b,h tương ứng là chiều rộng và chiều cao của cửa lò. y: khoảng cách từ tâm cửa lò đến miệng chụp hút, m Ar: Chuẩn số Acsimet đặc trưng cho luồng khí thoát ra từ cửa lò. a: Hệ số rối của luồng (nhận bằng 0,1) Tl, TT: Nhiệt độ tuyện đối trong lò và không khí trong phòng (0K) → → Độ nhô ra của chụp (l) , m Trong đó: bx: chiều rộng của luồng tại khoảng cách x so với miệng chụp, m bx: xác định như sau đối với cửa lò vuông hoặc gần vuông 0,5<h/b<2 =6,8x0,1x2,1+1=2,43 (m) → l = 0,82 + 2,43/2 = 2 (m) Chiều rộng b của chụp hút rộng hơn chiều rộng của cửa lò là 200mm (b=700mm) Lưu lượng không khí qua cửa lò (m3/h): Ll = vtbh.b.3600 =6,27x0,4x0,3x3600 = 2708,64 (m3/h) Lưu lượng hỗn hợp khí – không khí được hút vào chụp hút (m3/h) ,m3/h →= 4831,14 m3/h Nhiệt độ hỗn hợp không khí (0C) Trong đó: Gl, GT: Lưu lượng khí qua cửa lò và lưu lượng không khí trong phòng được hút vào chụp, kg/h: Gl = Llxρl = 2708,64x0,232 = 628,4 kg/h ; GT = (L-Ll)ρT = (4831,14 - 2708,64)x1,146 = 2432,4 kg/h → Vậy ta chọn thông gió bằng cơ khí chọn nhiệt độ trong hỗp hợp 80 0C. Vậy lưu lượng không khí trong phòng được chụp hút vào là: (kg/h) Khi đó lưu lượng hỗn hợp khí – không khí được hút vào chụp hút là. Lh = L + GT*/ ρT = 4831,14+2196/1,146 = 6747,37 (m3/h) = 6747,37x1,00=6747,37(kg/h) 6.2.2 Đối với lò điện kiểu buồng (1A). Tính chụp hút mái đua cho lò điện kiểu buồng số 1A: Kích thước lò: l=1,83m, b=1,33 m, h=1,33 m. Kích thước làm việc 950x450x450mm ;Cửa lò: hxb=0,4x0,3 (m), tT=1250 0C. Lò được kê trên 4 chân cách đất 300mm. Mép dưới cửa lò cách đáy lò 0,49 m. Do lò có chiều cao thấp lên khi nào cần chụp hút thì kéo chụp hút xuống. Khi chụp hút đặt mép dưới của chụp hút cách mép trên cửa lò một đoạn a=200(mm). Áp suất tại mét trên của cửa lò: p1 = g.h.(ρT – ρl) , Pa Trong đó: g: Gia tốc trọng trường, g = 9,83 (m/s2). h: Chiều cao cửa lò tính đến tâm cửa lò, h = 0,3+0,49+0,4/2 =0,99 m ρT: Mật độ không khí trong phòng, kg/m3 ρT =1,293x273/(273+35) = 1,146, kg/m3 ρl: Mật độ không khí ứng với nhiệt độ trong lò, kg/m3 ρl = 1,293x273(273+1250) = 0,232 kg/m3 →p1=9,83x0,99x(1,146 – 0,232)=8,9 Pa Áp suất thừa trung bình tại cửa lò: ∆p = p0 + p1/2 ,Pa Trong đó: p0: Áp suất trong phòng, Pa (Chọn p0 = 0 Pa) →∆p = 0 +8,9= 8,9 Pa Vật tốc trung bình của không khí thoái ra từ của lò ( trong đó μ = 0,65 là hệ số lưu lượng ) , m/s → (m/s) Khoảng cách ngang từ thành lò đến chỗ cắt nhau của trục luồng bị uốn cong với mặt phẳng của miệng chụp x, (m). , (m) Trong đó: ,: Khoảng cách tương đối; , = dtd: Đường kính tương đương với b,h tương ứng là chiều rộng và chiều cao của cửa lò. y: khoảng cách từ tâm cửa lò đến miệng chụp hút, m Ar: Chuẩn số Acsimet đặc trưng cho luồng khí thoát ra từ cửa lò. a: Hệ số rối của luồng (nhận bằng 0,1) Tl, TT: Nhiệt độ tuyện đối trong lò và không khí trong phòng (0K) → → Độ nhô ra của chụp (l) , m Trong đó: bx: chiều rộng của luồng tại khoảng cách x so với miệng chụp, m bx: xác định như sau đối với cửa lò vuông hoặc gần vuông 0,5<h/b<2 =6,8x0,1x1,9+1=2,29 (m) → l = 0,74 + 2,29/2 = 1,885 (m) (chọn l=2 (m)) Chiều rộng b của chụp hút rộng hơn chiều rộng của cửa lò là 200mm (b=700mm) Lưu lượng không khí qua cửa lò (m3/h): Ll = vtbh.b.3600 =5,69x0,4x0,3x3600 = 2458,08 (m3/h) Lưu lượng hỗn hợp khí – không khí được hút vào chụp hút (m3/h) ,m3/h →= 4520,3 m3/h Nhiệt độ hỗn hợp không khí (0C) Trong đó: Gl, GT: Lưu lượng khí qua cửa lò và lưu lượng không khí trong phòng được hút vào chụp, kg/h: Gl = Ll.ρl = 2458,08x0,232 = 570,3 kg/h ; GT = (L-Ll).ρT = (4520,3 - 2458,1)x1,146 = 2363,3 kg/h → Vậy ta chọn thông gió bằng cơ khí chọn nhiệt độ trong hỗp hợp 80 0C. Vậy lưu lượng không khí trong phòng được chụp hút vào là: (kg/h) Khi đó lưu lượng hỗn hợp khí – không khí được hút vào chụp hút là. Lh = L + GT*/ ρT = 4520,3+1856,6/1,146 = 6648 (m3/h) = 6648x1,00=6648 (kg/h) 6.2 Tính toán chụp hút trên lò rèn. Ta sử dụng phương pháp hút bằng cơ khí - Lưu lượng hút được xác định như sau: Lh = 1,5AGnl , m3/h Trong đó: A: hệ số kinh nghiệm, bằng A = 350 ÷ 475(chọn A = 400). Gnl: Lượng nhiên liệu tiêu hao, kg/h (Gnl = 8 kg/h) →Lh = 1,5x400x8 = 4800 (m3/h) = 4800x0,8124=3899,5(kg/h) - Nhiệt độ hỗn hợp khí – không khí hút thh = (Gnl – 3)n+150 = =(8 – 3)x2,3+150 = 161,5 0C n: Hệ số nhận bằng 2,3 đối với lò rèn 2 miệng lửa. 6.3 Tính toán chụp hút trên nguồn tỏa nhiệt. Tính toán cho Lò điện hồ quang nấu thép (1) ở ban đúc thép có nhiệt độ trong lò tl = 1500 0C. Sử dụng chụp hút bằng cơ khí. Lưu lượng hút của chụp là: L = Lđl . Fc /Fn ,m3/h Trong đó: Lđl: Lưu lượng trong dòng đối lưu, m3/h. Fc ,Fn : Diện tích tiết diện miệng chụp và nguồn tỏa nhiệt, m2. - Lưu lượng trong lòng đối lưu (a/b≤1,5) với a, b, cạnh của nguồn tỏa nhiệt tiết diện chữ nhật.( dung tính làm việc a’ = 200mm, b’= 200mm, h’ = 350mm ) 1040x1040x1200mm, , m3/h Trong đó: Qđl: Nhiệt đối lưu bên trên nguồn tỏa nhiệt, W Z: Là khoảng cách đứng từ bề mặt nguồn nhiệt đến miệng chụp (Z=0,4m),m. - Nhiệt đối lưu Qđl xác định theo công thức. Qđl = αđl.Fn(tn – txq) , W Trong đó: αđl : Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, W/m2 0C. tn ,txq : Nhiệt độ bề mặt nguộn nhiệt và không khí xung quanh, 0C. , W/m2 0C Ta có tn = 24 0C, txq = 78 0C → =5,67 W/m2 0C → Qđl = 5,67x1,04x1,04x(78 - 24) = 331,14 W. → m3/h → L = 343,8x1,062/1,042 = 357,14 m3/h = 357,14x1,00=357,14 (kg/h) 6.4 Tính toán hút bụi cho máy mài 2 đá. Trong phân xưởng gia công bề mặt chi tiết mạ có máy mài. Số máy mài 4 (máy mài 2 đá) Theo công thức với máy mài hai đá ta có: L = (1800¸2000)D2 (m3/h) Trong đó: - L: lưu lượng hút (m3/h) - D: đường kính đá mài D = 0,4 (m) ® L = 2000x0,42 = 320 (m 3/h) =320x1,146=366,7 (kg/h) Vậy ta phải bố trí miệng hút tại vị trí đá mài với lưu lượng hút là: 320 (m3/h) bố trí được cho như hình vẽ: 6.5 Tính toán hút bụi cho tang quay. Đối với tang quay làm sạch hay làm nhẵn, khi chụp hút đặt trên trục rỗng của tang. Lưu lượng hút là Lh = 1800.D 2 , m3/h Trong đó: D: đường kính tang (D = 0,9), m Lh = 1800x0,92 = 1458 m3/h =1458x1,146 = 1671 (kg/h) Vậy ta phải bố trí miệng hút tại vị trí tang quay với lưu lượng hút là: 1458 (m3/h) bố trí được cho như hình vẽ: 6.6 Tính toán hút cho bể tôi dầu. - Nhiệt độ bể dầu tb=80 oC, kích thước bể 800x600x600mm, bể đặt độc lập (góc mở của đường hút Ψ = 3π/2). Nhận chụp hụt 1 bên thành ( vì chiều rộng b=0,6<0,7m). Chiều rộng khe hút b=0,1x0,6=0,06 (m). KZ = 1,5 KT = [1+0,6/4x0,8]2 = 1,41 A = 0,35 - Lưu lượng hút: L = 1688,92 m3/h = 1688,92x1,00 = 1689 (kg/h) - Vận tốc hút tại khe (F = 0,06x0,8 = 0,048 m2) vh = L/F.3600 = 1688,92/3600x0,048 = 9,8 (m/s) 7. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT VÀ CÂN BẰNG LƯU LƯỢNG Trong phân xưởng có 1 hệ thống thổi chung, 1 hệ thống thổi cục bộ(hoa sen không khí), 1 hệ thống hút chung (hút bằng tự nhiên), và các hệ thống hút cục bộ (chụp hút cửa lò, hút trên lò rèn, hút trên nguồn toả nhiệt, hút bụi cho máy mài 2 đá, hút bụi cho tang quay, hút khi độc trên bể dầu). Phương trình cân bằng nhiệt và cân bằng lưu lượng cho phân xưởng: → Trong đó: c – Tỉ nhiệt của không khí, c = 0,279 W/kg oC. LtCB – Lưu lượng của hệ thống thổi cục bộ, kg/h. ttCB – Nhiệt độ không khí của hệ thống thổi cục bộ, oC. LtC - Lưu lượng của hệ thống thổi cục chung, kg/h. ttCB – Nhiệt độ không khí của hệ thống thổi chụng, oC. LhCB – Lưu lượng của hệ thống hút cục bộ, kg/h. thCB – Nhiệt độ không khí của hệ thống hút cục bộ, oC. LhC - Lưu lượng của hệ thống hút cục chung, kg/h. thCB – Nhiệt độ không khí của hệ thống hút chụng, oC. 7.1 Tính toán nhiệt do hệ thông hút cục bộ khử được. Hệ thống hút cục bộ gồm có: Chụp hút mái đua cửa lò nung, chụp hút lò rèn 2 miệng lửa, hút trên nguồn toả nhiệt, hút bụi máy mài 2 đá, hút bụi tại tang quay, hút trên thành bể. Nhiệt lượng khử được của hệ thống hút cục bộ. QhCB=0,3x+0,65x+0,3x+Qtmay mai+Qttang quay , W Trong đó: Qt i:Nhiệt lượng khử được của hệ thống hút cục bộ i, W. QhCB i = c GhCB ithCB i, W. Trong đó: QhCB i: Lưu lượng của hệ thống hút thứ i, kg/h. thCB i: Nhiệt độ của hệ thống hút i, oC. →QhCB=0,3x3685,53+0,65x62116,32+0,3x331,14+ +4x0,279x320x(35-35)+0,279x1671x(35-35)= 41580,61 (W) Lưu lượng thổi cục bộ:Hoa sen không khí, LtCB = 2xLtHS1 + LtHS2 = 3x5451= 16354,4 (kg/h) Với hệ thống thổi chung cơ khí, và tự nhiên: ttC = tttN =32,7 oC Nhiệt độ hút chung bằng tự nhiên: ( là thoát ra qua cửa mái). Xác định nhiệt ở cửa mái theo công thức: thC = tvlv + β (H – 2) , oC Trong đó: β: Hệ số gradient nhiệt độ, oC/m. ( β = 0,8 oC/m phân xưởng nóng vừa ). tvlv : Nhiệt độ vùng làm việc, oC. (tvlv = 35 oC). H: Độ cao miệng hút, m ( H = 11,3 m). → thC = 35 + 0,8 (11,3 – 2) = 42,4 oC. 7.2 Giải hệ phương trình cân bằng nhiệt và cân bằng lưu lượng. Giải hệ phương trình cân bằng nhiệt và cân bằng lưu lượng ta xác định được lưu lượng thổi chung và lưu lượng hút chung. Lưu lượng hút chung là: Lưu lượng thổi chung là: , kg/h → LtC =2x6747,4+6648+3899,5+357,14+4x320+1671+1689+46044,7-16354,4= = 57058,74 (kg/h) Vậy lưu lượng thổi chung mà hệ thống cơ khí và tự nhiên cần đáp ứng là: LtC = 57058,74 (kg/h) = 57058,74x1,1547 = 65885,73 (m3/h) Vậy lưu lượng hút chung mà hệ thống hút tự nhiên cần đáp ứng là: LhC = 46044,7 (kg/h) = 44046,7x1,119 = 51524 (m3/h) 7.3 Tính toán lưu lượng thổi chung. Với cách bố trí miệng thổi như hình vẽ ta có 34 miệng thổi .Chọn lưu lượng mỗi miêng thổi 1500 m3/h, Chiều cao miệng thổi so với sàn là 3,2m, thổi đến vị trí người công nhân cách miệng 2,4 m (thổi đến người công nhân cao 1,2m ,đứng cách tường 1,2m). Chiều cao của tâm ống cao 6 m. Lưu lượng thông gió toàn phân xưởng là L = 1500x34 = 5100 m3/h Chọn miệng thổi Baturin có kích thước: do = 315mm,( F=0,14m2) - Vận tốc tại miệng thổi là: vo = L/F = 1500/3600x0,14 = 2,98 (m/s). - Chiều dài đoạn đầu: (a : là hệ số rối a = 0,12 đối với miệng Baturin) l1 = 0,335do /a = 0,335x0,315/0,12 = 0,93 (m) Vì 2,4 > 0,93 nên tiến diện tính toán nằm ở đoạn chính. - Vận tốc trục tại điểm x = 2,4(m): vx = vo0,48/(ax/do+0,145) = 2,98x0,48/(0,12x2,4/0,315+0,145) = 1,52 (m/s) - Vận tốc trung bình theo diện tích: vxtb = vo0,095/( ax/do+0,145) = 2,98x0,095/(0,12x2,4/0,315+0,145)= 0,3 (m/s) - Đường kính của luồng thổi: dx = do 6,8(ax/do+0,145) = 0,315x6,8(0,12x2,4/0,315+0,145) = 2,27 m 7.4 Tính toán lưu lượng hút chung (thông gió tự nhiên). Vì gió theo cả hai mùa đều theo hướng Đông lên thông gió tự nhiên dưới tác dụng của gió là rất ít do hướng Đông và hướng Tây không có cửa sổ. Vậy ta tính thông gió tự nhiên dưới tác dụng của nhiệt thừa. Biết F1=90 m2, F2=96 m2, tN=32,7 oC, tvlv=35 oC, tR=42,4 oC, Áp suất khí quyển P=760 mmHg, khoảng cách giữa 2 cửa h=9,5m Ứng với tN, tR, tTTB=(tvlv+tR) = =(35+42,4)/2=38,7 oC. Ta xác định các trị số ρt=1,205.273/(273+t): ρN =1,1547 kg/m3 ρR =1,1192 kg/m3 ρTTB=1,1325 kg/m3 ∆ρ=ρN – ρTTB = = 1,1547 - 1,1325 =0,0222 hg/m3 Chiều cao h1 xác định được là: , m. Áp suất thừa tại tâm cửa dưới (F1) là: Pth(F1)=0-h1(ρN – ρTTB)g=0-4,75x0,0222x9,81= -1,0345 Pa. Không khí vào qua cửa dưới (F1) là: , m/s Lưu lượng không khí vào qua cửa F1 là: LV=3600.F1.v1.ρN=3600x90x1,338x1,1547=500576,3(kg/h). Kiểm tra lưu lượng thoát ra qua cửa F2 là. - Chiều cao h1 xác định được là: h2=h - h1 =9,5 – 4,75 = 4,75 m. - Áp suất thừa tại tâm cửa dưới (F2) là: Pth(F2)=0+h2(ρN – ρTTB)g = 0+4,75x0,0222x9,81=1,0345 Pa. - Không khí vào qua cửa dưới (F2) là: m/s. - Lưu lượng không khí vào qua cửa F2 là: LR=3600.F2.v2.ρR=3600x96x1,36x1,1192=526041,9 (kg/h). Vậy LV và LR chênh lệch nhau không quá 5% vậy thông gió được đảm bảo. Lưu lượng thông gió tự nhiên đảm bảo cho phân xưởng. 8. TÍNH TOÁN THUỶ LỰC, CHỌN QUẠT VÀ CÁC THIẾT BỊ. 8.1 Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi chung và chọn thiết bị. Ta chỉ bố trí hệ thống thổi chung với khoảng cách các miệng thổi cách mặt sàn 3,2 m. Ống được cheo các mái là 2,5 m. Sơ đồ thông gió được bố trí như trên bản vẽ. Sau khi đã bố trí sơ đồ thông gió ta tính toán thuỷ lực đường ống: Sơ đồ không gian bố trí thổi chung. Bảng: Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi chung. TT L m3/h l m v m/s R d mm h DPms åx Pđ DPcb DP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 d.1-2 1500 5.8 5.3 0.105 315 1 0.609 1.53 1.72 2.632 3.241 d.2-3 3000 3 6.6 0.116 400 1 0.348 0.30 2.66 0.798 1.146 d.3-4 4500 3 7.9 0.14 450 1 0.420 0.23 3.82 0.879 1.299 d.4-5 6000 3 8.5 0.141 500 1 0.423 0.19 4.42 0.840 1.263 d.5-6 7500 3 8.5 0.122 560 1 0.366 0.17 4.42 0.751 1.117 d.6-7 9000 3 8.0 0.094 630 1 0.282 0.19 3.91 0.743 1.025 d.7-8 10500 3 9.4 0.127 630 1 0.381 0.24 5.40 1.296 1.677 d.8-9 12000 3 8.4 0.089 710 1 0.267 0.21 4.32 0.907 1.174 d.9-10 13500 3 9.5 0.112 710 1 0.336 0.25 5.52 1.380 1.716 d.10-11 15000 2.6 8.3 0.075 800 1 0.195 0.19 4.21 0.800 0.995 d.11-12 25500 22.46 11.1 0.111 900 1 2.493 0.48 7.54 3.619 6.112 d.12-13 51000 4 14.4 0.138 1120 1 0.552 2.4 12.68 30.432 31.370 Tổng tổn thất của hệ thống thổi chung là ∆P = 52,135 (kG/m2). - Tính toán chọn lưới lọc bụi: Lưới lọc bụi có kích thước 500x500mm, năng suất lọc 4000÷5000m3/h. Tổng lưu lượng của hệ thống thổi chung và thổi hoa sen không khí là 51000m3/h. Vậy số tấm lưới lọc bụi là: n = 51000/4000 = 12,75 tấm. Chọn số tấm lọc bụi là 12 tấm. Để đặt được tấm lọc bụi thi kích thước lắp đặt của 1 tấm là 550x550mm.Vậy kích thước đặt lưới lọc bụi là 1650x2200mm. Tổn thất áp suất qua lưới lọc bụi là 8 ÷ 10 kG/m2. Tổng tổn thất áp suất qua lưới lọc bụi là 1,5x2x10 = 30 kG/m2. - Tính toán chọn cửa lấy gió: với lưu lượng 51000 m3/h. Vận tốc qua cửa lấy gió chọn 2÷4 m/s. Kích thước cửa lấy gió ngoài là: = 51000/3600x4 = 3,6 m2. Chọn kích thước cửa lấy gió là 2000x1800mm. Mép dưới của cửa đặt cách mặt đất 2 m. Tổn thất áp suất qua cửa lấy gió chọn 5 (kG/m2). - Tổn thất áp suất qua quạt lấy = 10 (kG/m2). - Tổng tổn thất của toàn hệ thống là 97,135 (kG/m2). Chọn quạt Ц 4-70 N o12 Có số vòng quay của trục 750 vòng/phút. Hiệu suất η=0,74. Đường kính Puli 600mm. 8.2 Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi cục bộ (hoa sen không khí). Sơ đồ nguyên lý thổi hoa sen không khí: Ngăn phun Lưới lọc bụi Cửa lấy gió Bảng: Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi cục bộ (hoa sen không khí) TT L m3/h l m v m/s R d mm h DPms åx Pđ DPcb DP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 d.1-2 4595 9.66 6.5 0.086 500 1 0.831 3.33 2.487 8.282 9.112 d.2-3 9190 20.64 8.2 0.099 630 1 2.044 0.8 3.947 3.157 5.201 d.3-4 13785 2 9.7 0.116 710 1 0.232 1.4 5.505 7.707 7.939 Tổng tổn thất của hệ thống thổi cục bộ 22.252 - Tính toán chọn lưới lọc bụi: Lưới lọc bụi có kích thước 500x500mm, năng suất lọc 4000÷5000m3/h. Tổng lưu lượng của hệ thống thổi chung và thổi hoa sen không khí là 13785m3/h. Vậy số tấm lưới lọc bụi là: n = 13785/4000 = 3,5 tấm. Chọn số tấm lọc bụi là 4 tấm. Để đặt được tấm lọc bụi thi kích thước lắp đặt của 1 tấm là 550x550mm.Vậy kích thước đặt lưới lọc bụi là 1100x1100mm. Tổn thất áp suất qua lưới lọc bụi là 8 ÷ 10 kG/m2. Tổng tổn thất áp suất qua lưới lọc bụi là 1x1x10 = 10 kG/m2. - Tính toán chọn cửa lấy gió: với lưu lượng 13785 m3/h. Vận tốc qua cửa lấy gió chọn 2÷4 m/s. Kích thước cửa lấy gió ngoài là: = 13785/3600x4 = 1 m2. Chọn kích thước cửa lấy gió là 2000x0,5mm. Mép dưới của cửa đặt cách mặt đất 2 m. Tổn thất áp suất qua cửa lấy gió chọn 5 (kG/m2). - Tổn thất áp suất qua quạt lấy = 10 (kG/m2). - Tổn thất qua buồng phun lấy = 15 (kG/m2). - Tổng tổn thất của toàn hệ thống là =22,252+10+15+5+10=62,252 (kG/m2). Chọn quạt Ц 4-70 N o8 có vòng quay trục là 820 vòng/phút. Hiệu suất là η=0,8. Đường kính Puli d=400mm. 8.3 Tính toán thuỷ lực hệ thống hút bụi. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hút bụi. Bảng: Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi cục bộ (hoa sen không khí) TT L m3/h l, m v m/s R d mm h DPms åx Pđ DPcb DP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 d.1-2 1458 13.17 20.1 2.97 160 1 39.115 1.58 21.71 34.302 73.417 d.2-3 2098 1.8 22.9 3.30 180 1 5.940 0.10 32.07 3.207 9.147 d.3-4 2418 5.4 21.4 2.53 200 1 13.662 -0.40 28.01 -11.204 2.458 d.4-5 2738 1.5 20.0 1.93 220 1 2.895 0.00 24.46 0.000 2.895 d.5-6 2738 Thiết bị lọc bụi xiclon 20.000 d.6-7 2738 3.36 20.0 1.93 220 1 6.485 0.90 24.46 22.014 28.499 d.7-8 2738 Quạt hút bụi 10.000 Tổng tổn thất của hệ thống thổi hút 146.416 Tổng tổn thất của hệ thống thổi hoa sen không khí là ∆P = 146,42+10 = 156,42 kG/m2. (Trong đó 10 kG/m2 tổn thất qua ống thải có nón che mưa) Chọn quạt Ц Л 4-70 N o5 có vòng quay trục là 1700 vòng/phút. Hiệu suất là η=0,54. 8.4 Tính toán thuỷ lực hệ thống hút cho bể dầu. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hút cho bể tôi dầu. Bảng: Tính toán thuỷ lực hệ thống thổi cục bộ (hoa sen không khí) TT L m3/h l, m v, m/s R d mm h DPms åx Pđ DPcb DP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 d.1-2 1689 7.2 6.0 0.132 315 1 0.950 3.50 2.20 7.700 8.65 Quạt hút bụi 10.00 1689 Tổn thất qua ống thải có nón che mưa 10.00 Tổng tổn thất của hệ thống hút bể tôi dầu 28.65 Chọn quạt Ц Л 4-70 N o5 có vòng quay trục là 1000 vòng/phút. Hiệu suất là η=0,78. Các chi tiết và vị trí bố trí được xác định trên bản vẽ.