机械通风（共7篇）
机械通风 篇1
摘要：目的探讨焊接车间屋顶机械通风治理后对化学性危害因素的控制效果。方法对某机械制造厂焊接车间屋顶机械通风治理前后车间内的化学性危害因素的浓度进行检测及评价。结果通风治理后车间空气中锰及其化合物、电焊烟尘、臭氧、一氧化碳、氮氧化物TWA有所下降, 其中以锰及其化合物的效果最好, 治理前后TWA分别为0.0470.187 mg/m3和0.0080.070 mg/m3。结论屋顶机械通风在改善焊接车间的整体空气质量上有一定效果, 但要对焊接车间的电焊烟尘进行有效控制, 还须采取局部机械通风除尘与全室机械通风有效结合的综合治理措施。
关键词：焊接车间,屋顶机械通风,治理,效果评价
在机械制造行业中, 焊接工序占主导地位。机械制造的焊接主要是CO2气体保护焊, 是利用CO2作为保护气体的一种熔化极气体保护的焊接方法, 温度高达4 000～5 000℃。CO2气体保护焊产生的尘毒来源于焊丝中主要金属的氧化物、电焊烟尘、一氧化碳、氮氧化物、臭氧。本市某机械制造厂为改善其焊接车间的作业环境, 对车间进行了屋顶机械通风治理。笔者于2008年10月至2009年2月对其治理前后的车间空气中的化学危害因素进行了对比检测评价。
1对象与方法
1.1 对象
某机械制造厂屋顶机械通风换气治理前后的焊接车间。
1.2 治理方法
该厂产品为泵送机械。其焊接车间主要焊接泵车转塔、横梁、副梁、支腿等组合件, 厂房长160 m, 宽40 m, 下梁高12 m, 每跨高度为30 m, 总面积为 (20+20) ×160=6 400 m2。车间内布置有20台焊机, 定点分布在厂房内。工人作业时间为每班8 h。通风治理前各作业岗位无局部通风排毒设施, 车间内通风不良。为改善该车间内的通风换气, 选用226台BDW型玻璃钢低噪音屋顶轴流风机, 均匀安装于屋顶, 通风换气次数为12次/h。
1.3 现场检测
1.3.1 检测项目
依据该厂焊接所用焊条的主要成分情况, 主要检测电焊烟尘、一氧化碳、氮氧化物、臭氧、锰及其化合物、气象条件。
1.3.2 检测布点
分别对整改前后的焊接车间空气进行采样, 依据职业卫生检测规范要求布点, 各设12个采样点。
1.3.3 检测仪器
AKFC-92G个体气体采样器, QT-3个体粉尘采样器, EY-3A电子微风仪。
1.3.4 检测方法
依据GBZ 159-2004《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》, 对电焊烟尘、一氧化碳、氮氧化物、锰及其化合物检测个体TWA, 臭氧检测MAC。电焊烟尘依据GBZ/T 192.1-2007检验分析;一氧化碳依据GB/T 18204-2000、GB 17220-1998现场直读;氮氧化物依据GBZ/T 160.29-2004检验分析;臭氧依据GBZ/T 160.32-2004检验分析。锰及其化合物依据GBZ/T 160.13-2004 (第一法) 检验分析。
1.3.5 评价依据 GBZ
1-2002《工业企业设计卫生标准》、GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素》。
2结果
2.1 粉尘、毒物浓度检测
经统计学分析, 锰及其化合物和一氧化碳治理前后效果比较差异有统计学意义, t值分别为2.625、2.485, 均P<0.05;电焊烟尘、氮氧化物、臭氧治理前后效果比较差异无统计学意义, t值分别为0.160、1.680、1.258, 均P>0.05。结果见表1。
注:*为MAC值。
2.2 风速
通风治理前车间平均风速为0.12 m/s;通风治理后车间平均风速为0.23 m/s。
3讨论
本次化学因素检测结果表明, 焊接车间采取屋顶机械通风, 对锰及其化合物和一氧化碳的治理效果明显 (均P<0.05) , 但对氮氧化物、臭氧、电焊烟尘的防护效果不明显 (均P>0.05) , 主要原因是焊接产生的氮氧化物、臭氧浓度偏低。电焊烟尘属金属气溶胶范畴, 烟尘可随气流一起流动, 通常情况下, 空气流速为0.35～0.80 m/s时, 电焊烟尘即可随空气一起流动, 而通风治理后的车间平均风速只0.23 m/s, 车间平均风速达不到要求, 导致电焊烟尘治理效果不明显;亦可能因为电焊烟尘比空气比重大, 屋顶通风不适宜电焊烟尘治理, 电焊烟尘治理需采用移动式或下抽风等局部除尘设备。
屋顶机械通风在一定程度上能够降低焊接作业环境的尘毒浓度, 但还是不能完全阻止焊接烟尘进入工人的呼吸带。本项目电焊烟尘治理使用了226台轴流风机但治理效果并不好, 说明治理措施的有效性十分关键。因此, 屋顶机械通风还须结合局部机械通风及全室机械通风来治理焊接车间作业环境。局部通风在有害气体产生的源头进行控制, 形式有固定式排烟罩 (吸尘罩) 、移动式排烟罩、手执式排烟罩等, 同时安装净化过滤设备[1,2]。全室机械通风采取置换通风的形式, 即将新鲜空气 (新鲜空气温度通常低于室内工作区的温度) 直接低速送入房间下部的工作区 (1.8 m以下空间) , 送风速度约为0.25～0.50 m/s, 排风口设置于车间的顶部。
针对焊接车间的大空间、大层高、岗位分散不固定、污染物与余热同时产生等特点, 须采取局部机械通风除尘与全室机械通风相结合的综合治理措施, 对焊接车间的尘毒进行有效控制, 真正实现保护工人健康的目的。
参考文献
(1) 邵强.职业病危害卫生工程控制技术 (M) .北京:化学工业出版社, 2005:46-55.
(2) 翟敬雄, 姜卫东.集装箱焊接车间烟尘治理措施 (J) .中国卫生工程杂志, 2007, 6 (1) :13-15.
机械通风 篇2
民以食为天，食以粮为先。保障粮食质量和卫生安全，关系国计民生。减少粮食与有害物质混存，不得使用国家禁止使用的化学药剂或者超量使用化学药剂，是粮食仓储业当前亟待探讨的问题。
1.1 食品安全意识
“大头娃娃”劣质奶粉事件、“苏丹红”事件、养猪喂瘦肉精、“三鹿奶粉”添加三聚氰胺等食品安全事件的发生，直接危害人们的身体健康和生命安全，人们对食品安全度打问号。各类事件的危害及影响暴露出我国食品安全存在的问题和隐患，给粮食仓储业敲响了食品安全意识的警钟，减少粮食直接接触有害化学药品，粮食绿色环保安全储藏使机械通风有了应用空间。
1.2 自然和人为因素
每年粮食收购季节基本在六月下旬以后，正值多阴雨天气，粮食抢收抢晒，麦秸草等杂质超量，干湿不均匀；近年来，农民收获粮食很少晒到计划经济时“干、饱、净”的储粮要求，习惯于收购后短时晾晒立即出售的卖法；各地储备库每年轮换计划和托市收购，粮食出现抢购现象，质量标准相对降低，加大了粮食储存保管难度，这为机械通风创造了必要环境。
1.3 粮食储存期间品质变化
众多因素收购的粮食入库，经熏蒸密闭压盖，粮食进入休眠期，由于杂质超标、水分过高等因素导致粮食发生霉变，粮食需要晾晒或串仓，为减少人力物力财力损失，此时机械通风显得尤为重要。
2、机械通风改善储粮条件，为企业节能增效
各地储备库抢购购进的粮食质量良莠不齐，安全的粮食进入正常保管管理，危险的粮食要经过机械通风手段处理方可安全储存。机械通风是利用风机产生的压力，将外界低温、低湿的空气送入粮堆，促使粮堆内外气体进行湿热交换，降低粮堆的温度与水分，增进储粮稳定性的一种安全储粮技术。
现以我库7号仓实践经验为例简析其作用：
2.1 实验材料
2.1.1 供试仓房和储粮：
7号仓为普通房式仓，八十年代建造，跨度12米，长度11.5米，堆粮线高度4米，设计仓容400吨。2008年8月入库小麦数量395吨，粮堆高度3.87米，容重762g/l，粮食入库平均水分13.0%，杂质0.9%，不完善粒5.8%，色泽、气味正常。
2.1.2 机械通风器材：
采用箱式空气分配器，分配器为长1m、高1m、宽0.6m五面带筛网的箱体（称为气箱），离心式4—72风机一台，功率7.5千瓦，单位通风量506.5立方米/小时·吨。
2.2 试验方法
粮食入库前，预埋气箱四个，通风管道连接箱体，将箱体与墙体接合处密封牢靠，防止粮粒流入箱体内堵塞通风管道。小麦入满仓后，平整粮面，扦取样品，密闭熏蒸。布设西南、西北、中部、东南、东北五个测温点, 分上、中、下三层。通风方式采用吸出式。通风降温采用一步到位法及三步降温法。其方法是：
2.2.1 第一步，在9月下旬至11月下旬，这段时间，结合天气的变化，将仓库的所有门窗打开，勤翻动粮面，进行自然通风，保持粮堆既降温又不增湿。经过一段时间自然通风，粮食上层温度由28.6℃降到20.6℃，接近仓外大气温度, 为下一步实施机械通风做好准备。
2.2.2 第二步，12月中下旬，当气温在15℃以下，粮温高于气温8℃以上，利用寒冷、干燥天气，从12月13日至12月22日进行第一阶段机械通风。此时粮堆平均温度27.6℃，而仓外温度最高12℃，最低4℃。为避免粮堆发生结露，通风时间宜掌握在从上午的9点到下午的3点左右，每次开机不超过6小时，累计通风50小时。
2.2.3 第三步，在翌年1月份将粮温降到0℃左右。2008年1月1日至1月3日，大气温度在0℃以下。气候干燥，选择气温最低时机，进行第二次机械通风，通风29小时。通风期间通过检测，仓内各测温点温度均低于1℃，粮堆内温度梯度为0.25℃/米粮层厚度，水分梯度为0.2%/米粮层厚度，结束机械通风。
机械通风结束后，借1月份气温低，气候干燥有利时机，大开门窗，加强自然通风，以均衡粮堆温湿度，巩固粮堆的低温状态。气温升高及时关闭门窗，进行塑料薄膜压盖密闭。于3月16日对该仓实施线毯覆盖粮面，聚乙烯薄膜一面密封粮堆，并用薄膜压槽密闭窗户。
2.3 结果与分析：
该仓机械通风系统效率评估：
2.3.1
降温通风的单位耗能=79×7.5/ (27.6-0.5) ×395=0.055kw·h/℃·t<0.18 kw·h/℃·t，说明该通风系统有较好的效益。
2.3.2 通风结束后一年中粮温的变化情况
从表中可以发现，通风结束后，一年内，粮食在储藏期间，粮堆上、中、下层的最高温度依次是：9月份的23.4℃，10月份的18℃和10月份的15℃。达到了准低温仓储粮。2009年5月29日查仓发现，该仓西墙南窗下有长角扁谷盗活虫2头、麦蛾幼虫2头，未作任何熏蒸处理，粮情一直保持安全稳定。
2.3.3 进行效益对比
若进行搬倒串仓和二次施药熏蒸杀虫费用：2490元（搬倒串仓费395吨×6元/吨，磷化铝4公斤×30元/公斤），串仓过程中损耗未计。
若进行机械通风产生费用：931元（79小时×15千瓦/小时×0.786元/千瓦）。
3、机械通风产生社会效应，有利于人类和谐发展
企业发展在寻求经济利益最大化的同时，既要做到安全生产，有利于粮食安全储藏，又要做到节能减排，保护环境，有益于人与自然和谐发展。本文从四个方面阐述应用机械通风所减少的危害与污染。
3.1 减少对人的危害
粮食仓储业在从事粮食储藏作业中直接接触毒药，不可避免地产生对环境要求不相适应的物质废气残渣，通过呼吸道、消化道、皮肤等途径进入人体，引起人体正常生理机能，导致恶心、呕吐、肢体麻木、不育，严重者死亡；被污染的粮食含有药剂残留，进入加工环节，处理不彻底，影响食用安全。
3.2 减少水污染
水是生命之源。投放大药量磷化铝片剂熏蒸杀虫，敌敌畏、防虫磷、防虫松杀虫，反应后留下残渣，在处理中丢于水里，水被污染，影响着人们的生命安全和身心健康。
3.3 减少大气污染
当通过化学药剂杀虫时，蒸发出的气体少量溢入空中，释放有害物质的污染源，导致空气中有害物质无论数量上还是种类不断增加，危害人们身体健康和生态平衡。
3.4 减少土壤污染
据调查，目前全国受污染耕地约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面积的1/10以上。当处理废气、废渣、废水、废液掩埋于土壤里，土壤污染能够造成有害物质在农作物中积累，并通过食物链进入人体，引发各种疾病，最终危害人体健康。
4、应用前景
实践表明，机械通风在粮食储藏中的应用，粮食整年处于低温储粮状态，粮食品质明显提高，延缓陈化速度，抑制新陈代谢，降低储粮损耗，有效地控制储粮害虫和微生物的活动、危害，它代表着未来粮食安全储藏的方向。
作为一种应急保粮手段，既可以进行高水分粮食收购，又能处理危粮或抑制虫粮，节支增效，也适应于小型平房仓推广应用。
随着人们食品安全意识的不断增强，对于粮食在生产、储藏、运输、加工等环节采用的技术提出了更加绿色环保要求，机械通风技术符合人们的这一要求，为粮食安全储藏提供了重要保证。
机械通风技术改变了传统利用化学药剂杀灭、控制害储粮虫和微生物的做法，在粮食储藏期间，不用或少用化学杀虫，减少化学药剂对水、空气、土壤等自然环境的污染，这一技术符合环保要求。
摘要：机械通风对粮食安全储藏有着十分重要的作用, 是“绿色储粮”、节能型粮食仓储业发展的必然趋势。我国大型中储粮库、地方储备库大部分采用机械通风作为保粮手段之一, 文章分析机械通风应用可行性以及对安全储粮的经济价值和社会价值。
关键词：粮食,机械通风,安全储藏
参考文献
[1]粮油储藏技术规范.中国标准出版社.2008年
[2]粮食储藏《.粮食储藏》编辑部.2009年
机械通风 篇3
1 水动风机的工作原理与主要优点
1.1 水动风机的工作原理
水动风机所采用的驱动方式并不是传统的电能, 而是水力。通过节能改造, 修改循环冷却管道的配管, 并增设旁通管道, 使循环冷却回水先通过水轮机后, 再进入冷却塔的配水系统中, 整个过程总, 水轮机的动力源均来自于整个循环冷却水系统的富余能量。同时, 水轮机的输出轴是与风机直接连接而带动其旋转, 从而实现了彻底取消原电动机的节能目的。
1.2 水动风机的优点
(1) 节能性好。从水动风机的工作原理可以看出, 其动力源均来自于循环冷却水系统的富余水压, 在达到了水轮机正常工作标准的同时, 还能确保循环水泵的能耗不发生变化, 从而实现了良好的节能效果。
(2) 冷却效果好。水轮机的转速, 会随着水量的变化而同步变化, 其所带动的风机转速与风量也随之改变, 从而使得冷却塔在整体气水比的稳定度方面, 能始终处于最佳的状态, 实现了良好的冷却效果。
(3) 操作便捷。水动风机可通过调节旁通阀门来控制进入水轮机的水流量, 从而实现转速的调节。在冬季时, 可以打开旁通阀门使水量直接进入布水器中, 此时水轮机即可缓慢运行。当需要完全停运水轮机时, 只需要同时将出水阀门与进入阀门关闭即可, 操作非常简单方便。
(4) 维护费用较低。通过水轮机替代电动机的节能改造以后, 可以取消风机原有的传动轴与减速机, 从而减少了日常的检修与维护工作, 降低了运维成本。
2 工程实例
本热电联厂共设置3座机械通风冷却塔, 配置4台循环水泵, 同时该循环水系统还设置有旁滤、加药和加氯等辅助设施。
2.1 冷却塔配置
本热电联厂冷却塔工艺编号分别为1#、2#和3#。单塔设计处理量为2500m3/h, 总处理量为7500m3/h, 其具体技术参数为:塔体尺寸12m×12m×10m;额定温降为12℃;冷却塔进水管管径为DN800mm。
2.2 风机配置
每座冷却塔各配置1台电动风机, 其中1#冷却塔风机采用变频控制, 2#和3#冷却塔风机采用直接工频控制, 具有停止与全运行两种工作状态。3台风机的具体技术参数为:风机直径8530mm, 电动额定功率为132k W, 电机额定电流为240A, 风机额定转速为136r/min, 风量为200×104m3/h;风机传动方式采用的是减速器+传动轴+电机, 风叶材质为玻璃钢, 共10片。
2.3 循环水泵配置
本工程共设置有4台循环水泵, 其工艺编号分别为3#、4#、5#和7#, 其中3#和5#循环水泵为同一型号的小泵, 4#和7#为同一型号的大泵。在运行过程中, 为一大泵搭配一小泵共同运行, 通常为3#水泵和4#水泵为一组, 而5#水泵则是和7#水泵为一组。各水泵的具体技术参数, 详见表1所示。
2.4 热电联厂原运行工况
在节能改造之前, 热电联厂运行工况为:5#泵和7#泵同时运行, 而3#泵则和4#泵备用, 三座冷却塔全部运行。实际处理循环水量为4800m3/h, 供水总管压力为0.44MPa。其中, 上塔阀门的开度, 1#塔为80%, 2#塔为50%, 3#塔为30%;运行泵出口阀门的开度, 5#泵为25%, 7#泵为50%;运行泵出口压力, 5#泵为0.497MPa, 7#泵为0.49MPa。
3 节能改造的技术可行性分析
3.1 水量可行性分析
目前, 该热电联厂实际循环水的总量为4800m3/h, 其中1#塔为1600m3/h, 2#塔为1700m3/h, 3#塔为1500m3/h。由于这三个大型机械通风冷却塔的设置方式为三间并联, 因此可以通过调整上塔的控制阀门, 使一间冷却塔的水流量能充分满足HLW-2500型号水轮机对水量的需求。
3.2 富余水压可行性分析
(1) 上水管富余水压
在当前运行条件下, 各冷却塔的上塔阀门开度分别为80%、50%和30%, 当将各冷却塔的上塔阀门全部开启以后, 其供水总管的压力会由原先的0.44MPa降低到0.42MPa。而这部分富余水压即为0.02MPa, 可提供给水轮机的使用。
(2) 运行水泵富余水压
由于水泵出口阀开度5#泵为25%, 7#泵为50%, 供水两台泵的供水总量为4800m3/h。根据流量匹配关系可以得出, 当前运行条件下5#泵和7#泵的实际供水量分别为2064m3/h和2736m3/h。
根据公式△P=Q2r/K2, 可计算得出DN600和DN800阀门在不同开度下的闭压压差值。其中K是指阀门的流量系数。详见表2所示。
当将5#泵出口阀门的开度由25%调整到90%时, 可获得富余水压为:0.16-0.00031=0.15969MPa。
当将7#泵出口阀门的开度由50%调整到90%时, 可获得富余水压为:0.0054-0.00022=0.00518MPa。
因此, 在保证水泵电流不增大的情况下, 全开运行水泵出口阀门可获得的富余水压为: (2064×0.15969+2736×0.00518) ÷4800=0.0717MPa。
综合上水管富余水压和运行水泵富余水压的结果, 可以得出热电联厂总共可利用的富余水压为0.02+0.0717=0.917MPa, 可充分满足HLW-2500水轮机运行的需要。
4 节能改造的具体内容
4.1 电机、减速机和传动轴的改造
将原机械通风冷却塔中的电机、减速机和传动轴取消, 在原风机叶片和轮毂下端安装水轮机, 并使原有进水管和水轮机的出水口相连接。
4.2 冷却塔的上水管的改造
经装置水冷器换热后的热水先通过水轮机, 然后再进入到冷却塔的配水系统中。进水主管提高3m后, 达到冷却塔平台位置直接与水轮机的进水口相对接。然后, 在水轮机旁边加装旁通管路, 通过调节旁通管道的流量来实现对水轮机流量的控制, 并控制水轮机的转速。同时, 水轮机出水口分别接在冷却塔内的布水管上, 以实现均匀布水的效果。
4.3 化冰系统的改造
在冷却塔的四周还装设有孔径为6mm, 管径为40mm的多孔化冰管, 并使化冰和冷却塔的布水主管之间相连接。在运行过程中, 可直接应用循环水回水的热量, 并均匀的喷洒在塔体的四周, 以实现塔壁与边缘填料的化冰。融化后的冰水可顺流进入到塔池的内部, 通常情况下, 要求化冰系统的喷淋水量不宜低于冷却塔淋水密度的两倍。
4.4 水轮机相关技术参数
在该热电联厂大型机械通风冷却塔的节能改造中, 所采用的水轮机型号为HLW-2500, 型式为混流式冷却塔专用水轮机, 外形几何尺寸为1846.2m×1518.1m×1601mm, 重量为1500kg, 额定工作效率为90%。节能改造前后的结构示意图, 分别见图1和图2所示。
5 节能改造的效果分析
5.1 节能预测
冷却塔年运行小时数按照5760计算, 则节省电能为:132k W×5760=760320k W/年。
电价费用按照工业电费0.5元/度计算, 则所节省的费用为:0.5×760320=380160元/年。
5.2 投资回报期分析
节能改造工程中, 冷却塔改造费用的单价约为300元/ (m3/h) , 则总共改造费用为:300×2500=750000元。
投资回报期即为:750000÷380160≈1.97年。
即用于该热电联厂大型机械通风冷却塔节能改造的费用, 仅需要1.97年的时间就能全部收回投资。
6 结束语
本文结合某热电联厂实施节能改造的工程实例, 就采用水动风机代替电动风机的技术可行性、具体改造内容以及改造效果进行了分析与探讨。经过一段时间的实际应用证明, 所采用的HLW-2500水轮机, 它具有设计严谨、结构合理、维护方便以及转动平稳等多方面特点, 可有效杜绝漏电、漏油、电机和减速机烧毁或损坏等故障问题, 为冷却塔的安全、连续性工作提供了有力的保障。而且整个节能改造工程投资回报期短, 节能效率高, 值得大力推广与应用。
参考文献
[1]李伟华.冷却塔的节能改造与适用性分析[J].炼油与化工, 2011 (1) :40~42.
[2]任晓杰, 杨建, 等.水轮风机替代电动风机在工业循环冷却水中的应用[J].科技传播, 2010 (16) :33~34.
[3]陈静.分析水动风机替代冷却塔电动风机的节能改造[J].中小企业管理与科技, 2014 (3) :123~125.
机械通风 篇4
关键词：混合式机械,通风,地铁隧道
在地铁隧道的施工过程中最常用的方法就是暗挖法, 隧道施工需要用到很多大型的混合式机械。喷锚支护就是地铁隧道施工建设中比较主要的方法之一, 这种方法是在喷射机里面装入水泥、石、砂等混合后的材料, 然后通过压缩空气的压力快速的喷在施工面上形成一种比较薄的支撑保护结构, 从而达到支撑地铁隧道形成的效果。但是由于喷射机当中的压缩空气高速工作, 水泥、砂、石等形成的混合材料会在喷射机工作后在隧道施工面形成严重的工业粉尘污染;另外, 在地铁隧道中还有很多机具、机械等工作, 这些都会产生一些污染环境的气体。这些粉尘和气体都给地铁隧道中的空气造成了很严重的污染。因此在地铁隧道施工建设中的通风问题, 成为地铁隧道建设前必须要考虑的问题。
1混合式机械通风设计计算
地铁隧道通风有很多种方式, 通风方式需要根据隧道的长短等客观因素来理性选择。压入式通风是通过柔软性能的通风管道把新鲜干净的空气通到掌子面, 对污染物及污浊空气形成压力, 从而排出。这种地铁隧道通风方式, 可以达到快速降低地铁隧道中易燃易爆气体浓度的效果, 但是会把掌子面附近集中的烟尘、 粉尘、污浊空气等等污染物吹送到整条地铁隧道中, 增加了污染空气在隧道中的停留时间。吸出式通风是通过管道将吸风口对准集中污染源, 从而有效地排出污染物, 可以快速地改善地铁隧道里面的空气质量。但是它的缺点在于吸出污染空气的通风管道是需要用自身强度比较高的材料来制成的, 这样增加了成本。 混合式通风是结合压入式和吸出式通风的优点, 在靠近地铁隧道出口的位置安装一个送风口, 送入新鲜空气的流量大于吸出污染空气的流量, 可以确保地铁隧道内的空气压力和环境。
1.1地铁隧道内通风流量确定
综合分析以上三种地铁隧道施工通风方式, 混合式通风是较为理想的选择, 根据GB 50299—1999, 地下铁道工程施工及验收规范, 地铁隧道内的风量可以按照地铁隧道内的施工人员以及施工机械需要的通风流量来计算:
式中:Q—地铁隧道通风流量 (m3/min) ;k—安全系数, 查规范, 选择1.25;m1—地铁隧道内最多的作业人数, 选择20人;m2— 地铁隧道内作业中的柴油机械的功率数, 选择9KW;m3—地铁隧道内作业中的电焊机数量, 选择2;q1—地铁隧道内作业人员所需风量, 选择3m3/min/ 人;q2—地铁隧道内施工机械每千瓦所需要的风量, 选择4m3/min/KW;q3—地铁隧道内施工电焊机每台所需要的风量, 选择3m3/min/ 台。
以南京某条长约400米的地铁隧道为例, 根据以上公式所得, 该隧道所需的通风流量为2.31m3/s。
1.2地铁隧道内风压确定
地铁隧道内风机的总体压力可以根据以下公式进行计算:
式中:p—离心风机总压 (Pa) ;∑ξ—通风管道局部损失的系数和, 管道接口直角弯头系数选择1, 吸风管管口损失系数选择0.5;λ—管道沿程的损失系数;l—通风管道长度 (m) ;d—通风管直径 (m) ;ρ—空气密度 (Kg/m3) ;v—通风管中的通风流速 (m/s) 。
根据基本参数, 将其带入以上公式中进行计算。
根据计算, 可以知道, 地铁隧道内风机的总压与风机功率会随着通风管的直径的增大而明显降低, 基于成本最少的原则, 应该要按照通风管的管材的经济状况来选择通风管直径, 但是由于地铁隧道内的通风要求和市场上可以选择的通风管材料的情况来看, 上述示例中应选择通风管径500mm, 通风管壁厚12mm的PVC管材。
2混合式机械通风设备选择
在以上示例的基础上, 根据之前的计算结果, 可以选择2台离心风机, 型号为4-72-5A。这种离心风机的通风流量范围大约在2.14~4.29m3/s, 它的总体风压在3187~2019Pa之间, 数据显示这两台设备可以让地铁隧道内达到最初设计的通风流量, 还留有一定的安全空间。
3管道安装与运行
为了方便后期的维修以及重复利用, 地铁隧道通风管道与管件之间采用直接对齐或者承插口接头, 然后用胶带密封。吸风管道内是负压, 可以选择从管道外面进行密封, 仅需要从管道的连接处用胶带缠绕密封, 这样也方便拆除和回收利用。由于通风管道强度比较大, 所以重量也会相对大一些, 因此大多都会直接在隧道底面进行铺设, 在接近掌子面的部分, 会抬高到3m的位置, 这样不会影响到隧道施工。另外, 在接近隧道通风管道进口处的负压较小, 因此可以选择较轻材质的管道, 这样可以减小铺设的难度。根据GB 50299—1999, 可以很方便的检测到地铁隧道内通风改造以后的空气质量是否达标。
4结论
经过混合式机械在地铁隧道施工中的通风改造设计计算以及实践之后, 可以证明在施工作业面空气中的污染物质集中的情况下, 采用吸风和抽风结合的混合式通风方式可以更好地达到地铁隧道内除尘和改善环境的效果;另外, 离心风机采用变频调速的方法以后, 可以根据隧道内实际的施工情况来调整转速, 不仅能达到作业要求, 而且可以节能环保, 降低噪声。这些设计改造都对以后城市建设中长距离的体贴隧道通风的设计起到了探索和改善作用。
参考文献
[1]骞志彦, 姜博.苏州地铁1号线车站通风空调系统节能控制方案与应用研究[J].电子世界, 2015 (19) .
机械通风 篇5
关键词：CO2,模型,鸡舍,机械通风
0 引言
大规模现代化养鸡是我国未来养鸡业的发展方向,如何建造大型的能自动调控环境以适应鸡健康生长的鸡舍是一个急需研究的课题。在正常条件下CO2为无毒、无气味、无颜色的气体,但是当其浓度较高时就会对周围环境及其动植物产生一定的影响。在大规模集约化养鸡的过程中,由于鸡的密集程度较高,因此鸡舍内CO2浓度的高低就是一个必须考虑的问题。研究表明,鸡舍内CO2浓度超过1 500×10-6时,就会使空气中氧的含量下降,造成机体缺氧,导致家禽体质变弱,采食量、日增重及生产力下降[1,2]。因此,有效降低鸡舍内CO2的浓度是非常重要的工作。在生产实践和实验过程中,机械通风是降低鸡舍内有害气体有效的办法。本文通过对鸡舍内CO2浓度在风机作用下随时间变化的研究,建立了风机通风条件下CO2浓度变化的理论模型,并通过实验加以验证。
1 风机作用下CO2浓度变化模型
1.1 建模思路
鸡舍内由于鸡呼吸呼出大量CO2和粪便腐败等物质在微生物降解作用下释放CO2,因此鸡舍内CO2浓度高于外界。通过在风机通风作用下,使鸡舍内外进行空气交换,从而降低鸡舍内CO2浓度。根据物质守恒原理,建立鸡舍内CO2浓度在风机恒定速率作用下随时间的变化模型。在理想状态下建立数学模型,1) 鸡舍为理想状态,风机排出的气体与进入的气体速率相等;
2) 鸡舍内的CO2浓度混合均匀,不存在浓度梯度差;
3) 鸡舍内饲养鸡数目一定,通风风机速率恒定。
由于建立模型是在风机通风的较短时间内预测CO2浓度的变化,故将鸡舍内鸡呼出CO2的速率和从粪便中释放的CO2的速率视为定值。
1.2 通风条件下鸡舍内CO2浓度平衡方程的建立
鸡舍二氧化碳通风结构示意图,如图1所示。设鸡舍内CO2浓度在风机通风作用下dt时间内其变化量为dM,进入鸡舍内为正方向。根据物质守恒原理,等式如下
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(1)
式中 V—实验所用鸡舍内体积(m3);
M—鸡舍内CO2浓度(×10-6);
T—通风时间(s);
Mb—鸡单位时间内所呼出CO2浓度(×10-6);
Mr—鸡舍内单位时间CO2释放速率(×10-6);
Mi—单位时间内进入鸡舍内的CO2浓度(×10-6)。
整理可得
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设鸡舍内CO2浓度的初始浓度为M1,经风机通风t时段后,鸡舍内CO2浓度变为M,故有
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则undefined
参考图1,由鸡舍内在某一时刻CO2浓度的变化可知
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将式(5)代入式(4),从而可得,鸡舍内CO2浓度在恒定风机速率作用下关于时间t的函数方程为
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(6)
由此模型,在假定条件下可以预测鸡舍内CO2浓度在某一时段内的变化。
2 实验方法与结果验证
实验场地在如图1所示的鸡舍内,鸡舍总长110m、宽12m、檐高3.6m、脊高4.0m。鸡舍内3组鸡笼,鸡笼之间由廊道隔开,养鸡总数约1.6万只;鸡舍内采用纵向通风,风机通风速率恒定,为9.0m3/s。监测点在距门102m、地面0.45m处,靠近风机端,以代表整个鸡舍内CO2的浓度变化。监测仪器为eSENSE-ICO2变送器。根据预设状态,鸡舍内风机循环间歇式运作且只有单个风机运行,时间间隔为6min。在监测点处风机开启状态下连续监测,把风机开启时刻的CO2浓度值作为起始浓度,在风机开启状态下每隔30s采集一次数据,以观察在风机连续开启条件下鸡舍内CO2浓度的变化情况。根据实验结果以验证所建立的预测模型。
在实验过程中,预先可测知等式中所需参数的值:V=5 016m3;Mi=400.4×10-6。
当鸡舍内CO2初始浓度为1864.6×10-6时,可求得一组预测值,如表1中的理论值1;当鸡舍内CO2初始浓度为1 833.3×10-6时,可求得一组预测值,如表1中的理论值2。
表1中的数据分别是在两次实验中所得的数据和其所对应的理论预测值数据。实验值1与实验值2是在实验过程中各个时间点监测值,而理论值1与理论值2是分别与其对应的理论预测值。
图2为用Excel软件做出的预测模型所得理论值2与实验值2的关系对比图。图3为预测模型所得理论值2与实验值2的相关性图,其相关性R2=0.937 1。而理论值1与实验值1的相关性为0.99(因篇幅有限略去相关性图),证明了两组数据有很强的相关性,由此验证了所建立的预测模型的正确性,可在短时间内有效预测鸡舍内CO2浓度的变化。
另外,根据CO2浓度动态变化情况,为达到有效降低CO2浓度的目的,应延长通风时间,以缓解在原有风机工作条件下CO2浓度超标的状况。
3 结论
本文分析了机械通风对鸡舍内CO2浓度的影响,并建立其预测模型,并利用相应条件下所作的实验数据验证了所建立模型的可靠性。理论值与实验值的相关性R2≥0.937 1,证明该模型较为客观的反映了在恒定通风速率条件下机械通风的效果和CO2浓度的变化,可达到有效的预测效果。
参考文献
[1]Bakker G C M.Interaction between carbohydrates and fat in pigs:Inpact on energy evaluation of feeds.Ph.D this is[D].The Netherlands:Wageningen Institute of Animal Sci-ences,1996.
[2]李庆康,吴雷,刘海琴,等.我国集约化畜禽养殖场粪便处理利用现状及展望[J].农业环境保护,2000,19(4):251-254.
机械通风 篇6
通风在农业建筑物的气候环境调控中起到非常重要的作用。在温室生产中通风的作用除了要交换热量、降低湿度,还要为温室提供空气以防止二氧化碳的缺失。目前,通风被分成3种基本的方式:自然通风、机械通风和混合通风。机械通风通风率的可控性好、降温效果明显、可靠性高,但运行过程中电能能耗高。所以,研究机械通风的优化控制、降低能源消耗具有特别重要的意义。
温室温度场的分布是动态复杂的分布特征,是一个典型的分布参数系统。即温室内各点的参数是不一样的,即各点的参数不仅与时间有关系,而且与空间位置有关系;与外扰的强度有关系,而且与外扰的位置有关系。因此,为了实现优化控制,必须充分了解降温过程的动态响应特性。
国内外不少学者采用CFD技术来预测温室在机械通风条件下室内温度和气流的动态变化,分析室内微气候环境的变化特点[1,2,3];也有应用计算流体力学软件Fluent对空调房间温度场开展动态特性研究的报道[4]。本文介绍了应用Fluent对机械通风温室内部温度场的稳态和非稳态过程进行模拟,通过所计算得到的不同位置的温度动态响应来分析特征点的动态特征。
1温室温度场CFD模拟
1.1数值模型
1)三维模型。以某3连栋温室作为研究对象,温室的几何特征:温室的脊向为南北向,跨度7.5m,天沟高3.5m,脊高5m。温室安装6个直径1.5m、中心离地面0.8m的风机,与风机相对的山墙上安装湿帘。湿帘高1m,距地面0.8m。
使用Fluent Inc.自行开发的网络创建软件Gambit建立温室的几何模型和进行划分网格,并对湿帘和风机处进行了网格加密。网格质量按照EquiAngle Skew标准进行控制,如图1所示。
2)湍流模型。标准k-ε模型是半经验的公式,主要是基于湍流动能和扩散率。k方程是精确的方程,ε方程是由经验公式导出的方程。k-ε模型假定流体流场完全是湍流,此模型在温室环境模拟中获得了较高精度。本模拟假设温室内的空气为连续、稳定、不可压缩牛顿流体,采用标准k-ε模型来描述温室内气体的湍流输送过程。
3)辐射模型。太阳辐射是影响温室内环境的一个重要因素,在综合考虑光学深度、散射和发射、气体和颗粒间的辐射换热,以及需对材质作半透明介质或不透明处理,决定采用离散坐标(discrete ordinates,DO)辐射模型。
1.2 边界条件
网格划分完成后,在Gambit中设置计算域的边界类型,入口(inletl)采用压力边界条件、出口(outlet)采用速度边界条件、顶棚(inlet2)采用辐射边界条件、壁面(wall)和地面(ground)采用固体壁面边界条件,并将整个计算域定义为流体域类型。假设近壁处的气流流动符合单层壁面函数法的对数分布规律,由于温室的保温功能,故给定墙体和地面的对外传热条件为绝热。太阳辐射在数值模拟中,通过在能量方程中加入太阳辐射的能量源项进行处理。模型的主要的边界条件及初始参数:
入口的平均温度/℃:20
风机出口平均风速/m·s-1:3
室外温度/℃:25
室内土壤的温度/℃:24
流场的初始温度/℃:32
总太阳的辐射强度/W·m-2:800
对流换热系数/W·(m2·K)-1:8
1.3 稳态计算
在用Fluent模拟求解时,对能量和动量方程的求解采用二阶迎风格式进行离散化处理,使用的是SIMPLE算法,应用分离式求解器对各守恒方程进行3D稳态数值求解。
从模拟得到的温室内部温度场的分布情况(如图2和图3所示)可知,从湿帘到风机的水平方向和竖直方向存在温度梯度:在水平方向湿帘入口的温度较低,在气流到达风机出口的过程中,水平方向的气温逐渐上升,但上升平缓且均匀;在竖直方向,温室下部温度较低,随着高度的增加,温度上升较为平缓和均匀,温室内部风机和湿帘上部空间空气温度较相同高度的其他位置要高;并且温室中部位置温度相对较低,周围的温度相对较高。
2 温室温度场动态特性分析
对于实际使用的温室来讲,空间内部的温度参数不仅与空间位置有关,而且与时间有关系,不仅与外部环境的扰动有关(如辐射的变化),而且与扰动的位置有关(如辐射的角度)。因此,其是典型的分布参数系统。
表1中给出了瞬态模拟计算的4种工况。C1～C4分别模拟晴天正午、阴天正午、晴天上午和提高通风率的情况。图4～图6分别为100s内A,B,C等3点的Fluent瞬态模拟计算的结果。从图4～图6中可以看出,在风机开始通风降温的过程中,靠近湿帘处的温度响应较其它两个位置要快,在4种条件下,都在大约前10s内快速下降了40%左右,然后趋于平缓下降。
观察B,C两点的情况,可以看到在风机启动后,温度首先是一个上升的过程,越靠近风机所在的排风口,温度上升的幅度越大,在上升到顶点后,才转入降温过程。这就是说离进风口越远,温度下降的过程响应越滞后。但在3个位置的变化都显示,在C4的情况下,也就是提高通风风速后,降温过程滞后的程度会得到改善。
综合观察3个位置的情况,可以看到:在相同的通风率下,辐射强度越高,动态过程趋于稳定的温度越高;提高通风率,可以进一步降低室内温度的稳定值;在相同的辐射强度,但比较正午时的直照和上午的斜照,在温室的3个位置,直照总是对温室有较多的热贡献,从而使温度下降的更慢。
3 结论
本文应用CFD软件Fluent对装备有湿帘—风机的连栋塑料温室温度场进行了初步的数值模拟,结果显示在机械通风下温室内部的温度场在水平方向和垂直方向都有温度梯度。
应用Fluent的非稳态计算,可以获得温度场任意点的温度变化曲线。从所计算的3个特征点的温度对机械通风的阶跃响应,可以比较清楚地观察到温室内部温度场分布的动态特征。因此,对于温室的设计和自动控制具有一定的指导意义。
本研究未能在数值模型中考虑植物、湿帘结构等因素对温度场的影响,得到结果的精确度有一定的局限性,这些将在以后的工作中进一步完善。
参考文献
[1]童莉,张政,陈忠购,等.机械通风条件下连栋温室速度场和温度场的CFD数值模拟[J].中国农业大学学报,2003,8(6):33-37.
[2]吴飞青,张立彬,胥芳,等.机械通风条件下玻璃温室热环境数值模拟[J].农业机械学报,2010,41(1):153-158.
[3]Harral B B,Boon C R.Comparison of predicted and meas-ure-ed air flow patterns in a mechanically ventilated live-stock building without animals[J].Agricultural Engng.Res,1997(66):221-228.
[4]张欢,宋国军,王志刚,等.空调房间开机状态温度场动态特性CFD模拟及实验研究[J].制冷学报,2005,26(3):16-21.
机械通风 篇7
通过盲目串联风机来改善洞内作业环境的做法是通风工作的一个误区, 应当通过寻求其它方法更为有效地改善作业环境。文章主要探讨了混合机械通风的工作原理、优点、以及具体的应用。
1 混合机械通风方式概述
在地铁隧道的施工中, 施工通风主要可以采用压入式、抽出式、混合式三种形式。压入式通风的新鲜空气由通风机吸入经通风管送到工作面, 污染空气由隧道内排出洞外;抽出式通风的新鲜空气由隧道内流入工作面, 污染空气由通风机吸入经通风管排出洞外;混合式通风由两台通风机组成, 一台向工作面压新鲜空气, 一台把污染空气抽出洞外。各通风方式的比较见表1。
抽出式 (在柔性风管系统中作压出式布置) 风机的功率较大, 是主风机。压入式风机是辅助风机, 它的作用是利用有效射程长的特点, 把炮烟搅混均匀并排离工作面, 然后由抽出式 (压出式) 风机吸走。这种方式综合了前两种方式的优点, 适合于大断面长距离隧道通风, 在机械化作业时更为有利。采用喷锚支护的隧道, 喷浆地点的粉尘浓度很高, 采用混合式通风, 降尘效果十分明显。
混合式通风集中了压入式和抽出式通风的优点, 但所需的通风设备增加。压入式串联风机与混合式通风比较, 混合式通风的每台通风机单独运转, 管理起来要比串联时容易的多;通风距离的相对缩短, 增大了有效风量, 利于开挖面污风的迅速排出;抽风机将污风抽出洞外, 避免污风对全隧的污染, 可以极大改善洞内作业环境。如果将采用串联风机的压入式通风变为双软管混合式通风是更加合理的方案。
为了避免循环风, 混合式通风系统中压入式风机进风口距抽出式风筒吸风口 (或压出式风机吸风口) 的重合距离不得小于10m。两风筒重合段内隧道平均风速不得小于该隧道的最低允许风速。吸风口距工作面的距离应大于炮烟抛掷长度, 一般为30~50m以上。压入式风筒口距工作面的距离应不大于风流的有效射程。
2 混合式机械通风的设备在地铁隧道施工中的应用
地铁隧道通风方案的关键在于通风系统的设计是否合理、风机与通风管的能力能否互相匹配。如果片面追求高效率、大风量的风机, 而风管的直径小, 阻风系数高, 漏风严重, 则决不会取得好的通风效果;另一方面, 若风管直径较大, 而风机风量小, 风压太低, 也难以保证通风能取得良好效果。
2.1 通风机
目前的通风机有子午加速式轴流通风机、对旋式轴流通风机、变特性隧道轴流风机等。由于变特性风机价格较高, 目前采用较少。通过很多隧道施工的实践, 从使用效果看, 对旋式轴流通风机不失为一个好的选择。
2.2 风管
我们对风管的要求有:风阻系数低, 漏风率低, 合适的直径。通常风管可分为维尼龙胶布风管、镀锌薄钢板风管、玻璃钢风管等。由于玻璃钢风管、铝合金板风管造价昂贵, 运输和存放困难, 加工、接长不便等, 因此较少采用, 除在排风式 (或吸出式) 通风情况下必须采用刚性风管外, 一般送风式 (或压入式) 通风全部采用维尼龙胶布风管, 它具有运输存放容易和方便、接长简单 (用拉链即可连接) , 其他施工作业时可方便地挪移等优点。
3 施工通风的计算
3.1 地铁隧道施工通风的因素
(1) 洞内同时工作的最多人数所需要的新鲜空气; (2) 把同时爆破且使用最多炸药量所产生的有害气体稀释到允许的浓度下所需的风量; (3) 坑道内的风速不得小于规定的最小风速, 且不得大于规定的最大风速; (4) 冲淡内燃机械作业排出废气所需的风量。
3.2 通风计算的有关公式
3.2.1 按洞内最小风速计算
3.2.2 按洞内可能的同时作业的最多人数计算
3.2.3 按稀释爆破烟尘计算
3.2.4 按冲淡内燃机械作业排出的废气计算
3.3 通风机位置的设置
通风机应设于洞内不影响施工又不受施工影响的地段, 除开挖面外, 检底、欠挖等污染源应位于压风机的影响范围之外, 以保证进风的空气质量。压风和抽风风机的水平距离要在50m以上, 避免因扩散而引起污风被压风机吸入的状况。风机上下平行布置时要把抽风机放置在高处, 压风机放置在低处。
3.4 通风管路的漏风
新鲜空气通过压风的管路送到开挖面, 压风管路的漏风对隧道内的污风有稀释作用, 因而可视为有效漏风, 对压风管路的漏风率要求比抽风管路的低。抽风管路内流动的是污风, 管路的漏风会漏到隧道内, 进而污染进洞空气, 造成进洞空气质量的下降, 因此抽风管路的漏风危害严重, 必须严格按设计要求加以控制, 确保管路漏风在设计要求的范围内。
3.5 管路排水孔的设置
由于洞内外的空气温度、湿度相差大, 管路内会产生大量的水份, 尤其是洞外温度低时的抽风管路。有的通风管本身有排水装置, 可以充分利用。对于没有排水装置的通风管, 在管路安装完成运行一段时间后, 管路内会出现水份的聚集, 此时选择易于把水排净的位置安装排水装置, 排水装置可选则轮胎用的气门桩。
4 结束语
总之, 地铁隧道施工通风尤其是长大隧道的施工通风, 对隧道施工具有重要的影响, 这就要求我们必须高度重视。混合式机械通风在地铁隧道中的成功应用, 保证了施工作业的安全, 为施工企业提高了经济效益。
参考文献
[1]王海峰.乌鞘岭特长隧道斜井施工通风技术[J].科技情报开发与经济, 2007 (15) :277-279.
[2]罗占夫, 等.关角隧道施工通风斜井分隔技术研究[J].隧道建设, 2009, 29 (04) :411-414.
[3]王德明.矿井通风及安全[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005.