通風除塵管道的設計計算

通風除塵管道的設計計算第六章第六章通風除塵管道設計計算通風管道計算有兩個基本的任務：

一是確定管道的阻力,以確定通風除塵系統(tǒng)所需的風機性能;

二是確定管道的尺寸(直徑)，管道設計的合理與否直接影響系統(tǒng)的投資費用和運行費用。一.管道壓力計算(一)管道的阻力計算管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力.摩擦阻力由空氣的粘性力及空氣與管壁之間的摩擦作用產生,它發(fā)生在整個管道的沿程上,因此也稱為沿程阻力。局部阻力則是空氣通過管道的轉彎,斷面變化,連接部件等處時,由于速度大小和方向的變化及渦流、沖擊作用等產生的能量損失.1.摩擦阻力管道的摩擦阻力采用下式計算:ΔPm=λ·(L/De)·ρＶ2/2式中：ΔPm----摩擦阻力,Pa;

λ----摩擦阻力系數(shù),其值與流態(tài)有關;

L----管道長度,m;

ρ----空氣密度,Kg/m3;

Ｖ----管內平均流速,m/s;

De----風管的當量直徑,m.當量直徑：

De=4·f/P

式中f----管道的斷面積,m2;P----管道的周長,m.

對于圓管,當量直徑即為管道的直徑.對于矩形管,通常采用兩種當量直徑,即流速當量直徑和流量當量直徑.流速當量直徑是假設當量管道的流速與矩形管的流速相等,并且單位長度的摩擦阻力也相等.由此推得流速當量直徑為:De=2ab/(a+b)a,b為矩形管斷面的長,寬邊尺寸.流量當量直徑是假設等效圓管的流量與矩形管的流量相等,并且單位長度的摩擦阻力也相等.由此推得流量當量直徑為:

實際計算中多采用流速當量直徑.

在實際設計計算中,一般將上述摩擦阻力計算式作一定的變換,使其變?yōu)楦庇^的表達式.目前有如下兩種變換方式:(1)比摩阻法:

令Rm=(λ/De)·ρＶ2/2

稱Rm為比摩阻,Pa/m,其意義是單位長度管道的摩擦阻力.這樣摩擦阻力計算式則變換成下列表達式:ΔPm=Rm·L

為了便于工程設計計算,人們對Rm的確定已作出了線解圖（附錄6）,設計時只需根據(jù)管內風量、管徑和管壁粗糙度由線解圖上即可查出Rm值,這樣就很容易由上式算出摩擦阻力.

(2)綜合摩擦阻力系數(shù)法:

管內風速Ｖ=L/f,L為管內風量,f為管道斷面積.將Ｖ代入摩擦阻力計算式ΔPm=λ·(L/De)·ρＶ2/2后,令

Km=λ·(L/De)·ρ/2f2

則摩擦阻力計算式變換為下列表達式:ΔPm=Km·L2

稱Km為綜合摩擦阻力系數(shù),N·S2/m8.

采用ΔPm=Km·L2

計算式更便于管道系統(tǒng)的分析及風機的選擇,因此在管網系統(tǒng)運行分析與調節(jié)計算時,多采用該計算式.管道摩擦阻力受多種因素的影響,在設計計算時應考慮這些因素.主要影響因素有:管壁的粗糙度和空氣溫度.粗糙度越大,摩擦阻力系數(shù)λ值越大,摩擦阻力越大.溫度影響空氣密度和粘度,因而影響比摩阻Rm.溫度上升,比摩阻Rm下降.線解圖上查得的Rm是20℃時的數(shù)值,實際計算應根據(jù)具體溫度進行修正.（1）密度和粘度的修正式中：Ｒｍ－－實際單位長度摩擦阻力Ｒｍ0－－圖上查出單位長度摩擦阻力

ρ－－實際的空氣密度

ν－－實際的空氣運動粘度（2）空氣溫度和大氣壓力的修正式中：Ｋｔ－－溫度修正系數(shù)ＫＢ－－大氣壓力修正系數(shù)Ｋｔ、ＫＢ可以直接由圖6－1查出。（3）管壁粗糙度的修正式中：Ｋｒ－－管壁粗糙度修正系數(shù)（查文獻）Ｋ－－管壁粗糙度（查表）Ｖ－－管內空氣流速2.局部阻力局部阻力計算式為:Z=ξ·ρＶ2/2Pa

其中ξ為局部阻力系數(shù),根據(jù)不同的構件查表獲得.

在通風除塵管網中,連接部件很多,因此局部阻力較大,為了減少系統(tǒng)運行的能耗,在設計管網系統(tǒng)時,應盡可能降低管網的局部阻力.降低管網的局部阻力可采取以下措施:(1)避免風管斷面的突然變化;

(2)減少風管的轉彎數(shù)量,盡可能增大轉彎半徑;(3)三通匯流要防止出現(xiàn)引射現(xiàn)象,盡可能做到各分支管內流速相等.分支管道中心線夾角要盡可能小,一般要求不大于30°;(4)降低排風口的出口流速,減少出口的動壓損失;(5)通風系統(tǒng)各部件及設備之間的連接要合理,風管布置要合理，避免產生渦流.二管內壓力分布分析管內壓力分布的目的是了解管內壓力的分布規(guī)律,為管網系統(tǒng)的設計和運行管理提供依據(jù).分析的原理是風流的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關系式.主要結論：

(1)風機的風壓等于風管的阻力和出口動壓損失之和;(2)風機吸入段的全壓和靜壓都是負值,風機入口處的負壓最大;風機壓出段的全壓和靜壓都是正值,在出口處正壓最大;(3)各分支管道的壓力自動平衡；

(4)壓出段上的靜壓出現(xiàn)負值是由于斷面收縮得很小，使流速大大增加，當動壓大于全壓時，該處的靜壓出現(xiàn)負值.(一)管道直徑的計算在計算管道直徑時,應滿足以下約束條件:(1)管內流速的要求:

對于除塵管道,為了防止粉塵沉積管壁上,管內流速要大于一定的數(shù)值,即Ｖ≥Ｖmin,Ｖmin為防止粉塵沉積的最小風速.對非除塵管網可不受這個條件的約束.(2)阻力平衡要求:

要使各分支的風量滿足設計要求,各分支的阻力必須平衡.如果設計的阻力不平衡就應進行調節(jié).

(3)管道投資費用和運行費用的合理性:

管道直徑增大,阻力減少,運行費用降低,但阻力增大,運行費用也增大.因此,管徑的合理性應表現(xiàn)在管道投資費用與運行費用總和最小.

設計時,要使確定的管徑完全滿足上述約束條件是很困難的,因此人們提出了各種計算方法,常用的有以下幾種方法：1.假定流速法其原理是取管內流速等于最小風速或經濟風速,根據(jù)管內的流量Li即可得管徑Di為:

Di=4Li/(πVmin)

采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平衡，需進行阻力平衡調節(jié).假定流速法的計算步驟如下:(1)繪制通風系統(tǒng)軸側圖,對各管段先進行編號,標注各管段的長度和風量.(2)選擇管內合理的空氣流速.(3)根據(jù)各管段的風量和選定的流速確定各管段的管徑,并計算各管段的摩擦阻力和局部阻力.(4)對并聯(lián)管路進行阻力平衡調節(jié).(5)計算系統(tǒng)的總阻力,并根據(jù)總阻力和總風量選擇風機.2.等壓損法該法的原理是,假設風機的風壓H為已知,各管段單位長度的壓力損失相等,由此而求出各分支的管徑.這種方法計算結果也很難滿足阻力平衡要求,因此也需要進行阻力平衡調節(jié).3.靜壓復得法：該法原理是在管道的分支處,由于分流使流速降低,根據(jù)靜壓與動壓的轉換原理,流速降低,使風管分支處復得一定的靜壓,令此復得靜壓等于該管段的阻力.由此即可求得管道的直徑.此法主要用于高風速管網的計算.4.優(yōu)化設計法：該法的原理是以管道投資費用與運行費用總和最低作為目標函數(shù)而獲得管道直徑.這種方法是管網設計計算中的新理論,它對于降低通風系統(tǒng)的能耗,提高管網風量平衡精度具有重要的意義.

均勻送風管道的計算要求送風管道從風管側壁上的若干風口(或短管),以相同的出口速度,均勻地把等量的空氣送入室內,這種送風管道稱為均勻送風管道.均勻送風管道的構造有兩種形式,一種是均勻送風管道的斷面變化(即斷面逐漸縮小)而側風口(或短管)的面積相等;另一種是送風管道的斷面不變化而側風口(或短管)的面積都不相等.

其計算的基本原理是保持各側孔的靜壓相等.根據(jù)管道阻力的計算和能量方程即可求得各側孔靜壓相等的關系式.均勻送風管道計算的目的是確定側孔的面積,風管斷面尺寸以及均勻送風管段的阻力.當側孔的數(shù)量,側孔的間距以及每個側孔的送風量確定之后,按上述原理即可計算出均勻送風管道的尺寸.三.管道設計中的有關問題管道的阻力計算和尺寸計算只是管道設計的部分內容,在設計中還有許多因素需要考慮.如風管的布置問題,風管類型與材料的確定問題,管件定型化問題.風管的防火防爆措施,風管的防腐,泄水及保溫措施等,在設計中都應充分考慮.通風管道系統(tǒng)劃分1．空氣處理、室內參數(shù)要求相同的，可劃為同一系統(tǒng)；2．同一生產流程、運行班次和運行時間相同的，可劃為同一系統(tǒng)；3．對下列情況應單獨設置排風系統(tǒng)：（1）兩種或兩種以上的有害物質混合后能引起燃燒或爆炸；（2）兩種有害物質混合后能形成毒害更大或腐蝕性的混合物或化合物；（3）兩種有害物質混合后易使蒸汽凝結并積聚粉塵；（4）放散劇毒物質的房間和設備。4．除塵系統(tǒng)的劃分應符合下列要求：（1）同一生產流程、同時工作的揚塵點相距不大時，宜合為一個系統(tǒng)；（2）同時工作但粉塵種類不同的揚塵點，當工藝允許不同粉塵混合回收或粉塵無回收價值時，也可合設一個系統(tǒng)；（3）溫濕度不同的含塵氣體，當混合后可能導致風管內結露時，應分設系統(tǒng)。5．如排風量大的排風點位于風機附近，不宜和遠處排風量小的排風點合為同一系統(tǒng)。增設該排風點后會增大系統(tǒng)總阻力。風管布置

1．除塵系統(tǒng)的排風點不宜過多，以利各支管間阻力平衡；2．除塵風管應盡可能垂直或傾斜敷設，傾斜敷設時與水平面夾角最好大于45°；3．輸送含有蒸汽、霧滴的氣體時，如：表面處理車間的排風管道，應用不小于0.005的坡度，以排除積液，并應在風管的最低點和風機底部裝設水封泄液管；4．在除塵系統(tǒng)中，為防止風管堵塞，風管直徑應大于規(guī)定的數(shù)值。5．排除含有劇毒物質的正壓風管，不應穿過其它房間。6．風管上應設置必要的調節(jié)和測量裝置（如閥門、壓力表、溫度計、風量測定孔和采樣孔等）或預留安裝測量裝置的接口。調節(jié)和測量裝置應設在便于操作和觀察的地點。7．風管的布置應力求順直，避免復雜的局部管件。彎頭、三通等管件要安排得當，與風管的連接要合理，以減少阻力和噪聲。風管材料風管保溫（一）進風口位置應滿足下列要求：1．應設在室外空氣較清潔的地點。進風口處室外空氣中有害物質濃度不應大于室內作業(yè)地點最高允許濃度的30%。2．應盡量設在排風口的上風側，并且應低于排風口。3．進風口的底部距室外地坪不宜低于2m，當布置在綠化地帶時不宜低于1m。4．降溫用的進風口宜設在建筑物的背陰處。(二)排風口布置要求1．在一般情況下通風排氣立管出口至少應高出屋面0.5m。2．通風排氣中的有害物質必需經大氣擴散稀釋時，排風口應位于建筑物空氣動力陰影區(qū)和正壓區(qū)以上。3．要求在大氣中擴散稀釋的通風排氣，其排風口上不應設風帽。防暴及防火空氣中的可燃物含量達到爆炸濃度極限就會發(fā)生爆炸。設計有爆炸危險