通風(fēng)除塵管道的設(shè)計(jì)計(jì)算

通風(fēng)除塵管道的設(shè)計(jì)計(jì)算第六章第六章通風(fēng)除塵管道設(shè)計(jì)計(jì)算通風(fēng)管道計(jì)算有兩個(gè)基本的任務(wù)：

一是確定管道的阻力,以確定通風(fēng)除塵系統(tǒng)所需的風(fēng)機(jī)性能;

二是確定管道的尺寸(直徑)，管道設(shè)計(jì)的合理與否直接影響系統(tǒng)的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。一.管道壓力計(jì)算(一)管道的阻力計(jì)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(chǎn)生,它發(fā)生在整個(gè)管道的沿程上,因此也稱(chēng)為沿程阻力。局部阻力則是空氣通過(guò)管道的轉(zhuǎn)彎,斷面變化,連接部件等處時(shí),由于速度大小和方向的變化及渦流、沖擊作用等產(chǎn)生的能量損失.1.摩擦阻力管道的摩擦阻力采用下式計(jì)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(guān);

L----管道長(zhǎng)度,m;

ρ----空氣密度,Kg/m3;

Ｖ----管內(nèi)平均流速,m/s;

De----風(fēng)管的當(dāng)量直徑,m.當(dāng)量直徑：

De=4·f/P

式中f----管道的斷面積,m2;P----管道的周長(zhǎng),m.

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

實(shí)際計(jì)算中多采用流速當(dāng)量直徑.

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

令Rm=(λ/De)·ρＶ2/2

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

為了便于工程設(shè)計(jì)計(jì)算,人們對(duì)Rm的確定已作出了線(xiàn)解圖（附錄6）,設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)管內(nèi)風(fēng)量、管徑和管壁粗糙度由線(xiàn)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(nèi)風(fēng)速Ｖ=L/f,L為管內(nèi)風(fēng)量,f為管道斷面積.將Ｖ代入摩擦阻力計(jì)算式ΔPm=λ·(L/De)·ρＶ2/2后,令

Km=λ·(L/De)·ρ/2f2

則摩擦阻力計(jì)算式變換為下列表達(dá)式:ΔPm=Km·L2

稱(chēng)Km為綜合摩擦阻力系數(shù),N·S2/m8.

采用ΔPm=Km·L2

計(jì)算式更便于管道系統(tǒng)的分析及風(fēng)機(jī)的選擇,因此在管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行分析與調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí),多采用該計(jì)算式.管道摩擦阻力受多種因素的影響,在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)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(xiàn)解圖上查得的Rm是20℃時(shí)的數(shù)值,實(shí)際計(jì)算應(yīng)根據(jù)具體溫度進(jìn)行修正.（1）密度和粘度的修正式中：Ｒｍ－－實(shí)際單位長(zhǎng)度摩擦阻力Ｒｍ0－－圖上查出單位長(zhǎng)度摩擦阻力

ρ－－實(shí)際的空氣密度

ν－－實(shí)際的空氣運(yùn)動(dòng)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(xiàn)）Ｋ－－管壁粗糙度（查表）Ｖ－－管內(nèi)空氣流速2.局部阻力局部阻力計(jì)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(gòu)件查表獲得.

在通風(fēng)除塵管網(wǎng)中,連接部件很多,因此局部阻力較大,為了減少系統(tǒng)運(yùn)行的能耗,在設(shè)計(jì)管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)盡可能降低管網(wǎng)的局部阻力.降低管網(wǎng)的局部阻力可采取以下措施:(1)避免風(fēng)管斷面的突然變化;

(2)減少風(fēng)管的轉(zhuǎn)彎數(shù)量,盡可能增大轉(zhuǎn)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(nèi)流速相等.分支管道中心線(xiàn)夾角要盡可能小,一般要求不大于30°;(4)降低排風(fēng)口的出口流速,減少出口的動(dòng)壓損失;(5)通風(fēng)系統(tǒng)各部件及設(shè)備之間的連接要合理,風(fēng)管布置要合理，避免產(chǎn)生渦流.二管內(nèi)壓力分布分析管內(nèi)壓力分布的目的是了解管內(nèi)壓力的分布規(guī)律,為管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供依據(jù).分析的原理是風(fēng)流的能量方程和靜壓、動(dòng)壓與全壓的關(guān)系式.主要結(jié)論：

(1)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓等于風(fēng)管的阻力和出口動(dòng)壓損失之和;(2)風(fēng)機(jī)吸入段的全壓和靜壓都是負(fù)值,風(fēng)機(jī)入口處的負(fù)壓最大;風(fēng)機(jī)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(dòng)平衡；

(4)壓出段上的靜壓出現(xiàn)負(fù)值是由于斷面收縮得很小，使流速大大增加，當(dāng)動(dòng)壓大于全壓時(shí)，該處的靜壓出現(xiàn)負(fù)值.(一)管道直徑的計(jì)算在計(jì)算管道直徑時(shí),應(yīng)滿(mǎn)足以下約束條件:(1)管內(nèi)流速的要求:

對(duì)于除塵管道,為了防止粉塵沉積管壁上,管內(nèi)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(fēng)速.對(duì)非除塵管網(wǎng)可不受這個(gè)條件的約束.(2)阻力平衡要求:

要使各分支的風(fēng)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,各分支的阻力必須平衡.如果設(shè)計(jì)的阻力不平衡就應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié).

(3)管道投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的合理性:

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

設(shè)計(jì)時(shí),要使確定的管徑完全滿(mǎn)足上述約束條件是很困難的,因此人們提出了各種計(jì)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(nèi)流速等于最小風(fēng)速或經(jīng)濟(jì)風(fēng)速,根據(jù)管內(nèi)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(jìn)行阻力平衡調(diào)節(jié).假定流速法的計(jì)算步驟如下:(1)繪制通風(fēng)系統(tǒng)軸側(cè)圖,對(duì)各管段先進(jìn)行編號(hào),標(biāo)注各管段的長(zhǎng)度和風(fēng)量.(2)選擇管內(nèi)合理的空氣流速.(3)根據(jù)各管段的風(fēng)量和選定的流速確定各管段的管徑,并計(jì)算各管段的摩擦阻力和局部阻力.(4)對(duì)并聯(lián)管路進(jìn)行阻力平衡調(diào)節(jié).(5)計(jì)算系統(tǒng)的總阻力,并根據(jù)總阻力和總風(fēng)量選擇風(fēng)機(jī).2.等壓損法該法的原理是,假設(shè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓H為已知,各管段單位長(zhǎng)度的壓力損失相等,由此而求出各分支的管徑.這種方法計(jì)算結(jié)果也很難滿(mǎn)足阻力平衡要求,因此也需要進(jìn)行阻力平衡調(diào)節(jié).3.靜壓復(fù)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(dòng)壓的轉(zhuǎn)換原理,流速降低,使風(fēng)管分支處復(fù)得一定的靜壓,令此復(fù)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(fēng)速管網(wǎng)的計(jì)算.4.優(yōu)化設(shè)計(jì)法：該法的原理是以管道投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用總和最低作為目標(biāo)函數(shù)而獲得管道直徑.這種方法是管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算中的新理論,它對(duì)于降低通風(fēng)系統(tǒng)的能耗,提高管網(wǎng)風(fēng)量平衡精度具有重要的意義.

均勻送風(fēng)管道的計(jì)算要求送風(fēng)管道從風(fēng)管側(cè)壁上的若干風(fēng)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(nèi),這種送風(fēng)管道稱(chēng)為均勻送風(fēng)管道.均勻送風(fēng)管道的構(gòu)造有兩種形式,一種是均勻送風(fēng)管道的斷面變化(即斷面逐漸縮小)而側(cè)風(fēng)口(或短管)的面積相等;另一種是送風(fēng)管道的斷面不變化而側(cè)風(fēng)口(或短管)的面積都不相等.

其計(jì)算的基本原理是保持各側(cè)孔的靜壓相等.根據(jù)管道阻力的計(jì)算和能量方程即可求得各側(cè)孔靜壓相等的關(guān)系式.均勻送風(fēng)管道計(jì)算的目的是確定側(cè)孔的面積,風(fēng)管斷面尺寸以及均勻送風(fēng)管段的阻力.當(dāng)側(cè)孔的數(shù)量,側(cè)孔的間距以及每個(gè)側(cè)孔的送風(fēng)量確定之后,按上述原理即可計(jì)算出均勻送風(fēng)管道的尺寸.三.管道設(shè)計(jì)中的有關(guān)問(wèn)題管道的阻力計(jì)算和尺寸計(jì)算只是管道設(shè)計(jì)的部分內(nèi)容,在設(shè)計(jì)中還有許多因素需要考慮.如風(fēng)管的布置問(wèn)題,風(fēng)管類(lèi)型與材料的確定問(wèn)題,管件定型化問(wèn)題.風(fēng)管的防火防爆措施,風(fēng)管的防腐,泄水及保溫措施等,在設(shè)計(jì)中都應(yīng)充分考慮.通風(fēng)管道系統(tǒng)劃分1．空氣處理、室內(nèi)參數(shù)要求相同的，可劃為同一系統(tǒng)；2．同一生產(chǎn)流程、運(yùn)行班次和運(yùn)行時(shí)間相同的，可劃為同一系統(tǒng)；3．對(duì)下列情況應(yīng)單獨(dú)設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)：（1）兩種或兩種以上的有害物質(zhì)混合后能引起燃燒或爆炸；（2）兩種有害物質(zhì)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(zhì)混合后易使蒸汽凝結(jié)并積聚粉塵；（4）放散劇毒物質(zhì)的房間和設(shè)備。4．除塵系統(tǒng)的劃分應(yīng)符合下列要求：（1）同一生產(chǎn)流程、同時(shí)工作的揚(yáng)塵點(diǎn)相距不大時(shí)，宜合為一個(gè)系統(tǒng)；（2）同時(shí)工作但粉塵種類(lèi)不同的揚(yáng)塵點(diǎn)，當(dāng)工藝允許不同粉塵混合回收或粉塵無(wú)回收價(jià)值時(shí)，也可合設(shè)一個(gè)系統(tǒng)；（3）溫濕度不同的含塵氣體，當(dāng)混合后可能導(dǎo)致風(fēng)管內(nèi)結(jié)露時(shí)，應(yīng)分設(shè)系統(tǒng)。5．如排風(fēng)量大的排風(fēng)點(diǎn)位于風(fēng)機(jī)附近，不宜和遠(yuǎn)處排風(fēng)量小的排風(fēng)點(diǎn)合為同一系統(tǒng)。增設(shè)該排風(fēng)點(diǎn)后會(huì)增大系統(tǒng)總阻力。風(fēng)管布置

1．除塵系統(tǒng)的排風(fēng)點(diǎn)不宜過(guò)多，以利各支管間阻力平衡；2．除塵風(fēng)管應(yīng)盡可能垂直或傾斜敷設(shè)，傾斜敷設(shè)時(shí)與水平面夾角最好大于45°；3．輸送含有蒸汽、霧滴的氣體時(shí)，如：表面處理車(chē)間的排風(fēng)管道，應(yīng)用不小于0.005的坡度，以排除積液，并應(yīng)在風(fēng)管的最低點(diǎn)和風(fēng)機(jī)底部裝設(shè)水封泄液管；4．在除塵系統(tǒng)中，為防止風(fēng)管堵塞，風(fēng)管直徑應(yīng)大于規(guī)定的數(shù)值。5．排除含有劇毒物質(zhì)的正壓風(fēng)管，不應(yīng)穿過(guò)其它房間。6．風(fēng)管上應(yīng)設(shè)置必要的調(diào)節(jié)和測(cè)量裝置（如閥門(mén)、壓力表、溫度計(jì)、風(fēng)量測(cè)定孔和采樣孔等）或預(yù)留安裝測(cè)量裝置的接口。調(diào)節(jié)和測(cè)量裝置應(yīng)設(shè)在便于操作和觀察的地點(diǎn)。7．風(fēng)管的布置應(yīng)力求順直，避免復(fù)雜的局部管件。彎頭、三通等管件要安排得當(dāng)，與風(fēng)管的連接要合理，以減少阻力和噪聲。風(fēng)管材料風(fēng)管保溫（一）進(jìn)風(fēng)口位置應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：1．應(yīng)設(shè)在室外空氣較清潔的地點(diǎn)。進(jìn)風(fēng)口處室外空氣中有害物質(zhì)濃度不應(yīng)大于室內(nèi)作業(yè)地點(diǎn)最高允許濃度的30%。2．應(yīng)盡量設(shè)在排風(fēng)口的上風(fēng)側(cè)，并且應(yīng)低于排風(fēng)口。3．進(jìn)風(fēng)口的底部距室外地坪不宜低于2m，當(dāng)布置在綠化地帶時(shí)不宜低于1m。4．降溫用的進(jìn)風(fēng)口宜設(shè)在建筑物的背陰處。(二)排風(fēng)口布置要求1．在一般情況下通風(fēng)排氣立管出口至少應(yīng)高出屋面0.5m。2．通風(fēng)排氣中的有害物質(zhì)必需經(jīng)大氣擴(kuò)散稀釋時(shí)，排風(fēng)口應(yīng)位于建筑物空氣動(dòng)力陰影區(qū)和正壓區(qū)以上。3．要求在大氣中擴(kuò)散稀釋的通風(fēng)排氣，其排風(fēng)口上不應(yīng)設(shè)風(fēng)帽。防暴及防火空氣中的可燃物含量達(dá)到爆炸濃度極限就會(huì)發(fā)生爆炸。設(shè)計(jì)有爆炸危險(xiǎn)