在进行通风管道系统设计计算前,必须首先确定各送(排)风点的位置和送(排)风量、管道系统和净化设备的布置、风管材料等。除尘工程设计计算的目的是,确定各管段的管径(或断面尺寸)和压力损失,保证系统达到要求的风量分配,并为风机选择和绘制施工图提供依据。
进行通风管道系统设计计算的方法有很多,如等压损法、假定流速法和当量压损法等。在一般的通风系统中用的最普遍的是等压损法和假定流速法。
等压损法是以单位长度风管有相等的压力损失为前提的。在已知总作用压力的情况下,将总压力按风管长度平均分配给风管各部分,再根据各部分的风量和分配到的作用压力确定风管尺寸。对于大的通风系统,可利用等压损法进行支管的压力平衡。
假定流速法是以风管内空气流速作为控制指标,计算出风管的断面尺寸和压力损失,再对各环路的压力损失进行调整,达到平衡。这是目前最常用的计算方法。
一、通风管道系统的设计计算步骤
1.绘制通风系统轴侧图(如图1),对各管段进行编号,标注各管段的长度和风量。以风量和风速不变的风管为一管段。一般从距风机最远的一段开始,由远而近顺序编号。管段长度按两个管件中心线长度计算,不扣除管件(如弯头、三通)本身的长度。
2.选择合理的空气流速。风管内的风速对系统的经济性有较大影响。流速高、风管断面小,材料消耗少,建造费用小;但是,系统压力损失增大,动力消耗增加,有时还可能加速管道的磨损。流速低,压力损失小,动力消耗少;但是风管断面大,材料和建造费用增加。对除尘系统,流速过低会造成粉尘沉积,堵塞管道。因此必须进行全面的技术经济比较,确定适当的经济流速。根据经验,对于一般的通风系统,其风速可按表1确定。对于除尘系统,防止粉尘在管道内沉积所需的最低风速可按表2确定。对于除尘器后的风管,风速可适当减小。
一般通风系统风管内的风速(m/s)(表1) |
||||
风管部位 |
生产厂房机械通风 |
民用及辅助建筑物 |
||
钢板及塑料风管 |
砖及混凝土风管 |
自然通风 |
机械通风 |
|
干管 |
6-14 |
4-12 |
0.5-1.0 |
5-8 |
支管 |
2-8 |
2-6 |
0.5-0.7 |
2-5 |
除尘通风管道内最低空气流速(m/s)(表2) |
|||||
粉尘性质 |
垂直管 |
水平管 |
粉尘性质 |
垂直管 |
水平管 |
粉状的粘土和沙 |
11 |
13 |
铁和钢(屑) |
19 |
23 |
耐火泥 |
14 |
17 |
灰土、砂土 |
16 |
18 |
重矿物粉尘 |
14 |
16 |
锯屑、树屑 |
12 |
14 |
轻矿物粉尘 |
12 |
14 |
大块干木屑 |
14 |
15 |
干型砂 |
11 |
13 |
干微尘 |
8 |
10 |
煤灰 |
10 |
12 |
染料粉尘 |
14-16 |
16-18 |
湿土(2%以下水分) |
15 |
18 |
大块湿木屑 |
18 |
20 |
铁和钢(尘末) |
13 |
15 |
谷物粉尘 |
10 |
12 |
棉絮 |
8 |
10 |
麻(短纤维粉尘、杂质) |
8 |
12 |
水泥粉尘 |
8-12 |
18-22 |
|
|
|
3.根据各管段的风量和流速确定各管段的管径(或断面尺寸),计算各管段的磨擦和局部压力损失。
确定管径时,应尽可能采用《通风设计手册》中表6-2表6-3中所列的通风管道统一规格,以利于工业化加工制作。
压力损失计算应从最不利的环路(即距风机最远的排风点)开始。
对于袋式除尘器和电除尘器后的风管,应把除尘器的漏风量及反吹风量计入。除尘器的漏风率见有关产品说明书,袋式除尘器的漏风率一般为5%左右。
4.对关联管路进行压力平衡计算。一般的通风系统要求两支管的压损差不超过15%,除尘系统要求两支管的压损差不超过10%,以保证各支管的风量达到设计要求。
当并联支管的压损差超过上述规定时,可用下述方法进行压力平衡。
(1)调整支管管径
这种方法是通过改变管径,即改变支管的压力损失,达到压力平衡。调整后的管径按下式计算:
D´=D(ΔP/ΔP´)0.225
式中:D´---调整后的管径, m;
D --- 原设计的管径, m;
ΔP --- 原设计的支管压力损失,Pa;
ΔP´---为了压力平衡,要求达到的支管压力损失,Pa;
应当指出,采用本方法时不宜改变三通支管的管径,可在三通支管上增设一节渐扩(缩)管,以免引起三通支管和直管局部压力损失的变化。
(2)增大排风量
当两支管的压力损失相差不大时(例如在20%以内)可以不改变管径,将压力损失小的那段支管的流量适当增大,以达到压力平衡。增大的排风量按下式计算:
L´=L(ΔP´/ΔP)0.5
式中:L´---调整后的排风量, m3/h;
L --- 原设计的排风量, m3/h;
ΔP --- 原设计的支管压力损失,Pa;
ΔP´---为了压力平衡,要求达到的支管压力损失,Pa;
(3)增加支管压力损失
阀门调节是最常用的一种增加局部压力损失的方法,它是通过改变阀门的开度,来调节管道压力损失的。应当指出,这种方法虽然简单易行,不需严格计算,但是改变某一支管上的阀门位置,会影响整个系统的压力分布。要经过反复调节,才能使各支管的风量分配达到设计要求。对于除尘系统还要防止在阀门附近积尘,引起管道堵塞。
5.计算系统总压力损失
6.根据系统总压力损失和总风量选择风机。
【例1】有一通风除尘系统如图1所示,风管全部用钢板制作,管内输送含有轻矿物粉尘的空气,气体温度为常温。各排风点的排风量和各管段的长度如图1所示。该系统采用袋式除尘器进行排气净化,除尘器压力损失ΔP=1200Pa。对该系统进行设计计算。
【解】首先对各管段进行编号。查除尘器样本,除尘器的反吹风量为1740 m3/h,除尘器漏风率按10%考虑。因此管段6和7的风量。
L6=L7(800+1500+4000)×1.1+1740=8670 m3/h
查表6-10对于轻矿物粉尘,垂直管的最低风速v=12m/s,水平管的最低风速v=14m/s。
计算各管段的局部阻力系数:
管段1设备密闭罩ζ=1.0
支流三通(θ =30˚) ζ=0.18
Σζ=1+0.2+0.18=1.38
管段5 除尘器入口处变径管的局部压力损失忽略不计 ζ= 0
管段6 除尘器出口渐缩管(а=20˚)
ζ=0.1
90˚弯头(R=1.5D) 2个ζ=0.2×2=0.4
风机入口处变径管的局部压力损失忽略不计 ζ= 0
Σζ=0.1+0.4=0.5
管段7 风机出口 ζ=0.1(估算)
伞形风帽 (EQ \F(h, D0)=0.4) ζ= 0.7
Σζ=0.1+0.7=0.8
全部计算在表6-12汇总列出。
通风管道计算表
管 段 编 号 |
流量L[m3/h(m3/ s)] |
长度L(m) |
管径D(mm) |
流速v(m/s) |
动压(v2/2)ρ(Pa) |
局部 阻力 系数 Σζ |
局部压力损失Z(Pa) |
单位长度摩檫压力损失Rm(Pa/m) |
摩檫压力损失Rwl (Pa) |
管段压力损失Z+Rwl (Pa) |
备注 |
1 |
800(0.22) |
11 |
140 |
14 |
117.6 |
1.4 |
164.6 |
18 |
198 |
363 |
|
3 |
2300(0.64) |
5 |
240 |
14 |
117.6 |
0.2 |
24 |
12 |
60 |
84 |
|
5 |
6300(1.75) |
5 |
380 |
14 |
117.6 |
|
|
5.5 |
27.5 |
27.5 |
|
6 |
8670(2.4) |
4 |
500 |
12 |
86.4 |
0.5 |
43 |
3 |
12 |
55 |
|
7 |
8670(2.4) |
8 |
500 |
12 |
86.4 |
0.8 |
69 |
3 |
24 |
93 |
|
2 |
1500(0.42) |
6 |
180 |
16 |
153.6 |
0.72 |
111 |
20 |
120 |
231 |
压力不平衡 |
4 |
4000(1.11) |
6 |
280 |
16 |
153.6 |
1.38 |
212 |
14 |
84 |
385 |
压力不平衡 |
2 |
1500(0.42) |
6 |
170 |
21 |
264 |
0.72 |
190 |
35 |
210 |
400 |
|
4 |
4000(1.11) |
6 |
270 |
19.5 |
228 |
1.38 |
315 |
16 |
96 |
410 |
|
|
除尘器压力损失1200Pa |
|
|
对节点A进行压力平衡计算
ΔP1=363Pa ΔP2=231Pa
EQ \F(ΔP1-ΔP2,ΔP2)=EQ \F(363-231,231)=57%>10%
因该处压力不平衡,改变管段的管径,以增大损失
D2=D2(EQ \F(ΔP,ΔP´))0.225=180(EQ \F(231,363))0.225
=162.5(mm)
取D2=170mm
经计算(见表6-12)ΔP´2=400Pa
EQ \F(ΔP´2-ΔP1,ΔP1)=EQ \F(400-363,363)≈10%
对节点B进行压力平平衡计算
ΔP1+ΔP3=447P a ΔP4=385Pa
EQ \F((ΔP1+ΔP3)-ΔP4,ΔP4)=EQ \F(447-385,385)=16%>10%
改变管段4的管径,以增大压力损失
D4=280(EQ \F(385,447))0.225=270(mm)
经计算(见表6-12)P´4=411Pa