第七章通風(fēng)管道的設(shè)計(jì)計(jì)算

11第七章通風(fēng)設(shè)計(jì)2學(xué)習(xí)目標(biāo)需掌握的內(nèi)容工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)的一般步驟通風(fēng)系統(tǒng)的水力計(jì)算難點(diǎn)通風(fēng)系統(tǒng)的水力計(jì)算3第一節(jié)工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)的一般要求和步驟一、工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)的一般要求將足夠的新鮮空氣有效地輸送到工作場所，保證安全生產(chǎn)，創(chuàng)造良好的勞動(dòng)條件通風(fēng)系統(tǒng)的基建投資省，營運(yùn)費(fèi)用低，綜合經(jīng)濟(jì)效益好通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，風(fēng)流穩(wěn)定、可靠，易于管理，具有抗災(zāi)能力4(4)采用的設(shè)計(jì)方案技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，便于作業(yè)環(huán)境及安全狀況的監(jiān)測、監(jiān)控(5)發(fā)生事故時(shí)，風(fēng)流易于控制，易于搶災(zāi)救險(xiǎn)，便于人員撤離退到安全地帶二、工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)的一般步驟根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書和提供的工藝，建筑等相關(guān)資料，明確設(shè)計(jì)要求；5(2)根據(jù)設(shè)計(jì)需要，收集工業(yè)通風(fēng)設(shè)計(jì)的原始資料，如當(dāng)?shù)厥彝庠O(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)、工藝參數(shù)、工作班次、冷、熱、電源情況，查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范等，必要時(shí)還到現(xiàn)場或已有類似系統(tǒng)處進(jìn)行實(shí)地考查。(3)制定可行性方案，并通過對(duì)方案做技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，從中選擇出可靠、簡單、經(jīng)濟(jì)的最佳方案6(4)針對(duì)確定方案劃分系統(tǒng)，計(jì)算各系統(tǒng)所需風(fēng)量(5)進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)量、熱平衡計(jì)算，確定送風(fēng)參數(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的送風(fēng)系統(tǒng)，選擇凈化設(shè)備，并預(yù)選風(fēng)機(jī)(6)布置系統(tǒng)風(fēng)管和設(shè)備。(7)確定風(fēng)管材料，進(jìn)行系統(tǒng)水力計(jì)算，確定管徑大小和風(fēng)機(jī)型號(hào)7(8)繪制施工圖(9)編寫設(shè)計(jì)施工說明書(10)進(jìn)行工程概、預(yù)算對(duì)于初步設(shè)計(jì)或方案設(shè)計(jì)，上述步驟可以簡化，用指標(biāo)估算系統(tǒng)風(fēng)量，用允許通風(fēng)阻力或經(jīng)濟(jì)比摩阻法估算系統(tǒng)阻力，據(jù)此選擇設(shè)備，繪制方案圖，進(jìn)行工程概算。8第三節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)計(jì)算的一般步驟確定排風(fēng)罩、空氣凈化裝置(如除塵器)的形式，計(jì)算各用風(fēng)地點(diǎn)需要的風(fēng)量提出多種通風(fēng)系統(tǒng)類型，并按技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的原則優(yōu)選布置、繪制通風(fēng)系統(tǒng)的軸測示意圖，并對(duì)各管段編號(hào)，標(biāo)注其相應(yīng)的長度。管段長度按兩構(gòu)件間的中心線長度計(jì)算，不扣除構(gòu)件(如三通、彎頭)本身的長度。9(4)計(jì)算各管段的需要風(fēng)量，選擇風(fēng)管內(nèi)的空氣流速(5)根據(jù)各管段的風(fēng)量和所選的氣流速度，確定各管段的斷面尺寸，計(jì)算沿程阻力和局部阻力(6)對(duì)并聯(lián)管路必須進(jìn)行阻力平衡，這是保證流量按要求分配的關(guān)鍵，若并聯(lián)管路計(jì)算阻力不相等，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，管網(wǎng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整各并聯(lián)管路流量，使并聯(lián)管路的實(shí)際流動(dòng)阻力相等，這時(shí)各并聯(lián)管路的流量不是要求的流量，然后計(jì)算系統(tǒng)的總阻力。10(7)根據(jù)系統(tǒng)的總阻力和總風(fēng)量以及所輸送流體的種類、性質(zhì)等諸因素確定動(dòng)力設(shè)備所需的參數(shù)，并繪制通風(fēng)系統(tǒng)的正式軸測圖。風(fēng)道流量分配、管網(wǎng)各管段管徑及阻力確定，確定動(dòng)力設(shè)備等也稱為管網(wǎng)(風(fēng)道)水力計(jì)算11二、通風(fēng)管道的水力計(jì)算計(jì)算之前需先完成管網(wǎng)的布置，包括系統(tǒng)劃分；管道布置、設(shè)備和各送排風(fēng)點(diǎn)位置的確定；各送排風(fēng)點(diǎn)要求的風(fēng)量和要求各管段的輸送的風(fēng)量也得一一確定。完成上述前期準(zhǔn)備工作后，方可按假定流速法的基本步驟進(jìn)行水力計(jì)算。121、管內(nèi)流速和管道斷面尺寸(1)繪制風(fēng)管系統(tǒng)軸測圖繪制風(fēng)管系統(tǒng)軸側(cè)圖，并劃分好管段，對(duì)各管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)注長度和風(fēng)量。通常按流量和斷面變化劃分管段，一條管段內(nèi)流量和管段斷面不變，流量和斷面二者之一或二者同時(shí)發(fā)生變化之處是管段的起點(diǎn)或終點(diǎn)。管段長度按管段的中心線長度計(jì)算，不扣除管件(如三通、彎頭)本身的長度。13(2)確定管內(nèi)流速管內(nèi)的流速對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性有較大的影響，對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)條件也有影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，風(fēng)管內(nèi)的空氣流速可按表6-2、6-3、及表6-4確定。141516(3)確定各管段的斷面尺寸，計(jì)算摩擦阻力和局部阻力根據(jù)各風(fēng)管的風(fēng)量和選擇的流速初步確定風(fēng)管斷面尺寸，并適當(dāng)調(diào)整使其符合通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格，以利于工業(yè)化加工制作。風(fēng)管斷面尺寸調(diào)整好后，按調(diào)整好的斷面尺寸計(jì)算管內(nèi)實(shí)際流速。172、風(fēng)管摩擦阻力計(jì)算按管內(nèi)實(shí)際流速計(jì)算阻力。阻力計(jì)算應(yīng)從最不利環(huán)路(即最長、局部阻力構(gòu)件最多的環(huán)路)開始。通風(fēng)空調(diào)管道中，氣流大多屬于湍流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)。只有流速很高，表面粗糙的磚混凝土風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)才屬于粗糙區(qū)。湍流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)λ經(jīng)驗(yàn)公式如下：18若已知流量、管徑、流速、阻力四個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，可利用附錄9求得其余的兩個(gè)參數(shù)。該圖是按過渡區(qū)的λ值，在壓力P0＝101.33kPa、溫度t0＝20℃、空氣密度ρ0＝1.204kg/m3、運(yùn)動(dòng)粘度υ0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm，圓形風(fēng)管、氣流與管壁間無熱交換等條件下得出的。當(dāng)實(shí)際條件與上述條件不相符時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修正。19若是矩形風(fēng)管，需先把矩形風(fēng)管斷面尺寸折算成相當(dāng)?shù)膱A形風(fēng)管直徑，即折算成當(dāng)量直徑。再由此求得矩形風(fēng)管的單位長度摩擦阻力。203、風(fēng)管局部阻力計(jì)算首先是確定局部阻力系數(shù)和它對(duì)應(yīng)的特征速度，然后代入下式計(jì)算局部阻力。各種局部阻力系數(shù)通常查設(shè)計(jì)手冊(cè)等確定，各種設(shè)備的局部阻力或局部阻力系數(shù)，由設(shè)備生產(chǎn)廠商提供。各管段摩擦阻力和局部阻力之和即為該管段的阻力，各管段阻力計(jì)算完成后，應(yīng)進(jìn)行并聯(lián)管路的阻力平衡，以保證實(shí)際流量分配滿足要求。21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；22(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.234、并聯(lián)管路的阻力平衡為了保證各管路達(dá)到預(yù)期的風(fēng)量，使并聯(lián)支管的計(jì)算阻力相等，稱為并聯(lián)管路阻力平衡。對(duì)一般的通風(fēng)系統(tǒng)，兩支管的計(jì)算阻力差應(yīng)不超過15%；含塵風(fēng)管應(yīng)不超過10％。若超過上述規(guī)定，可采用下述方法進(jìn)行阻力平衡。24(1)調(diào)整支管管徑這種方法是通過改變支管管徑來調(diào)整支管的阻力，達(dá)到阻力平衡。調(diào)整后的管徑按下式計(jì)算：式中，D’—調(diào)整后的管徑，mm；D—原設(shè)計(jì)的管徑，mm；ΔP—原設(shè)計(jì)的支管阻力，Pa；ΔP’—要求達(dá)到的支管阻力，Pa。25應(yīng)當(dāng)指出，采用本方法時(shí)，不宜改變?nèi)ǖ闹Ч苤睆?，可在三通支管上先增設(shè)一節(jié)漸擴(kuò)(縮)管，以免引起三通局部阻力的變化。(2)閥門調(diào)節(jié)通過改變閥門開度，調(diào)節(jié)管道阻力，從理論上講是一種最簡單易行的方法。但對(duì)一個(gè)多支管的通風(fēng)管網(wǎng)，是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)工作，必須進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整、測試才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的流量分配。265、計(jì)算系統(tǒng)的總阻力最不利環(huán)路所有串聯(lián)管段阻力(包括設(shè)備阻力)之和，即為管網(wǎng)系統(tǒng)的總阻力6、選擇風(fēng)機(jī)（1）根據(jù)輸送氣體的性質(zhì)、系統(tǒng)的風(fēng)量和阻力確定風(fēng)機(jī)的類型，如清潔空氣，選用一般風(fēng)機(jī)，輸送有爆炸性的氣體或粉塵，選用防爆風(fēng)機(jī)。27（2）考慮到風(fēng)管、設(shè)備的漏風(fēng)及阻力計(jì)算的不精確，應(yīng)按下式的風(fēng)量、風(fēng)壓選擇風(fēng)機(jī)：Pam3/h式中：Pf-風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，Pa；Lf-風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/h；Kp-風(fēng)壓附加系數(shù)，一般的送排風(fēng)系統(tǒng)Kp＝1.1~1.15；除塵系統(tǒng)Kp=1.15~1.2；KL-風(fēng)量附加系數(shù)，一般的送排風(fēng)系統(tǒng)KL＝1.1；除塵系統(tǒng)KL=1.1~1.15；ΔP-系統(tǒng)的總阻力，Pa；L－系統(tǒng)的總風(fēng)量，m3/h。28(3)當(dāng)風(fēng)機(jī)在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下工作時(shí)，應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行換算，再以此參數(shù)從樣本上選擇風(fēng)機(jī)。29三、計(jì)算實(shí)例如下圖所示的通風(fēng)除塵系統(tǒng)。風(fēng)管用鋼板制作，輸送含有輕礦物粉塵的空氣，氣體溫度為常溫。該系統(tǒng)采用脈沖噴吹清灰袋式除塵器，除塵器阻力ΔPc＝1200Pa。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行水力計(jì)算，并選擇風(fēng)機(jī)。3031解：1．對(duì)各管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)出管段長度和各排風(fēng)點(diǎn)的排風(fēng)量。2．選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇1—3—5—除塵器—

6—風(fēng)機(jī)—

7為最不利環(huán)路。3．根據(jù)各管段的風(fēng)量及選定的流速，確定最不利環(huán)路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。32根據(jù)表6－4，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時(shí)，風(fēng)管內(nèi)最小風(fēng)速為，垂直風(fēng)管12m/s，水平風(fēng)管14m/s?？紤]到除塵器及風(fēng)管漏風(fēng)，取5％的漏風(fēng)系數(shù)，管段6及7的計(jì)算風(fēng)量為6300x1.05=6615m3/h33管段1有水平風(fēng)管，初定流速為14m/s，根據(jù)L1＝1500m3/h(0.42m3/s)，v1=14m/s所選管徑按通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格調(diào)整為：D1＝200mm，實(shí)際流速v1=13.4m/s，由附錄9查得，Rm1=12.5Pa/m。同理可查得管段3、5、6、7的管徑及比摩阻，具體結(jié)果見匯總表。344、確定管段2、4的管徑及單位長度摩擦阻力，見匯總表。5、從附錄10或阻力手冊(cè)、暖通設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料查各管段的局部阻力系數(shù)。(1)管段1設(shè)備密閉罩ξ＝1.0(對(duì)應(yīng)接管動(dòng)壓)

90彎頭(R/D＝1.5)一個(gè)ξ＝0.17直流三通(1→3)(見下圖)35

根據(jù)F1＋F2≈F3，a=30°,F2/F3=(140/240)2=0.34，L2/L3=800/2300=0.348，查得ξ13＝0.2，∑ξ＝1＋0.17＋0.2＝1.3736（2）管段2圓形傘形罩，a=60°,ξ=0.0990°彎頭（R/D=1.5）1個(gè)，ξ=0.1760°彎頭（R/D=1.5）1個(gè)，ξ=0.15合流三通(2→3),ξ23=0.2,∑ξ＝0.09+0.17+0.15+0.2=0.6137(3)管段3直流三通（3→5），F(xiàn)3＋F4＝F5，a=30°,F4/F5=(280/380)2=0.54，L4/L5=4000/6300=0.634，查得ξ35＝－0.0538（4）管段4設(shè)備密閉罩，ξ＝1.0，90°彎頭（R/D=1.5）1個(gè)，ξ=0.17合流三通(4→5),ξ45=0.64,∑ξ＝1+0.17+0.64=1.8139(5)管段5除塵器進(jìn)口變徑管(漸擴(kuò)管)，除塵器進(jìn)口尺寸300x800mm，變徑管長度500mm，tga=(800-380)/(2*500)=0.42,a=22.7°,ξ＝0.640(6)管段6除塵器出口變徑管(漸縮管)除塵器出口尺寸300x800mm變徑管長度l=400mm,tga=(800-420)/(2*400)=0.475,a=25.4°,ξ＝0.190°彎頭（R/D=1.5）2個(gè)，ξ=2*0.17=0.3441風(fēng)機(jī)進(jìn)口漸擴(kuò)管先近似選出一臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)進(jìn)口直徑D1＝500mm變徑管長度,F0/F6=(500/420)2=1.41,l=300mm,tga=(500-420)/(2*300)=0.13,a=7.6°,

ξ＝0.03∑ξ＝0.1+0.34+0.03=0.4742(7)管段7風(fēng)機(jī)出口漸擴(kuò)管風(fēng)機(jī)出口尺寸410x315mm,D7＝420mmF7/F出=(0.138/0.129)2=1.07，ξ≈0帶擴(kuò)散管的傘形風(fēng)帽(h/D0)＝0.5)ξ＝0.60∑ξ＝0.60436．計(jì)算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力。計(jì)算結(jié)果見表7．對(duì)并聯(lián)管路進(jìn)行阻力平衡匯合點(diǎn)A△P1＝298.5Pa,△P2＝179.7Pa(△P1-△P2)/△P1＝(298.5-179.7)/298.5=39.7%>10%為使管段1、2達(dá)到阻力平衡，改變管段2的管徑，增大其阻力。4445D2’=D2(△P2/△P2’)0.225=140×(179.7/298.5)0.225=124.8mm根據(jù)通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格，取D2‘