风机选型通风管道的设计计算.pptx

第六章：通风管道的设计计算第六章：通风管道的设计计算通风管道计算有两个基本的任务：一是确定管道的阻力,以确定通风除尘系统所需的风机性能;二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计的合理与否直接影响系统的投资费用和运行费用。第1页/共65页一.管道压力计算(一)管道的阻力计算管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力.摩擦阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩擦作用产生,它发生在整个管道的沿程上,因此也称为沿程阻力。第六章：通风管道的设计计算第六章：通风管道的设计计算第2页/共65页管道的阻力计算 局部阻力则是空气通过管道的转弯,断面变化,连接部件等处时,由于涡流、冲击作用产生的能量损失.第六章：通风管道的设计计算第3页/共65页摩擦阻力的计算其中：为摩阻系数，l为管长，d d为管径或流速当量直径（4R4Rs s，R Rs s=f/x=f/x），R Rm m为单位长度摩擦阻力。（6-2-1）第4页/共65页摩阻系数的确定：摩阻系数的确定：1 1、层流区、层流区R Re e200020002 2、临界区、临界区R Re e=2000-4000=2000-40003 3、紊流区、紊流区R Re e40004000第5页/共65页摩擦阻力计算u值的确定 uRm值的计算和修正制成图表，已知制成图表，已知流量、管径、流速、阻力流量、管径、流速、阻力四个参数中四个参数中两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出Rm值的计算和查取（标准状态下）：第6页/共65页返回第7页/共65页返回R Rm m值的修正：（1 1）密度、运动粘度的修正（2 2）温度、大气压和热交换修正继续式中第8页/共65页（3 3）管壁粗糙度的修正第9页/共65页u 矩形风管的摩擦阻力计算主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和流量当量直径（1）流速当量直径例6-1有一表面光滑的砖砌风道（K K3mm3mm），断面500400mm，L1m3/s，求Rm第10页/共65页解：v1(0.40.5)=5m/s Dv=2ab/(a+b)=444mm查图2-3-1得Rm00.62Pa/mKr=(3 5)0.25=1.96Rm=1.960.62=1.22Pa/m（2 2）流量当量直径第11页/共65页例2 同例1解：v1(0.4 0.5)=5 m/s DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm查图2-3-1 得Rm00.61Pa/mKr=(3 5)0.25=1.96Rm=1.96 0.61=1.2Pa/m第12页/共65页2.2.局部阻力 局部阻力计算式为:Z=Z=UU2 2/2 Pa/2 Pa其中为局部阻力系数,根据不同的构件查表获得.在通风除尘管网中,连接部件很多,因此局部阻力较大,为了减少系统运行的能耗,在设计管网系统时,应尽可能降低管网的局部阻力.降低管网的局部阻力可采取以下措施:(1)(1)避免风管断面的突然变化;第六章：通风管道的设计计算第13页/共65页2.2.局部阻力 (2)(2)减少风管的转弯数量,尽可能增大转弯半径;(3)(3)三通汇流要防止出现引射现象,尽可能做到各分支管内流速相等.分支管道中心线夹角要尽可能小,一般要求不大于30;30;(4)(4)降低排风口的出口流速,减少出口的动压损失;(5)(5)通风系统各部件及设备之间的连接要合理,风管布置要合理.第六章：通风管道的设计计算第14页/共65页(二)管内压力分布 分析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规律,为管网系统的设计和运行管理提供依据.分析的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关系式.第六章：通风管道的设计计算第15页/共65页气体管网压力分布图气体管网压力分布图第16页/共65页主要结论：(1)(1)风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之和;(2)(2)风机吸入段的全压和静压都是负值,风机入口处的负压最大;风机压出段的全压和静压都是正值,在出口处正压最大;(3)(3)各分支管道的压力自动平衡.第17页/共65页第六章：通风管道的设计计算第18页/共65页水力计算步骤（假定流速法）计算前，完成管网布置，确定流量分配绘草图，编号确定流速确定管径计算各管段阻力平衡并联管路计算总阻力，计算管网特性曲线根据管网特性曲线，选择动力设备第19页/共65页水力计算步骤（平均压损法）计算前，完成管网布置，确定流量分配绘系统图，编号，标管段L和Q，定最不利环路。根据资用动力，计算其平均Rm。根据Rm和各管段Q，确定其各管段管径。确定各并联支路的资用动力，计算其Rm。根据各并联支路Rm和各管段Q，确定其管径。第20页/共65页水力计算步骤（静压复得法）计算前，完成管网布置确定管道上各孔口的出流速度。计算各孔口处的管内静压Pj和流量。顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。计算第一孔口到第二孔口的阻力P12。计算第二孔口处的动压Pd2。计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。第21页/共65页计算例题计算例题例6-5 如图所示通风管网。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。除尘器阻力为1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。返回第22页/共65页解：1 1 1 1对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。2 2 2 2选定最不利环路，本系统选择1-3-5-1-3-5-除尘器-6-6-风机-7-7为最不利环路。3 3 3 3根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。根据表2-3-32-3-3，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为：垂直风管12m/s12m/s，水平风管14m/s14m/s。考虑到除尘器及风管漏风，取 5 5的漏风系数，管段 6 6及 7 7的计算风量为 6300*1.056300*1.05 6615m6615m3 3h h。第23页/共65页返回管段1 1 水平风管，初定流速为14m/s14m/s。根据 Q Ql l 1500m1500m3 3/h/h（0.42m0.42m3 3/s/s）、v v1 1=14m/s=14m/s所选管径按通风管道统一规格调整为：D D1 1200mm200mm；实际流速v v1 113.4m/s13.4m/s；由图2-3-12-3-1查得，R Rm1m1=12.5Pa/m=12.5Pa/m 同理可查得管段3 3、5 5、6 6、7 7的管径及比摩阻，具体结果见表2-3-52-3-5。4 4 4 4.确定管段2 2、4 4的管径及单位长度摩擦力，见表2-3-52-3-5。5 5 5 5.计算各管段局部阻力例如：继续第24页/共65页第25页/共65页800380500380第26页/共65页420800400420410*315420第27页/共65页返回6 6.计算各管段的沿程阻力和局部阻力(见表2-3-5)7.7.对并联管路进行阻力平衡：继续 图第28页/共65页返回8.8.计算系统总阻力，获得管网特性曲线最不利环路所有串联管路1-3-5-6-7阻力之和。继续第29页/共65页返回1返回2第30页/共65页均匀送风管道设计均匀送风管道设计一、设计原理继续静压产生的流速为：空气在风管内的流速为：空气从孔口出流时的流速为：如图所示：出流角为：第31页/共65页返回孔口出流风量：由上式得f0上的平均流速v0为：继续第32页/共65页返回风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变）v*要实现均匀送风可采取的措施（如图）1、设阻体；2、改变断面积；3、改变送风口断面积；4、增大F，减小f0。继续第33页/共65页返回第34页/共65页二、实现均匀送风的基本条件：保持各侧孔静压、流量系数相等,增大出流角。1、保持各侧孔静压Pj相等；第35页/共65页2、保持各侧孔流量系数相等；与孔口形状、流角以及L0/L=有关，当大于600，一般等于0.6第36页/共65页3、增大出流角，大于600，接近900。第37页/共65页返回三、直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6；2、侧孔流量系数=0.60.65；四、均匀送风管道计算方法确定侧孔个数、侧孔间距、每个孔的风量计算侧孔面积计算送风管道直径和阻力继续第38页/共65页返回五、计算例题如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道采用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。继续解：1、确定孔口平均流速v0，第39页/共65页第40页/共65页第41页/共65页第42页/共65页注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均动压，并假设、为常数，将产生一定误差，但在工程实际是允许的。第43页/共65页一、系统划分当车间内不同地点有不同的送、排风要求，或车间面积较大，送、排风点较多时，为便于运行管理，常分设多个送、排风系统。除个别情况外，通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成一个系统。系统划分的原则：1空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同一系统。2同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一系统。3对下列情况应单独设置排风系统：（1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；（2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物；（3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；（4）放散剧毒物质的房间和设备。第六章：通风管道的设计计算第44页/共65页4除尘系统的划分应符合下列要求：（1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大时，宜合为一个系统；（2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个系统；（3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风管风结露时，应分设系统。5如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小的排风点合为同一系统。增设该排风点后会增大系统总阻力。第45页/共65页第六章：通风管道的设计计算通风管道系统划分 第46页/共65页二、风管布置风管布置直接关系到通风、空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。1除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。如排风点多，可用大断面集合管连接各支管。集合管内流速不宜超过3m/s，集合管下部设卸灰装置。2除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平面夹角最好大于45。如必需水平敷设或倾角小于30时，应采取措施，如加大流速、设清扫口等。3输送含有蒸汽、雾滴的气体时，如表面处理车间的排风管道，应用不小于0.005的坡度，以排除积液，并应在风管的紧低点和风机底部装设水封泄液管。4在除尘系统中，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值：排送细小粉尘80mm排送较粗粉尘（如木屑）100mm排送粗粉尘（有小块物体）130mm5排除含有剧毒物质的正压风管，不应穿过其它房间。6风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地点。7风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。第47页/共65页第六章：通风管道的设计计算风管布置 第48页/共65页三、风管断面形状的选择和管道定型化（一）风管断面形状的选择风管断面形状有圆形和矩形两种。两者相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大；圆形风管直径较小时比较容易制造，保温亦方便。但是圆形风管管件的放样、制作较矩形风管困难；布置时不易与建筑、结构配合，明装时不易布置得美观。第49页/共65页第50页/共65页当风管中流速较高，风管直径较小时，例如除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。当风管断面尺寸大时，为了充分利用建筑空间，通常采用矩形风管。例如民用建筑空调系统都采用矩形风管。矩形风管与相同断面积圆形风管的阻力比值为：式中Rj矩形风管的比摩阻；Ry圆形风管的比摩阻；a、b矩形风管的两个边长。在风管断面积一定时，宽高比a/b的值增大，Rj/Ry的比值也增大。矩形风管的宽高比最高可达81，但自11至81表面积要增加60%。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于1愈好，可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在3.0以下。第51页/共65页(二)管道定型化随着我国国民经济的发展，通风，空调工程大量增加。为了最大限度地利用板材，实现风管制作，安装机械化、工厂化，在国家建委组织下，1975年确定了通风管道统一规格。通风管道统一规格有圆形和矩形两类。必须指出：1通风管道统一规格中，圆管的直径是指外径，矩形断面尺寸是其外边长，即尺寸中都包括了相应的材料厚度。2为了满足阻力平衡的需要，除尘风管和气密性风管的管径规格较多。3管道的断面尺寸(直径和边长)采用R20系列，即管道断面尺寸是以公比数1.12的倍数来编制的。第52页/共65页第53页/共65页四、风管材料的选择用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、胶合板、纤维板，矿渣石膏板，砖及混凝土等。需要经常移动的风管，则大多用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、橡胶管及金属软管等。第54页/共65页风管材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。薄钢板是最常用的材料，有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。它们的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。镀锌钢板具有一定的防腐性能，适用于空气湿度较高或室内潮湿的通风、空调系统，有净化要求的空调系统。除尘系统因管壁摩损大，通常用厚度为1.53.0mm的钢板。一般通风系统采用厚度为0.51.5mm的钢板。硬聚氯乙烯塑料板适用于有腐蚀作用的通风、空调系统。它表面光滑，制作方便，这种材料不耐高温，也不耐寒，只适用于10+60；在辐射热作用下容易脆裂。以砖，混凝土等材料制作风管，主要用于需要与建筑、结构配合的场合。它节省钢材，结合装饰，经久耐用，但阻力较大。在体育馆、影剧院等公共建筑和纺织厂的空调工程中，常利用建筑空间组合成通风管道。这种管道的断面较大，使之降低流速，减小阻力，还可以在风管内壁衬贴吸声材料，降低噪声。第55页/共65页第六章：通风管道的设计计算风管材料 第56页/共65页第57页/共65页五、风管的保温当风管在输送空气过程中冷、热量损耗大，又要求空气温度保持恒定，或者要防止风管穿越房间时对室内空气参数产生影响及低温风管表面结露，都需要对风管进行保温。保温材料主要有软木、聚苯乙烯泡沫塑料、超细玻璃棉，玻璃纤维保温板、聚氨酯泡沫塑料和蛭石板等。它们的导热系数大都在0.12Wm以内。通过管壁保温层的传热系数一般控制在1.84Wm2以内。保温层厚度要根据保温目的计算出经济厚度，再按其它要求来校核。保温层结构可参阅有关的国家标准图。通常保温结构有四层：(1)防腐层，涂防腐油漆或沥青。(2)保温层，填贴保温材料。(3)防潮层，包油毛毡、塑料布或刷沥青。用以防止潮湿空气或水分侵入保温层内，从而破坏保温层或在内部结露。(4)保护层。室内管道可用玻璃布、塑料布或木板、胶合板作成，室外管道应用铁丝网水泥或铁皮作保护层。第58页/共65页第六章：通风管道的设计计算风管保温 第59页/共65页六、进、排风口(一)进风口进风口是通风、空调系统采集室外新鲜空气的入口，其位置应满足下列要求：1应设在室外空气较清洁的地点。进风口处室外空气中有害物质浓度不应大于室内作业地点最高允许浓度的30%。2应尽量设在排风口的上风侧，并且应低于排风口。3进风口的底部距室外地坪不宜低于2m，当布置在绿化地带时不宜低于1m。4降温用的进风口宜设在建筑物的背阴处。(二)排风口1在一般情况下通风排气立管出口至少应高出屋面0.5m。2通风排气中的有害物质必需经大气扩散稀释时，排风口应位于建筑物空气动力阴影区和正压区以上。3要求在大气中扩散稀释的通风排气，其排风口上不应设风帽。第60页/共65页第61页/共65页七、防爆及防火空气中含有可燃物时，如果可燃物与空气中的氧在一定条件下进行剧烈的氧化反应，就可能发生爆炸。尽管某些可燃物如糖、面粉、煤粉等在常态下是不易爆炸的，但是，当它们以粉末状悬浮在空气中时，与空气中的氧得到了充分的接触。这时只要在局部地点形成了可燃物与氧发生氧化反应所必需的温度，局部地点就会立刻发生氧化反应。氧化反应产生的热量向周周空间传播时，若迅速地使周围的可燃物与空气的混合物达到了氧化反应所必需的温度，由于联锁反应，在极短的时间内，能使整个空间的可燃混合物都发生剧烈的氧化反应，产生大量的热量和燃烧产物，形成急剧增高的压力波，这就是爆炸。空气中可燃物浓度过小或过大时都不会造成爆炸。因为浓度过小，空气中可燃物质点之间的距离大，一个质点氧化反应所产生的热量还没有传递至另一质点，就被周周空气所吸收，致使混合物达不到氧化反应的温度。如果可燃物浓度过大，混合物中氧气的含量相对不足，同样不会形成爆炸。因此，可燃物发生爆炸的浓度有一个范围，这个范围称为爆炸浓度极限。第62页/共65页由此可知，通风系统发生爆炸是空气中的可燃物含量达到了爆炸浓度极限，同时遇到电火花、金属碰撞引起的火花或其它火源而造成的。因此，设计有爆炸危险的通风系统时，应注意以下几点：1系统的风量除了满足一般的要求外，还应校核其中可燃物的浓度。如果可燃物浓度在爆炸浓度的范围内，则应按下式加大风量：m3/s式中x在局部排风罩内每秒排出的可燃物量或每秒产生的可燃物量，gs；y可燃物爆炸浓度下限，gm3。2防止可燃物在通风系统的局部地点(死角)积聚。3选用防爆风机，并采用直联或联轴器传动方式。如果采用三角皮带传动，为防止静电产生火花，可用接地电刷把静电引入地下。4有爆炸危险的通风系统，应设防爆门。当系统内压力急剧升高时，靠防爆门自动开启泄压。第63页/共65页第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页