通风除尘管道的设计计算

(3) 管道投资费用和运行费用的合理性: 管道
直径增大, 阻力减少, 运行费用降低, 但阻力增大,
运行费用也增大. 因此, 管径的合理性应表现在管
道投资费用与运行费用总和最小. 设计时, 要使确定的管径完全满足上述约束条 件是很困难的, 因此人们提出了各种计算方法, 常 用的有以下几种方法：
1. 假定流速法 其原理是取管内流速等于最小风速或经济风速, 根据管内的流量Li即可得管径Di为: D i= 4Li/(πVmin)
风管布臵
• 1．除尘系统的排风点不宜过多，以利各 支管间阻力平衡； • 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°； • 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 的最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 管直径应大于规定的数值。
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。
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, 由于速度大小和方向的变化及涡流、 冲击作用等产生的能量损失.
1. 摩擦阻力 管道的摩擦阻力采用下式计算: ΔPm=λ· e)· 2/2 (L/D ρＶ 式中：ΔPm----摩擦阻力, Pa; λ----摩擦阻力系数, 其值与流态有关; L----管道长度, m; ρ----空气密度, Kg/m3; Ｖ----管内平均流速, m/s; De----风管的当量直径, m.
采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平衡， 需进行阻力平衡调节. 假定流速法的计算步骤如下: (1) 绘制通风系统轴侧图, 对各管段先进行编号, 标注各管段的长度和风量.
(2) 选择管内合理的空气流速.
(3) 根据各管段的风量和选定的流速确定各管段的管 径, 并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力.
(4) 对并联管路进行阻力平衡调节.
• 管道摩擦阻力受多种因素的影响, 在设计 计算时应考虑这些因素. 主要影响因素有: 管壁的粗糙度和空气温度. 粗糙度越大, 摩擦阻力系数λ值越大, 摩擦阻力越大. 温度影响空气密度和粘度, 因而影响比摩 阻Rm. 温度上升, 比摩阻Rm下降. 线解图 上查得的Rm是20℃时的数值, 实际计算应 根据具体温度进行修正.
(5) 计算系统的总阻力, 并根据总阻力和总风量选择 风机. 2. 等压损法 该法的原理是, 假设风机的风压H为已知, 各管 段单位长度的压力损失相等, 由此而求出各分支的 管径. 这种方法计算结果也很难满足阻力平衡要求, 因此也需要进行阻力平衡调节.
3. 静压复得法：该法原理是在管道的分支处, 由
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. 主要结论：
(1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之和; (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) 各分支管道的压力自动平衡； (4)压出段上的静压出现负值是由于断面收缩得很小， 使流速大大增加，当动压大于全压时，该处的静压出 现负值 .
（3）管壁粗糙度的修正
Ｒｍ＝Kｒ ｍ0 Ｒ Kｒ ＝（Ｋ）
0.25
式中：Ｋｒ－－管壁粗糙度修正系数（查文献）
Ｋ－－管壁粗糙度（查表）
Ｖ－－管内空气流速
2. 局部阻力 局部阻力计算式为: Z=ξ· 2/2 ρＶ Pa 其中ξ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) 避免风管断面的突然变化;
• 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 导致风管内结露时，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。
(一) 管道直径的计算
在计算管道直径时, 应满足以下约束条件:
(1) 管内流速的要求: 对于除尘管道, 为了防 止粉尘沉积管壁上, 管内流速要大于一定的 数值, 即Ｖ≥Ｖmin, Ｖmin为防止粉尘沉积的 最小风速. 对非除尘管网可不受这个条件的 约束. (2) 阻力平衡要求: 要使各分支的风量满足设 计要求, 各分支的阻力必须平衡. 如果设计 的阻力不平衡就应进行调节.
• (二)排风口布臵要求 • 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。
• 防暴及防火
• 空气中的可燃物含量达到爆炸浓度极限 就会发生爆炸。 • 设计有爆炸危险性的系统时； • （1）系统除了满足风量的要求外，还要 把可燃物的浓度稀释到规定的要求； • （2）防止可燃物的积聚； • （3）采用防暴风机、设防暴门。
流量当量直径是假设等效圆管的流量与矩形管 的流量相等, 并且单位长度的摩擦阻力也相等. 由 此推得流量当量直径为:
（ab） DＬ 1.3 0.25 (a b)
0.625
实际计算中多采用流速当量直径. 在实际设计计算中, 一般将上述摩擦阻力计算 式作一定的变换, 使其变为更直观的表达式. 目前有 如下两种变换方式:
通风管道系统划分
• 1．空气处理、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臵排风系统： • （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。
风管材料
风管保温
• （一）进风口位臵应满足下列要求 ： • 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， 当布臵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。
• （1）密度和粘度的修正
Ｒ ＝Ｒ （ / 0）（ / 0） ｍ ｍ0
0.91
• 式中：Ｒｍ－－实际单位长度摩擦阻力 • Ｒｍ0－－图上查出单位长度摩擦阻力 • ρ －－实际的空气密度 • ν －－实际的空气运动粘度
0.1
• （2）空气温度和大气压力的修正
Ｒ ＝ｋKＢ ｍ0 Ｒ ｍ t
• 式中：Ｋｔ－－温度修正系数 • ＫＢ－－大气压力修正系数 • Ｋｔ、ＫＢ可以直接由图6－1查出。
• 5．排除含有剧毒物质的正压风管，不应 穿过其它房间。 • 6．风管上应设臵必要的调节和测量装臵 （如阀门、压力表、温度计、风量测定 孔和采样孔等）或预留安装测量装臵的 接口。调节和测量装臵应设在便于操作 和观察的地点。 • 7．风管的布臵应力求顺直，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。
选择风机时注意下面几个问题：
⒈根据输送的气体性质，确定风机的类型。 例如输送清洁空气，可选择一般通风换气 用的风机；输送腐蚀性气体，要选用防腐 风机；输送易燃气体或含尘空气，要选用 防爆风机或排尘风机。
• ⒉根据所需风量、风压及选定的风机类 型，确定风机型号。为了便于接管和安 装，还要选择合适的风机出口方向和传 动方式。 ⒊考虑到管道可能漏风、有些阻力计算 不够精确，选用风机的风量和风压应大 于通风系统的计算风量和风压。
第六章 通风除尘管道的设计计算
第六章 通风除尘管道设计计算
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。
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
当量直径： De= 4· f/P 式中f----管道的断面积, m2; P----管道的周长, m. 对于圆管, 当量直径即为管道的直径. 对 于矩形管, 通常采用两种当量直径,即流速当量 直径和流量当量直径. 流速当量直径是假设当 量管道的流速与矩形管的流速相等, 并且单位 长度的摩擦阻力也相等. 由此推得流速当量直 径为: De=2ab/(a+b) a,b为矩形管断面的长, 宽边尺寸.
均匀送风管道计算的目的是确定侧孔的面积, 风管断面尺寸以及均匀送风管段的阻力. 当侧孔的 数量, 侧孔的间距以及每个侧孔的送风量确定之后, 按上述原理即可计算出均匀送风管道的尺寸.
三. 管道设计中的有关问题
管道的阻力计算和尺寸计算只是管道设计的部 分内容, 在设计中还有许多因素需要考虑. 如风管 的布臵问题, 风管类型与材料的确定问题, 管件定 型化问题. 风管的防火防爆措施, 风管的防腐, 泄 水及保温措施等, 在设计中都应充分考虑.
(1) 比摩阻法: 令 Rm=(λ/De)·ρＶ2/2
称Rm为比摩阻, Pa/m, 其意义是单位长度管道的摩擦 阻力. 这样摩擦阻力计算式则变换成下列表达式:
ΔPm=Rm· L 为了便于工程设计计算, 人们对Rm的确定已作出 了线解图（附录6）, 设计时只需根据管内风量、管 径和管壁粗糙度由线解图上即可查出Rm值, 这样就 很容易由上式算出摩擦阻力.
(2) 综合摩擦阻力系数法:
管内风速Ｖ=L/f, L为管内风量, f为管道断面积. 将Ｖ代入摩擦阻力计算式ΔPm=λ· e)· 2/2后, (L/D ρＶ 令 Km=λ· e)· (L/D ρ/2f2 则摩擦阻力计算式变换为下列表达式: ΔPm=Km·2 L 称Km为综合摩擦阻力系数, N·2/m8. S 采用 ΔPm=Km·2 计算式更便于管道系统的分析 L 及风机的选择, 因此在管网系统运行分析与调节计 算时, 多采用该计算式.
源自文库
均匀送风管道的计算 要求送风管道从风管侧壁上的若干风口 (或短管), 以相同的出口速度, 均匀地把等量 的空气送入室内, 这种送风管道称为均匀送风 管道. 均匀送风管道的构造有两种形式, 一种 是均匀送风管道的断面变化(即断面逐渐缩小) 而侧风口(或短管)的面积相等; 另一种是送风 管道的断面不变化而侧风口(或短管)的面积都 不相等. 其计算的基本原理是保持各侧孔的静压 相等. 根据管道阻力的计算和能量方程即可求 得各侧孔静压相等的关系式.
(2) 减少风管的转弯数量, 尽可能增大转弯 半径;
(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°;
(4) 降低排风口的出口流速, 减少出口的动 压损失; (5) 通风系统各部件及设备之间的连接要合 理, 风管布臵要合理，避免产生涡流.
于分流使流速降低, 根据静压与动压的转换 原理, 流速降低, 使风管分支处复得一定的 静压, 令此复得静压等于该管段的阻力.由此 即可求得管道的直径. 此法主要用于高风速 管网的计算. 4. 优化设计法：该法的原理是以管道投资费用与 运行费用总和最低作为目标函数而获得管道 直径. 这种方法是管网设计计算中的新理论, 它对于降低通风系统的能耗, 提高管网风量 平衡精度具有重要的意义.