芯片抛光车间供液系统管路及其成套系统设计__毕设终稿.doc

中北大学2014届毕业设计说明书摘 要随着我国社会经济的发展，现代企业建设发展十分迅速，同时也对企业的基础设施建设提出了更高的要求。而厂矿企业对供水供液的要求也越来越大，在供液系统方面面临的矛盾和问题日益突出。随着企业生产对供液质量和供液系统可靠性要求的不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术，设计出高性能、高节能、能适应供液系统复杂环境的恒压、稳流等优良的供液系统成为必然趋势。本课题针对芯片抛光车间生产的特点，对芯片抛光车间的供液系统管路进行了研究，采用合理方案对供液系统进行了优化设计。相对于传统的供液管路系统，本课题主要在供液原理、空间布局，设备选型等方面进行了改良，并用相关软件进行了空间布局和结构安装图的绘制。关键词：芯片抛光车间 ，供液管路 , 恒压 ，稳流abstractwith the development of society and economy, not only the modern business building develop very rapidly, but also the requirements on corporate infrastructure put forward higher. the requirements of industrial enterprises for water supply is also growing and contradictions and problems in the hydraulic system faced increasingly prominent. the flow of fluid supply system that use advanced automation technology, control technology , has a high-performance, high energy ,and be able to adapt to the complex environment of the fluid supply system constantly, steadly has become an inevitable trend. this topic, for the chip polishing workshop production characteristics , the liquid supply system piping chip polishing workshop were studied and using reasonable solutions for the fluid supply system optimized design . compared to conventional liquid supply piping system, the main topic was modified in principle for the fluid , spatial layout, equipment selection, etc. at last , draw out the space-related software insallation diagram of the layout and structure.keyword: chip polishing workshop , liquid pipeline , constant , steady flow目录1 绪论11.1课题的工程背景及意义11.2国内外发展研究现状与发展趋势11.3本说明书的主要研究内容51.3.1芯片抛光车间供液系统管路的空间布局设计51.3.2供液管路系统及其配套设施的设计51.3.3供液方式设计51.3.4系统选材61.3.5芯片抛光车间供液系统布局图61.4课题研究设计流程图62 总体方案设计72.1空间布局设计72.2系统主要参数设计102.3供液方式设计102.3.1供、排液管同程循环系统设计102.3.2循环水泵多台并联设计112.3.3变频调速技术122.3.4控制系统工作原理122.4系统安装注意事项132.4.1总体安装特别注意事项132.4.2管道安装132.4.3变频器安装142.5本章小结153管道系统选型163.1流量与管径、压力、流速的一般关系163.2管径、压力与流速计算183.3本章小结204配套系统的选型214.1泵的选型214.2 阀门的选型254.3传感器的选型264.4变频器的选型284.4.1在选择变频器的容量时最基本的原则284.4.2加速时间与变频器容量选择的关系284.5本章小结285总结29参考文献30致 谢33第ii页 共ii页1 绪论1.1课题的工程背景及意义随着我国社会经济的发展，现代企业建设发展十分迅速，同时也对企业的基础设施建设提出了更高的要求。现在，芯片抛光车间主要采用双面抛光工艺作为芯片加工的主要后续加工方法。精密的双面抛光的加工精度和加工效率与加工环境、抛光转速、抛光运行模式、抛光压力、抛光液温度、流量等情况有着直接关系。因此,获得超光滑表面的芯片必须有超精密机床和合适的抛光工艺。经研究，不同抛光工艺参数:如抛光速度、抛光液等对表面粗糙度和材料去除率的影响,以获得芯片双面抛光理想表面质量。而芯片抛光车间的供液系统对精密的抛光工艺有重要影响。芯片抛光车间供水系统有出水点压力要求严、用水点多、出水量少的特点。生产车间供液系统的建设是其中的一个重要方面，供液的可靠性、稳定性、经济性直接影响到企业设备的正常工作和安全生产。随着企业生产对供液质量和供液系统可靠性要求的不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术，设计出高性能、高节能、能适应供液系统复杂环境的恒压、稳流等优良的供液系统成为必然趋势。特别是在石油化工、机械加工、电力、供热供水等关乎国计民生的领域，对优良供液管路系统的要求更加突出。对于芯片抛光车间更需要在其供液管路系统进行改良。1.2国内外发展研究现状与发展趋势近些年，国内外学者在车间供液和恒压供液领域做了一些十分有益的研究。随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供液系统的节能特性使得其越来越广泛用于工厂车间、住宅、高层建筑的生活及消防。变频恒压供液系统是由plc、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统。变频器、plc是恒压供液系统控制的核心部件。在芯片抛光生产车间供水系统设计方面，研究人员黄国涛、沈致和采用循环供水系统，根据芯片抛光生产车间生产设备的布局特点及其对水压平衡的特殊要求，从确保用水设备安全、减少资源浪费、提高设备运行效率这一基本点出发，提出了有关循环给水系统的设计措施和处理办法1。兰州理工大学结合某大型小区新建泵站利用plc设计了变频恒压供液控制系统.介绍了基于pc的变频恒压供液系统的构成和工作原理,针对泵站计算机控制系统中实际问题介绍了利用mscomm6.0函数实现西门子s7-300系列plc与上位机的通信2。西安建筑科技大学的学者王晓瑜用三菱fx2n plc、变频器和人机界面,设计恒压供液控制系统.分析系统的控制原理,设计系统流程图及软件程序.用实践结果证明,系统运行稳定,可靠性好,实现住宅恒压供液和节能环保的要求3。西安的李万军在基于s7-200的恒压供液控制系统中的应用介绍了一种采用s7-200 plc作为控制核心的恒压供液控制系统的设计方案.该系统通过pt203b应变式压力传感变送器实时测定水流压力,经pid调节器调节后送入变频器进行变频调节,plc根据变频器输出信号来控制恒压供液系统4。广西南宁水电局的研究人员简述农村集中供水工程中传统供水方式存在的问题及应用变频技术进行改造的必要性,并以两个实例说明变频恒压供水系统在供水工程中的应用效果 5。陕西科技大学的研究人员陈景文根据管网和水泵的运行特性曲线,阐明了供水系统的变频调速节能原理,分析了变频恒压供液的原理及系统的组成结构.通过研究和比较,可采用变频器和plc实现高层建筑的恒压供液.对系统的软硬件设计进行了详细介绍6。安徽的周力设计的变频恒压供液控制系统,应用了模糊控制技术,较好的克服了传统pid控制中稳定性差、参数调整困难的问题,并提供了一种用plc实现模糊控制的新方法.该系统取代了高塔或水泵直接加压供水方式,提高了供水质量7。宁夏大学，为了提高大范围变负荷恒压供液系统的控制精度和可靠性，提出了采用多台水泵分级控制，轮流变频启动的控制策略，并结合大范围变负荷供水系统的特点对常规pid控制算法作了一些相应的改进；同时，分析了变频器的输出及切换问题，给出了具体的切换方法和控制电路。该系统取代了高塔或水泵直接加压供水方式，提高了供水质量，节能效果明显8。 太原理工大学以特征线法为理论基础，采用电算法对禹门口长距离供水工程进行水锤防护计算，为该工程的优化设计及安全运行提供必要的技术支持9。此外，在供热管网水力平衡的研究方面成就也颇多。黑龙江省北安北能热力有限责任公司，、黑龙江省孙吴县建设局建筑设计室针对供热管网水力平衡失调问题进行详细的分析，进而提出实现供热管网水力平衡，解决失调问题的措施以减少因热网水利失调所造成的经济损失，对提高供热的效果、降低成本支出和提高供热质量都将会起到非常重要的作用10。黑龙江省林业设计研究院，析了我国目前供热管网水力平衡调节方法中存在的一些优缺点，以计算机与单台流量计的计算及测量为手段，提出了一种从理论到实际可操作的室外管网的水力平衡综合调节方法。并编制了供热管网水力平衡调节的应用程序，使得供热管网的水力平衡调节实用、经济、快捷、方便11。江苏大学和镇江自来水公司，研究了恒压和变压两种供水方式的能耗.采用图示法对比了水泵全速、恒压和变压运行的能耗差别,分析了管网特性的静扬程随水泵工况变化的关系12。北京燕山石化采用二供水自动化控制系统，二供水车间做为燕化地区工业用水和生活用水的输配中心，需要及时了解和掌握工艺流程中各设备运行工况及各项工艺运行参数，除解决各工艺单元自身的优化问题外，还需解决各工艺单元之间的协调问题，以保证出厂水质，节约人力、物力，降低成本。鉴于该工程的具体情况，本着“简捷、安全、实用、可靠”的原则，在处理厂内设立一套由plc 和工业级计算机组成的具有开放性、实时多任务的自动化系统13。过程装备与控制工程四川省重点实验室在内冷却平面磨削系统中，供液系统在磨削加工中提供一定流量的洁净切削液，供液系统设计的关键在于系统流量的确定。通过对内冷却平面磨削过程中切削液喷射过程进行分析，为了简化计算，将径向流道内液体的流动看做定常流动，其流速为径向流道中点处的流速，利用牛顿定理可推导出液体在径向流道中点处的流速计算公式，从而得到供液系统流量。实践表明，按该文的方法计算出的供液系统流量是合理的，据此设计出的供液系统成本低、性能可靠，能够很好地满足内冷却平面磨削加工的需求14。江苏苏钢集团有限公司介绍苏钢集团坯线车间供水系统目前存在的问题,如轴承水管堵死、排污水达不到环保要求等等，以及改造后供水系统的工艺布置和改造效果15。在供水系统的材料选择上，外国研究人员进行了一些研究探索。由304不锈钢制成的供水管路的腐蚀可以见诸各种建筑物，在焊接区还常检测到泄漏，同时这些地方也是天然气的分销网络的交叉处。对于氦管316的不锈钢存在泄漏，需要或多或少每两年定期维修一次。对焊接工艺进行了测试，研究了两种类型的不锈钢次氯酸盐离子引起的局部腐蚀的干/湿机理，对304不锈钢是不可接受的，针对这种情况，研究人员给出了一些解决措施16。 larry seitter针对恒压供液系统,介绍了用plc实现变频恒压控制的工作原理,对其中的水泵机组自动切换程序进行了优化设计,并给出了plc梯形图.长期的运行表明,该软件可靠,移植性强,在水泵、气泵机组变频改造中得到广泛应用17。自来水厂同样常用变频供水plc自动控制系统。湖南的陈燕阐述了采用变频器和plc联合控制自来水厂自动供水的控制系统，重点介绍了该系统的控制思路、系统功能、系统硬件以及软件等内容18。mclaren2008年的学术论文中写到，变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无级调速驱动技术,特别是在供水行业中,由于生产安全和供水质量的特殊需要,对恒压供液压力有着严格要求,变频调速技术也得到了更加深入的应用19。hirokazu hamada应用模糊控制方法在变频恒压供液系统中,通过对pid参数进行在线自动调整,实现供水系统水压调节的有效控制及节能.仿真结果和实际应用表明:采用模糊pid控制后,控制系统的响应速度加快,超调量减小,过渡过程时间大大缩短20。重庆大学建筑设计研究院介绍了西南医院门诊楼集中热水系统全循环供水方式。设计充分利用自然循环和机械循环，选用横管配回水、设里多个循环管路的方式，实现了热水系统的支管、供回水横管及立管的全循环。对于建筑标准高、耗热量大、卫生器具多且分散的建筑，宜结合实际情况采用多种循环供水方式相结合的管道布里形式。最后对门诊楼采用全循环管道设计中存在的问题及解决措施进行分析21。郑州大学介绍了利用组态王实现对独立小规模供水系统中供水管道压力的控制。控制采用计算机(组态王)+ 变频器+ 水泵的方式,利用组态王软件不但完成了算法编写实现了良好的恒压供液控制,而且生成了可视化操作界面完成了系统的上位机监控22。洛阳市水务集团有限公司研究出阀门在给水管网中起着调节水的压力，流向、流速、控制停水等重要的作用，通过对给水管道常用的闸阀和蝶阀地比较介绍了其优缺点以及单个给水阀门的井室的砌筑尺寸与阀门组合的井室的砌筑尺寸23。沈阳化工学院介绍了分支管路的优化设计方法。结合某厂分支供水管路的优化设计，介绍了分支供水管路能量平衡规律的数学描述，优化设计目标函数的建立及其最优解的计算机计算，并给出了计算结果24。牡丹江龙江环保供水有限公司指出，变频调速节能技术是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于体的高效节能术，自80年代世界各国将其投入工业应用以来，显示出了强劲的发展势头，其应用领域也在迅速扩展。目前，凡是可变转速的拖动电机，只要采用该项技术就能取得可观的节能效果。在倡导循环经济发展模式，低碳、节能减排理念深入人心的大背景下，大力推广此项技术意义重大25总之国内外的研究学者在供液方式的改进、供液设备的选择、供液材料的选择，以及供液原理的优化等方面做大量的工作。尤其是在供液方式上的研究和改进。到目前为止，无论是生活供水，还是厂矿、企业车间等领域供水供液，基本都摒弃了传统的高塔供水供液或者水泵直接加压的供水供液方式，大多采用优良的变频调速恒压供液、二次加压供液和无负压供液等方式。1.3本说明书的主要研究内容本设计中要实现芯片抛光车间供液系统管路的设计和系统成套设计，实现生产线的恒压、稳流供液。1.3.1芯片抛光车间供液系统管路的空间布局设计在当今社会讲求节能高效，而节约能源与环境保护是永远的主题，所以我将在更加节能和环保方面进一步研究改进已有的技术模式。而节能环保涉及领域宽泛，比如车间管道的管路的材料选用、成型设计等方方面面，这又必须结合具体的生产环境进行适宜的有针对性的改造。1.3.2供液管路系统及其配套设施的设计对于芯片抛光车间这一特殊的场合，我将更加有针对性的对芯片抛光车间的供液管路系统进行在空间布局上的优化设计，力求达到节省空间、布局合理。1.3.3供液方式设计变频调速恒压供液、二次加压供液和无负压供液是常用的供液方式，本说明书通过科学的理论分析和参数分析，选用变频调速供液方式。1.3.4系统选材完成对管路系统的选材以及相关配套设施，如供水泵，控制器的选型1.3.5芯片抛光车间供液系统布局图一系列的理论分析和设备选型，最终都是为了将芯片抛光车间的供液系统管路及其成套系统完美的呈现出来。借助绘图软件和组态软件，形象的将车间供液管路系统的空间布局图和结构安装图表达出来，是本说明书的一大任务之一。1.4课题研究设计流程图供液系统管路布局结构工作原理布局设计图 管道及其配套设施选型理论分析 数据支持 图1.1设计流程图2 总体方案设计2.1空间布局设计根据芯片抛光车间的生产特点进行车间工业管路的空间布局设计，在合理布局的前提下，进行工业管路配套设施，如阀门、供液泵等设备的安装布置图； 自动控制柜液槽2液槽1补液槽2补液槽1消防用水图2.1 芯片抛光车间空间结构图车间管路系统总体占地面积22.5*17平方米设有5个液槽，其中中性补液槽和中性液体储液槽各1个；弱碱性补液槽和弱碱性液体储液槽各1个；消防用水水槽1个。液槽中安装液位计。图2.2 储液槽变频调速自动控制柜1台，用于系统全程的自动控制。主管和辅管（见图2.3）分别供应弱碱性液体和中性液体，液体经过出液口后，剩余没用完的同程返回储液槽。图2.3 主管与辅管主管和辅管近储液槽处分别安装止回阀，防止液体返程流动。多泵并联，大大提高液体流动的动力性能和稳定性能。图2.4多泵并联供液干管上有电动阀的管路设置手动阀旁路。中性液体出液口7个，弱碱性液体出液口7个。每个近出液口的支管安装一个压力传感器和一个电动阀（见图2.5）。图2.5 出液口安装图主管长20米，辅管长20米，支管安装位置分布在主管两侧5米范围内。补液槽与储液槽间各安装一个水泵。储液槽与出液口之间2个支路管路并联，各支路管路各安装一个水泵。水泵的选型见第三章。2.2系统主要参数设计根据芯片抛光车间生产工艺的要求，完成供液管路的选材和相关配套设施的选型。主管参数主管材料为pvc，周长为17cm，液体呈现弱碱性；辅管周长为10cm, 液体呈中性，各工作点细管周长70mm；选用合适的管径比。控制对象参数西门子电机功率400kw，额定电流48.5a，额定电压6kv，额定转数990转min，水泵。配用轴功率385kw，额定流量2500m3/h。变频调速器参数选用simovert mv交流调速柜，输入3ac，2x1200v，170a，50-60hz，输出3ac，0-6v,65a,20-66hz,配用干式整流变压器，提供输入电源，型号ztsgn-6306，额定容量630kva。图2.6 simovert mv交流调速柜压力变送器（pt)参数用于测量送水管网压力，提供dc420ma标准信号输出。2.3供液方式设计2.3.1供、排液管同程循环系统设计芯片抛光生产车间循环供液系统有出水点压力要求严、用水点多、出水量少的特点。宜采用同程循环系统（见图2.7）：经过每一并联环路的管长基本相等；同时，如果通过每米长管路的阻力损失接近相等，将采用管径偏大的进、出液管(使进、出液干管从起点至终点的压力损失趋近于零)，则管网的阻力不需调节即可保持平衡。这种方式能确保进、出液管压力基本平衡，供液水量仅随支管管径大小而变化，可避免形成负压、出现断液的情况。图2.7同程循环系统2.3.2循环水泵多台并联设计简单的将几台水泵的流量、扬程简单叠加后，可能导致车间用水达不到生产要求，因为水泵并联后其总的流量、扬程并不是简单的叠加而成，而是水泵间相互作用生成了特殊的流量、扬程。两台泵并联运行时，效率总是大于单台泵运行；在不同性能循环泵并联时，一定要注意各自所提供的压头大小，以压头参数为主进行调节，流量和耗电量可作为参考数据。泵的并联运行不仅是供液管网运行时所考虑的核心问题,在工程设计上，泵的选型一定不可忽视，合理的匹配循环泵不仅能降低初投资，更能降低运行成本，符合国家倡导节能方向。很多管网工程，由于所匹配的循环泵的性能和外网特性不是最佳匹配，很多技术人员观念保守，不至于用户需求不达标，故都选的泵较大，以“大大宜善”为主流思想，而不考虑今后运行经济效益，往往会设计扬程远大于实际运行所需扬程。若是循环泵运行不够匹配，其结果要么是电能无故浪费,要么就是达不到外网所需压头，致使水力调节很难达到稳定状态26。由此可以看出，循环泵的匹配相当重要，并联循环泵台数的多少，必须经性能分析后方可匹配。如并联较多时， 循环泵很可能发生电流超载现象，电机过热，甚至损坏电机，如外网所需阻力较小时，就要慎重选择匹配的循环泵，若是远大于实际所需压头， 使得实际工作点与理论设计工作点背离过大， 泵的性能曲线往往会向右偏移， 超出一定范围时就会出现电机过流的现象27。所以，无论是从泵的选型还是泵的运行，根据条件尽可能进行所选泵的单独运行和并联运行的技术综合比较，近的方面考虑，不仅有利于工程初投资， 更有利于泵今后的经济运行，长远考虑，对能源得到更好的利用大有益处。2.3.3变频调速技术在供液管路系统中，普遍存在着用水量变化较大的问题，在不同的季节、不同的时段，用户用水的需求量有很大的差别，存在着明显的用水高峰特征，因此供液系统的给水压力需要随用户的用水需求量变化而变化。在低峰时，如果水泵机组按高峰期的用水量运行，虽可通过调节阀门来满足用水需求，但供液能量损耗大，而且还会影响机组的正常运行。因此，根据用水需求自动控制水泵机组运行，且实现节能，是车间供液系统的一项重要内容。变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电效率很高，几乎能将因设计冗余和用水量变化而浪费的电能全部节省下来。变频调速控制技术，是指以变频调整原理为基础，在保证供液可靠性的前提下，根据供液系统用水量的变化情况，自动调整水泵工况，使之始终尽可能地在高效区间内运行，以达到降低能耗、提高效率的目的。这一技术是比较科学，可靠性较高的一种调节水泵工况的方式。它具有调速精度高、功率因数高等特点，使用它可以提高产品质量、产量，并降低物料和设备的损耗，同时也能减少机械磨损和噪音，改善车间劳动条件，满足生产工艺要求。变频器是一种以变频调速技术为基础通过改变频率来调整电机转速的工业装置。作为一种先进的调速装置，变频器不但调速范围广、可靠性高、操作与维护方便，而且节电效果明显28。2.3.4控制系统工作原理应用变频器来实现变频节能供液，可以采用恒压变量或变压变量两种方式来实现。恒压变量供液系统通过调整变频器转速（即供液流量）来保证供液压力不变，该系统技术比较成熟，应用广泛。变压变量供液系统则根据用户用水量的变化同时调整变频器转速（即供液流量）和供液压力，节能效果更好。应用变频器来实现变频节能供液，可以采用恒压变量或变压变量两种方式来实现。恒压变量供液系统通过调整变频器转速（即供液流量）来保证供液压力不变，该系统技术比较成熟，应用广泛。变压变量供液系统则根据用户用水量的变化同时调整变频器转速（即供液流量）和供液压力，节能效果更好。图2.8 芯片抛光车间供液系统控制原理图2.4系统安装注意事项2.4.1总体安装特别注意事项主管和辅管分别供弱碱性液体和中性液体，另外要有配套的消防用水管路。对于门阀的设置，要同时选用电动阀和手动阀，这对系统的安全工作和设备稳定运行是有重要意义的。 铺设管路时须安装上备用管路，同样也是为了系统的安全工作和设备稳定行。本课题设计了7个出液口，每个出液口出都各设置一个电动阀和一个传感器便于对供液压力和流速的合理控制。补液槽要设置液位传感器，可以保证供液持续。2.4.2管道安装 管道连接首选焊接（自动氩弧轨迹焊接）、其次快卡连接（图2.9）、再次卫生结构法兰连接、不使用螺纹连接焊接的方法比快卡连接的明显优点在于焊接形成连续焊缝，不必考虑快卡连接的密封垫错位、缝隙及其老化更换问题。图2.9 卡箍式快卡链接图2.10 自动氩弧轨迹焊接2.4.3变频器安装变频器的安装环境：应避开阳光直射或高温多湿，选择无腐蚀性气体、易燃性气体、油烟和多尘的清洁干燥地方,须安装在无振动的场所。 变频器安装方法：把变频器安装在配电柜内进行使用，变频器周围留有足够的空间，以便保持良好的散热条件，在配电柜内装上轴流凤机 等通风设备。 在变频器输入端安装空气开关，原则上不要安装漏电开关。 为了减少变频器对其他设备的干扰，须安装电抗器。2.5本章小结 本章主要是系统的总体方案设计，包括空间布局设计、系统主要参数的设计和供液方式设计；分析了变频调速技术和控制系统的工作原理；分析了系统安装的一些特别需要注意的事项，包括管道安装和变频器的安装。3管道系统选型3.1流量与管径、压力、流速的一般关系一般工程上计算时，供液管路，压力常见为0.1-0.6mpa，水在供液管中流速在1-3米/秒，常取1.5米/秒。 流量=管截面积x流速=0.002827x管内径的平方x流速(立方米/小时)。其中，管内径单位：mm ，流速单位：米/秒 ，所供液体的的公式与水相同，只是流速一般取20-40米/秒。水头损失计算chezy 公式 这里：q断面水流量（m3/s）cchezy糙率系数（m1/2/s）a断面面积（m2）r水力半径（m）s水力坡度（m/m）根据需要也可以变换为其它表示方法: darcy-weisbach公式由于这里：hf 沿程水头损失（mm3/s）f darcy-weisbach水头损失系数（无量纲）l管道长度（m）d管道内径（mm）v 管道流速（m/s）g 重力加速度（m/s2） 水力计算是输配供液管道设计的核心，其实质就是在保证车间供液量、液压安全的条件下，通过水力计算优化设计方案，选择合适的管材和确经济管径。输配供液管道水力计算包含沿程水头损失和局部水头损失，而局部水头损失一般仅为沿程水头损失的510%，因此本文主要研究管道沿程水头损失的计算方法29。表3.1 管路损耗参考表管径（mm）2538506575100125150175200250300流量（l/s）13.273.50.8213.0143.10.80.4455133.21.60.46297.13.30.80.238135.91.30.40.1610209.62.10.630.260.111521.66.81.30.580.270.13208.62.71.10.50.260.0725134.11.60.740.370.123019.45.92.31.050.530.180.074010.74.21.90.930.300.12506.42.91.50.480.19609.44.32.10.680.27705.82.90.930.37807.73.71.20.49909.64.71.50.61006.11.90.761107.22.30.91208.52.81.11303.31.3直管摩擦损失表（供估计用） 管100m直管损失米数 （以新铸管为标准，旧管加倍） 1403.71.51604.92.01805.22.42003.0注:例如100mm直径管,底阀折合100倍直径等于100x100=10000mm=10m直管长度,假定流量8l/s查上表,直管每100m损失1.3m,则10损失0.13m,即100mm底阀,流量为8l/s时,则损失扬程0.13m.3.2管径、压力与流速计算如果需要精确计算就要先假定流速，再根据液体的粘度、密度及管径先计算出雷诺准数，再由雷诺准数计算出沿程阻力系数，并将管路中的管件（如三通、弯头、阀门、变径等）都查表查出等效管长度，最后由沿程阻力系数与管路总长（包括等效管长度）计算出总管路压力损失，并根据伯努利计算出实际流速，再次用实际流速按以上过程计算，直至两者接近（叠代试算法）。液体在管道和管道附件流动中，由于管壁的阻力而损失的扬程称为管道阻力。因此实际中很少这么算，基本上都是根据压差的大小选不同的流速，按最前面的方法计算30。表3.2 水管管径、压力与流速确定后，管道的流量表管径(dn)流量 m3/h0.4m/s0.6m/s0.8m/s1.0m/s1.2m/s1.4m/s1.6m/s1.8m/s2.0m/s2.2m/s2.4m/s2.6m/s2.8m/s3.0m/s200.50.70.91.11.41.61.82.02.32.52.72.93.23.4250.71.11.41.82.12.52.83.23.53.94.24.64.95.3321.21.72.32.93.54.14.65.25.86.46.97.58.18.7401.82.73.64.55.46.37.28.19.010.010.911.812.713.6502.84.25.77.18.59.911.312.714.115.617.018.419.821.2654.87.29.611.914.316.719.121.523.926.328.731.133.435.8807.210.914.518.121.725.329.032.636.239.843.447.050.754.310011.317.022.628.333.939.645.250.956.562.267.973.579.284.812517.726.535.344.253.061.970.779.588.497.2106.0114.9123.7132.515025.438.250.963.676.389.1101.8114.5127.2140.0152.7165.4178.1190.920045.267.990.5113.1135.7158.3181.0203.6226.2248.8271.4294.1316.7339.325070.7106.0141.4176.7212.1247.4282.7318.1353.4388.8424.1459.5494.8530.1300101.8152.7203.6254.5305.4356.3407.1458.0508.9559.8610.7661.6712.5763.4350138.5207.8277.1346.4415.6484.9554.2623.4692.7762.0831.3900.5969.81039.1400181.0271.4361.9452.4542.9633.3723.8814.3904.8995.31085.71176.21266.71357.2450229.0343.5458.0572.6687.1801.6916.11030.61145.11259.61374.11488.61603.21717.7500282.7424.1565.5706.9848.2989.61131.01272.31413.71555.11696.51837.81979.22120.6, 600407.1610.7814.31017.91221.41425.01628.61832.22035.72239.32442.92646.52850.03053.6表3.4管路直径之最大流速与流量表管路直径(mm)最大流量(l/s)最大流量(m3/h)最大流速(m/s)2513.62.04382.592.21504.17152.12656.67242.017510.00362.2610018.4662.3312530.01082.4415043.01552.4517560.02162.4920083.33002.69250133.34802.72275160.15762.71300192.06912.71345253.99142.70综上，主管材料为pvc，周长为17cm，液体呈现弱碱性；辅管周长为10cm, 液体呈中性，各工作点细管周长70mm；选用合适的管径比。主管干管管径和辅管干管管径均选用100mm,管内最大流量18.4 l/s，最大流速2.33 m/s。3.3本章小结 本章通过数据和算法分析研究了流量与管径、压力、流速的一般关系，进行了管径、压力与流速计算，从而计算设计出合理的管径和管径比，为管道系统的选型和安装提供科学的依据，并完成管道系统的选型。4配套系统的选型4.1泵的选型4.1.1供水设备水泵选型依据供液设备水泵选型依据，应根据工艺流程，给排水要求，从五个方面加以考虑，既液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等流量是选水泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。 如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%10%余量后扬程来选型。液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度c密度d，粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型：化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余量的校核。操作条件的内容很多，如液体的操作t饱和蒸汽力p、吸入侧压力ps(绝对)、排出侧容器压力pz、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。4.1.2选供水设备水泵的具体操作根据泵选型原则和选型基本条件，具体操作如下：根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件，确定选择卧式、立式和其它型式(管道式、潜水式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式等)的泵。根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还是油泵、化工泵或耐腐蚀泵或杂质泵，或者采用无堵塞泵。安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用相应的防爆电动机。根据流量大小，确定选单吸泵还是双吸泵；根据扬程高低，选单级泵还是多级泵，高转速泵还是低转速泵(空调泵)、多级泵效率比单级泵低，如选单级泵和多级泵同样都能用时，首先选用单级泵。确定泵的具体型号确定选用什么系列的泵后，就可按最大流量，(在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量)，取放大5%10%余量后的扬程这两个性能的主要参数，在型谱图或者系列特性曲线上确定具体型号。操作如下，利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵，但是这种理想情况一般很少，通常会碰上下列两种情况：第一种：交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的泵。或设法减小管路阻力损失。第二种：交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内 ，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需q、h、，根据其ns和切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。选泵时，有时须考虑生产工艺要求，选用不同形状q-h特性曲线。泵型号确定后，对水泵或输送介质的物理化学介质近似水的泵，需再到有关产品目录或样本上，根据该型号性能表或性能曲线进行校改，看正常工作点是否落在该泵优先工作区?有效npsh是否大于(npsh)。也可反过来以npsh校改几何安装高度。对于输送粘度大于20mm2/s的液体泵(或密度大于1000kg/m3)，一定要把以水实验泵特性曲线换算成该粘度(或者该密度下)的性能曲线，特别要对吸入性能和输入功率进行认真计算或较核。确定泵的台数和备用率：对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当，(指扬程、流量相同)，大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇有下列情况时，可考虑两台泵并联合作：流量很大，一台泵达不到此流量。对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵工作，两台备用(共三台)对某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作，不用备用泵，在一台泵检修时，另一台泵仍然承担生产上70%的输送。对需24小时连续不停运转的泵，应备用三台泵，一台运转，一台备用，一台维修。确定泵的台数和备用率：对正常运转的泵，一般只用一台，因为一台大泵与并联工作的两台小泵相当，(指扬程、流量相同)，大泵效率高于小泵，故从节能角度讲宁可选一台大泵，而不用两台小泵，但遇有下列情况时，可考虑两台泵并联合作：流量很大，一台泵达不到此流量。对于需要有50%的备用率大型泵，可改两台较小的泵工作，两台备用(共三抬)对某些大型泵，可选用70%流量要求的泵并联操作，不用备用泵，在一台泵检修时，另一抬泵仍然承担生产上70%的输送。对需24小时连续不停运转的泵，应备用三台泵，运转，一台备用，一台维修。水泵机组在供液中的工况点取决于管道特性曲线和水泵特性曲线两个方面。水泵特性曲线或管道特性曲线的变化都可引起工况点的改变。在恒定转速下水泵特性不会改变工况点的改变主要是由管道特性改变引起，也就是通常所说的阀门调节这种调节方式往往伴随着大量的能量浪费。如果在供水过程中保持管道特性不变，完全通过改变水泵的特性来实现工况点的改变这是一种理想的情况没有任何多余能量浪费，但对于多出液的管网，由于用液规律不同，阀门的启闭不可避免，因面无法实现。另外，由于系统的最不利点通常在管网末端，距水泵机组较远压力反馈系统构造较复杂，维护检修也不方便。所以 目前在工程实际中大多采取水泵出口恒压控制。以下的讨论均以此为前提。4.1.3水泵调速性能分析任何型号的离心泵都可在一定的范围内调速运行，但由于不同型号水泵的特性曲线各不相同，其在调速运行过程中的有效调