金属加工车间设计通风系统课程设计.doc

1 目录目录 摘要摘要3 前言前言3 1.尘区域简介尘区域简介.4 2.通风系统的空间布置通风系统的空间布置.7 2.1.全面通风和局部通风方法的选择.7 2.2.通风系统的划分.7 2.3.局部排风罩的选择.8 2.4.局部排风罩的种类.8 2.5.选定局部排风罩.8 3.1.风管布置的原则.9 3.2.风管截面及材料的选择.10 3.3.排风口位置的确定.10 4.除尘器的选择除尘器的选择.10 5.系统轴测图系统轴测图.11 6.通风管道的水力计算通风管道的水力计算.12 6.1 断面尺寸及比摩阻的确定断面尺寸及比摩阻的确定12 6.2 局部阻力系数的确定局部阻力系数的确定13 6.3 各管段阻力损失的计算.16 6.4 并联管路的阻力平衡.17 2 6.5 系统总阻力计算.18 7.风机选择风机选择.18 8.工程概预算工程概预算.19 9.结论结论.19 10.参考文献参考文献.19 3 摘要摘要 本次课程设计主要是为金属加工车间设计通风系统，根据车间情况将车间 尘源分为三个区间，再计算出各个排风罩的排风量，以及系统的中的总排风量 和阻力，然后根据其数据进行风机和除尘器的选择，绘制通风系统布置图，绘 制通风系统轴侧图。根据其尘源的特点、车间状况以及经济条件，比较除尘器 和风机的类型，选择合适的机器，然后制定合理的通风除尘的方案，进行通风 除尘系统的设计。 关键词：风量；风压；排风罩；除尘关键词：风量；风压；排风罩；除尘 Summary This curriculum is mainly designed about the ventilation system for metal processing workshop. The process is as follows. At first, workshop dust source is divided into three interval according to the workshop situation. Then, draft capacity of each exhaust hood and total exhaust volume and resistance in the system are calculated. Later, according to the above data, options of the blower and precipitator are made. At last, the ventilation system layout and axonometric drawing of ventilation system are drawn. All in all, according to the characteristics of the dust source, workshop situation and economic condition, the right machine is firstly choosed with types of blower and precipitator taken into consideration, then the reasonable ventilation dust removal scheme is made, and at last, the ventilation and dust removal system is designed. Keywords: wind： pressure; exhaust hood; dust 前言前言 随着城市现代化的快速发展和人们生活水平的不断提高，室内外空气污染 物的控制技术不仅在改善民用建筑和生产车间的空气条件、保护人们身体健康、 提高劳动生产率方面起着重要的作用，而且还在许多工业部门起着保证生产正 常进行，提高产品质量起着重要的作用。工业通风的主要任务是，利用技术手 4 段，合理组织气流，控制或消除生产过程中产生的粉尘、有害气体、余热和余 湿，创造适宜的生产环境，达到保护工人身心健康和保护大气环境的目的。 由于生产条件的限制、有害物源不固定等原因，不能采用局部通风，或者 采用局部排风后，室内的有害物浓度仍超过卫生标准，在这种情况下采用全面 通风。全面通风的效果与通风量以及通风气流组织有关。根据实际工艺在有害 物散发点直接把有害物质搜集起来，经过净化处理，排至室外，分为进风和排 风。为了维持室内一定的压力，一般采用机械通风。 1.尘区域简介尘区域简介 金化公司位于湖北省黄石市，主要生产金属异型管，厂区内主要有生产车 间、一线职工办公楼、食堂和公司写字楼四处主要建筑物，生产车间长、宽、 高为 704010m3，车间墙体厚度 0.24m，一线办公楼高 10m，写字楼高 13m，食堂 4m。车间内主要尘源 3 处。黄石市常年主导风向东南风，静风频率 20。设计一合理的通风除尘系统，要求作业场所和排入大气的含尘量达到国家 标准。尘源分布图、工厂平面布置图及车间产尘量见图 1、图 2 和表 1. 5 比例 3：1000 图 1 车间尘源分布图 生产车间 写字楼 食堂 一线员工 办公楼 30m 大门 40m 30m 200m 100m 图 2 工厂平面布置图 6 表 1 车间各尘源产尘量 车间车间 1 12 23 3 产尘量（产尘量（m m3 3/h/h） 350035003700370040004000 除尘风管的最小风速（m/s） 表 2 粉尘类别粉尘类别粉尘名称粉尘名称垂直风垂直风 管管 水平风管水平风管 纤维粉尘纤维粉尘干锯末、小刨屑、纺织尘干锯末、小刨屑、纺织尘 木屑、刨花木屑、刨花 干燥粗刨花、大块干木屑干燥粗刨花、大块干木屑 潮湿粗刨花、大块湿木屑潮湿粗刨花、大块湿木屑 棉絮棉絮 麻麻 石棉粉尘石棉粉尘 1010 1212 1414 1818 8 8 1111 1212 1212 1414 1616 2020 1010 1313 1818 矿物粉尘矿物粉尘耐火材料粉尘耐火材料粉尘 粘土粘土 石灰石石灰石 水泥水泥 湿土（含水湿土（含水 2%2%以下）以下） 重矿物粉尘重矿物粉尘 轻矿物粉尘轻矿物粉尘 灰土、砂尘灰土、砂尘 干细型砂干细型砂 金刚砂、刚玉粉金刚砂、刚玉粉 1414 1313 1414 1212 1515 1414 1212 1616 1717 1515 1717 1616 1616 1818 1818 1616 1414 1818 2020 1919 金属粉尘金属粉尘钢铁粉尘钢铁粉尘 钢铁屑钢铁屑 铅尘铅尘 1313 1818 2020 1515 2323 2525 其他粉尘其他粉尘轻质干粉尘（水工磨床粉尘、烟草灰）轻质干粉尘（水工磨床粉尘、烟草灰） 煤尘煤尘 焦炭粉尘焦炭粉尘 谷物粉尘谷物粉尘 8 8 1111 1414 1010 1010 1313 1818 1212 2.通风系统的空间布置通风系统的空间布置 2.1.全面通风和局部通风方法的选择全面通风和局部通风方法的选择 由于生产条件限制、有害物源不固定等原因不能采用局部通风，或者采用 局部排风后，室内有害物浓度仍超过卫生标准，在这种情况下采用全面通风。 7 全面通风的效果和通风量以及通风气流组织有关。 根据实际工艺在有害物散发点直接把有害物质捕集起来，经过净化处理， 排至室外。分为进风和排风，为了维持室内一定的压力，一般采用机械通风。 由于本车间建筑面积比较大，且属于同一生产过程，工作人员分布在整个 房间中，为了维持室内一定的负压，采用全面通风的机械送风。由于金属加工 车间产生的粉尘大部分为金属粉尘，且有可能有抛光等作业进行局部排风然后 统一处理后排到室外。 2.2.通风系统的划分通风系统的划分 当车间内有不同的送、排风要求，或者车间面积较大，送、排风点较多时， 为了便于运行管理，常分设多个送、排风系统。划分的原则： 1、空气处理要求相同时、室内参数要求相同的，可划为一个系统。 2、同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为一个系统。 3、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。 4、有毒和无毒的生产区，宜分开设置通风系统和净化系统。若不要求回收， 并且混合后不会爆炸或者混合后不会导致风管内结露的，可以合为一个系统。 5、排风量大的排风电位于风机附近，不和远处排风量小的排风点和为同一 个系统 三个尘源室内参数要求、生产流程相同，扬尘点相距很近，故可合设一个系统。故将 三个尘源、管道、除尘器和风机设为一个系统 2.3.局部排风罩的选择局部排风罩的选择 设计局部排风罩时应遵循以下原则： （1）局部排风罩应尽可能靠近污染物发生源，使污染物局限于较小空间，尽可 减小其吸气范围，便于捕集和控制。 （2）排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致。 （3）已被污染的吸入气流不允许通过人的呼吸区。 （4）排风罩应力求结构简单、造价低，便于制作安装和拆卸维修。 （5）与工艺密切相结合，使排风罩的配置与生产工艺协调一致，力求不影响工 艺操作。 8 （6）要尽可能避免或减弱干扰气流。 2.4.局部排风罩的种类局部排风罩的种类 按照工作原理不同，局部排风罩可分为以下几种形式： （1）密闭罩； （2）柜式排风罩（通柜式） ； （3）外部吸气罩（包括上吸式、侧吸式、下吸式用槽边排风罩等） ； （4）接受式排风罩； （5）吹吸式排风罩 2.5.选定局部排风罩选定局部排风罩 由于金属加工车间产生的粉尘大部分为金属粉尘(表 3)，且有可能有抛光 等作业，综合考虑局部排风罩应该选用外部吸气罩的侧吸式排气罩。见图 3： 图 3 侧吸罩 3.风管布置截面及材料的选择风管布置截面及材料的选择 3.1.风管布置的原则风管布置的原则 风管的布置应该符合以下原则： （1）除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。 9 （2）除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平夹角最好大于。如 45必须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）在除尘系统小，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 100mm； 排送粗粉尘 130mm。 （4）排除含有剧毒物质的正压风管，不应穿过其他房间。 （5）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。 （6）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。 3.2.风管截面及材料的选择风管截面及材料的选择 风管截面形状有圆形和矩形两种。两者相比较，在相同断面积时圆形风管 的阻力小，材料省，强度也大。同时当风管中流速较高，风管直径较小时，如 除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。风管材料应根据使用要求和就地取材 的原则选用。 因本设计属除尘系统设计，管内流速较高，阻力较大，故采用圆形风管。 钢板易于工业化加工制作，安装方便，采用钢板。 3.3.排风口位置的确定排风口位置的确定 排风口设置应满足以下要求： （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须经大气扩散稀释时，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，为防止雨水 进入风管可在下部斜设排水口。 因为写字楼高 13m 将排风口所处的管道设为 14m,加上风机的高度，排风口高出地面 10 15m-16m。 4.除尘器的选择除尘器的选择 除尘器的选型要考虑多种因素和条件，下面是重要事项： （1）按处理气体量选型 处理气体量的多少是决定除尘器大小类型的决定性因素，对大气量，一 定要选能处理大气量的除尘器，如果用多个处理小气量的除尘器并联使用往 往是不经济的。对较小气量要比较用哪一种类型的除尘器是最经济最容易满 足尘源点的控制和粉尘排放的环保要求。由于除尘器进入实际运行后，受操 作和环境条件影响有时是不易预计的，因此，在决定设备的容量时，需保证 有一定的余量或预留一些可能增加设备的空间。 （2）按粉尘的分散度和密度选型 所有除尘器的一个共同点是堆积密度越小，尘粒分离捕集就越困难，粉 尘的二次飞扬越严重，所以操作上与设备结构上应采取特别措施。 在本次设计中，需处理的风量较小，选用较为经济实用的旋风除尘器。具体 参数见下表 2： 表 3 袋式除尘器参数 型号32-6气像脉冲袋式除尘器 处理风量（m3.h）13390 过滤面积（m2）186 过滤风速（m/min）1.2-2.0 设备阻力（Pa）1500 滤袋数（个）192 5.系统轴测图系统轴测图 根据设计绘制系统轴测图如下： 11 比例 1：400 图 5 金属加工会车间通风系统图 6.通风管道的水力计算通风管道的水力计算 风管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法等几种，目前 常用的是假定流速发。本设计中的风管水力计算采用假定流速法。 假定流速法的特点是，先按技术经济要求选定风管的流速，再根据风管的 风量确定风管的 断面尺寸和阻力。 6.1 断面尺寸及比摩阻的确定断面尺寸及比摩阻的确定 对各管进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。见通风系统图。 本系统选择 135除尘器6风机7 为最不利环路。 输送含有钢铁粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管 13m/s、水平 风 4 管 15m/s. 考虑到除尘器及风管漏风，管段 6 及 7 的计算风量为（3500+3700+4000） 1.0511760m3/h. 对于管段 1 根据 L1=3700m3/h=（1.03m3/s） 、V1=15m/s 由课本附录 6 通风管道单位长度 摩擦阻力线算图查出管径和单位长度摩擦阻力。所选管径应尽量符合课本附录 8 的通风管道统一规格。 D1= 280mm Rm1=9pa/m 12 同理可查得其它管段的管径和单位长度摩擦阻力如表 4： 表 4 通风系统管道水力计算表（） 管段编号管段编号 流量流量 m m3 3/h,m/h,m3 3/s/s 长度长度 l l m m 管径管径 D D mmmm 流速流速 V V m/sm/s 比摩尔阻比摩尔阻 R Rm m（Pa/mPa/m） 1 1 37003700（1.031.03） 464628028015159 9 2 2 40004000（1.111.11） 404032032015158.58.5 3 3 77007700（2.142.14） 7.57.536036015157 7 4 4 35003500（0.970.97） 101032032013136.26.2 5 5 1120011200（3.113.11） 212140040015156 6 6 6 1176011760（3.273.27） 6 645045013134.24.2 7 7 1176011760（3.273.27） 151545045013134.24.2 6.2 局部阻力系数的确定局部阻力系数的确定 1、管段 1 该管段局部阻力主要存在于侧吸罩，90弯头和合流三通： （1）侧吸罩（查文献）=1.2（对应接管动压） （2）90弯头（）一个 5 . 1DR17 . 0 （3）合流三通（13） （见图 6） 根据 F1+F2F3 =30 79 . 0 360 320 2 3 2 F F 查（课本附录 7）得 25 . 0 7007 4000 3 2 L L 21. 0 13 85 . 121 . 0 17 . 0 2 . 1 2、管段 2 该管段局部阻力主要存在于侧吸罩，90弯头和合流三通： （1）侧吸罩 2 . 1 （2）90弯头（） 1 个 5 . 1DR17 . 0 （3）合流三通（23） （见图 5） 13 同管段 1，查（课本附录 7）得 35 . 0 23 27 . 135 . 0 17 . 0 2 . 1 图 6 A 节点合流三通 3、管段 3 该管段局部阻力主要存在于合流三通： 合流三通（35） （见图 7） 图 7 B 节点合流三通 F3+F4F5 =30 0.64 400 320 2 5 4 F F 3125 . 0 11200 3500 5 4 L L 查（课本附录 7）得22 . 0 35 4、管段 4 该管段局部阻力主要存在于侧吸罩、60弯头和合流三通： 14 （1）设置侧吸罩 2 . 1 （2）60弯头（） 1 个 5 . 1DR15 . 0 （3）合流三通（45） （见图 7） 05 . 0 45 4 . 105 . 0 15 . 0 2 . 1 5、管段 5 该管段局部阻力主要存在于 2 个 90弯头和除尘器进口变径管： （1）弯头（）2 个 90 5 . 1DR34. 0 （2）除尘器进变径管（渐阔管） 除尘器进口尺寸，渐阔管长度，管段直径. 300 800mmmm500 mm004 .40 500 400-800 2 1 tan 22 查（课本附录 7）得6 . 0 0.940.60.34 6、管段 6 该管段局部阻力主要存在于除尘器出口变径管、2 个 90弯头和风机进口 渐阔管： （1）除尘器出口变径管（渐缩管） 除尘器进口尺寸，变径管长度，管段直径 300 800mm mm400mm450 0.4375 004 054-800 2 1 tan 24 查（课本附录 7）得6 . 0 （2）弯头（R/D=1.5）2 个 90 34 . 0 217 . 0 （3）风机进口渐扩管 先近似选出一台风机，风机进口直径, 变径管长度 D=630mm mm300 1.96 450 630 2 6 0 F F 0.3 300 054-630 2 1 tan17 15 6 . 0 1.540.60.340.6 管段 7 该管段局部阻力主要存在于风机出口渐阔管和伞形风帽： （1）风机出口渐扩管 风机出口尺寸，管段直径410 315mmmm504 2 7 450 1.57 410 315 F F 出口 0 （2）带扩散管的伞形风帽（R/D=1.5） 60. 0 60 . 0 6.3 各管段阻力损失的计算各管段阻力损失的计算 局部阻力计算公式为： 2 2 V Z 式中 Z局部阻力 空气密度，1.2kg/m3. 结合上述各管段比摩阻和局部阻力系数可求得个管段阻力损失如表 5： 表 5 通风管道水力计算表（） 管段编号管段编号 局部阻力系局部阻力系 数数 局部阻力局部阻力 （PaPa） 摩擦阻力摩擦阻力 （PaPa） 管段阻力管段阻力 （PaPa） 备注备注 1 11.581.58213.3213.3414414627.3627.3 2 21.721.72232.2232.2340340572.2572.2 3 30.220.2229.729.752.552.582.282.2 4 41.41.4141.96141.966262203.96203.96 阻力不平衡阻力不平衡 5 50.940.94126.9126.9126126352.9352.9 6 61.541.54156.16156.1625.225.2181.36181.36 7 70.60.660.8460.846363123.84123.84 16 6.4 并联管路的阻力平衡并联管路的阻力平衡 1、汇合点 A PaP627.3 1 PaP572.2 2 8.810 627.3 572.2627.3 1 21 P PP 符合要求，两管段阻力平衡。 2、汇合点 B 13 627.382.2709.5PPPa 4 203.96PPa 10 134 13 ()(709.5203.96) 71.25% ()709.5 PPP PP 为使管段 4 和 1、3 达到平衡，改变 4 的管径，增大阻力 0.2250.225 4 44 4 203.96 ()320()241.7 709.5 P DDmm P 取标准管径 250mm，其对应阻力为 1 0.225 4 320 203.96()611 250 PPa 10 134 13 ()709.5-611 13.9% ()709.5 PPP PP 此时已接近于平衡状态，但如果继续减小管径到 220mm，其对应阻力为 1144Pa，更加偏离平衡状态。因此决定取 D4=250mm，运行时再辅以阀门调节， 维持阻力平衡。 阻力平衡调节后的管路水力计算如表 6： 表 6 平衡前后管路水力计算表 管段编管段编 号号 流量流量 m m3 3/h,m/h,m3 3/s/s 长度长度 l l m m 管径管径 D D mmmm 流速流速 Vm/sVm/s 比摩尔阻比摩尔阻 R Rm m（Pa/mPa/m） 局部阻力局部阻力 系数系数 局部阻局部阻 力力 （PaPa） 摩擦阻摩擦阻 力力 （PaPa） 管段阻管段阻 力力 （PaPa） 1 1 37003700（1.031.03 ） 464628028015159 91.581.58213.3213.3414414627.3627.3 17 2 2 40004000（1.111.11 ） 404032032015158.58.51.721.72232.2232.2340340572.2572.2 3 3 77007700（2.142.14 ） 7.57.536036015157 70.220.2229.729.752.552.582.282.2 4 4 35003500（0.970.97 ） 101032032013136.26.21.41.4141.96141.966262216.36216.36 5 5 1120011200（3.113.11 ） 212140040015156 60.940.94126.9126.9126126201.9201.9 6 6 1176011760（3.273.27 ） 6 645045013134.24.21.541.54156.16156.1625.225.2181.36181.36 7 7 1176011760（3.273.27 ） 15154