通风管道内压力分布知识.ppt

1 风管内空气压力分布 风管内空气压力分布 2 3 4 5 6 7 结论 8 9 结论 10 11 Rm线算图 使用方法 已知任意两参数 可求出其他两参数 流量Q 管径D 流速v 比摩阻Rm 使用条件 1 值为紊流过渡区 2 B0 101 325kPa t0 20 0 1 204kg m3 0 15 06 10 6m2 s K0 0 15mm实际条件与此不符 则需修正3 圆形钢制风管 上节重点 12 当量直径 与矩形风管有相同Rm的圆形风管直径 流速当量直径 定义 流量当量直径 定义 使用Dv时 用v查Rm使用DL时 用qv查Rm 注意 13 理论基础 1 全压 动压 静压 Pq Pd Pj 2 未开风机时 Pj Pq 大气压3 风机开动后 Pq2 Pq1 Rml pZ 1 2 局部阻力的产生条件 当空气流过断面变化的管件 如各种变径管 风管进出口 流向变化的管件 弯头 和流量变化的管件 如三通 四通 都会产生局部阻力 8 3 1风道设计的内容及原则8 3 2风道设计的方法8 3 3风道设计的步骤 14 8 3通风管道设计计算 15 8 3 1风道设计的内容及原则 16 8 3 2风道设计的方法 设计计算方法 压损平均法 静压复得法 假定流速法 17 8 3 2风道设计的方法 设计计算方法 压损平均法 静压复得法 假定流速法 静压复得法 利用风管分支处复得的静压来克服该管段的阻力 确定风管的断面尺寸 一般适用于高速空调系统的计算假定流速法 先按技术经济要求选定流速 再根据风量确定风管的断面尺寸和阻力 然后对各支路的压力损失进行调整 使其平衡 这是目前最常用的计算方法 18 8 3 3风道设计的步骤 假定流速法的计算步骤和方法如下 1 绘制通风或空调系统轴测图 对各管段进行编号 标注长度和风量 编号 以风量和风向不变的原则 把通风系统分成若干个单独管段 一般从距风机最远的一段管件 由远而近顺序编号 管段长度一般按两管件间中心线长度计算 不扣除管件 如三通 弯头 的长度 19 假定流速法设计步骤 2 确定合理的空气流速风管内的空气流速对通风 空调系统的经济性有较大的影响 流速高 风管断面小 材料耗用少 建造费用小 但是系统的阻力大 动力消耗增大 运用费用增加 对除尘系统会增加设备和管道的摩损 对空调系统会增加噪声 流速低 阻力小 动力消耗少 但是风管断面大 材料和建造费用大 风管占用的空间也增大 对除尘系统流速过低 会使粉尘沉积堵塞管道 因此 必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速 20 一般风管内的流速参照以下两个表格选取 21 如果管内流速过低 对除尘系统和气力输送系统来说 还会造成沉积 管道堵塞 此类管道中风速可按表8 5选取 22 3 根据各风管的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸 计算摩擦阻力和局部阻力确定风管断面尺寸时 应采用附录6所列的通风管道统一规格 以利于工业化加工制作 风管断面尺寸确定后 应按管内实际流速计算阻力 阻力计算应从最不利环路 即阻力最大的环路 开始 假定流速法设计步骤 4 并联管路的阻力计算 阻力不平衡率 各并联管路阻力损失的相对差额 一般通风系统 15 除尘系统 10 当并联管路阻力差超过上述规定时 可采用以下方法 假定流速法设计步骤 23 24 阻力平衡法 改变管径来改变支管阻力 增大风量 两支管阻力 20 时用不改变管径 增大阻力小的那段支管的流量 增加支管局损 需反复调节使各支管风量达到设计要求 改变阀门开度增加阀门个数 调整支管管径 假定流速法设计步骤 25 5计算系统的总阻力 以最不利环路的阻力加上空气净化处理装置的和其他可能的设备的阻力 6选择风机 假定流速法设计步骤 26 说明 选风机不仅要考虑风量和阻力 还要考虑输送气体性质 风机在非标准状态下工作 风量 风压及电动机功率需换算成标准状况参数后 再从风机样本上选取 27 8 4均匀送风管道设计计算 根据工业与民用建筑的使用要求 通风和空调系统的风管有时需要把等量的空气 经由风道侧壁均匀的输送到各个房间 这种均匀送风方式可使送风房间得到均匀的空气分布 而且风管的制作简单 材料节约 28 均匀送风管道通常有三种形式 1 管道断面积保持不变 孔口面积或条缝面积变化 这种方式不仅可以保证均匀送风 而且沿着条缝口长度或每个孔口的出风速度也相等 应用范围广泛 29 2 管道断面积变化 孔口面积或条缝面积不变 30 3 风道断面 条缝宽度或孔口面积都不变 风道面积与孔口面积都不变时 管内静压会不断增大 可以根据静压变化 在孔口设置不同的阻体来改变流量系数 8 4 1均匀送风管道的设计原理出流的实际流速和流向孔口出流的风量实现均匀送风的条件8 4 2均匀送风管道的计算 31 8 4均匀送风管道设计计算 32 空气沿风管流动时 在管壁的垂直方向上受到气流的静压作用 如果在风管的侧壁开孔 由于孔口内外存在压差 空气将在垂直于管壁的方向上从孔口流出 但由于受到原有管内轴向流速的影响 其孔口出流方向并非垂直于管壁 而是以合成速度沿风管轴线成 角的方向流出 8 4 1均匀送风管道的设计原理 33 34 35 3 实现均匀送风的条件要实现均匀送风 必须具备两个基本要求 各侧孔或短管的出流风量相等 出口气流尽量垂直于管道侧壁 否则尽管风量相等也不会均匀 36 1 保持各侧孔静压相等要使静压沿风管全长保持不变 或者说各侧孔的静压相等 必须保证首端和末端的动压差等于风管全长上的压力损失 或者两侧孔出流的动压差等于两侧孔间的压力损失 即 37 2 各侧孔流量系数保持相等侧孔的流量系数u与孔口形状 出流角度 以及孔口送风量与孔口前风量之比有关 一般取0 6 3 增大出流角度 为使出流夹角大于60 要使Vj 1 73Vd 38 8 4 2均匀送风管道计算 均匀送风管道计算的目的是确定侧孔的个数 间距 面积及出风量 风管断面尺寸和均匀送风管段的阻力 均匀送风管道计算和一般送风管道计算相似 只是在计算侧孔时的局部阻力系统时需要注意 侧孔可以认为是支管长度为零的三通 当空气从侧孔出流时 产生两种局部阻力 一种是直通部分的局部阻力 另一种是侧孔局部阻力 即孔口流量与孔口前风管中的流量之比 39 40 41 8 5通风管道设计中的有关问题 与工程实际密切相关的问题 本节介绍的一些原则 在工程中必须结合具体情况应用并不断总结参照标准及资料 通风与空调工程施工质量验收规范 GB50234 20022002年4月1日实施设计手册 42 8 5通风管道设计中的常见问题及其处理措施 8 5 1系统划分 43 1 空气处理要求相同 室内参数要求相同的 可划为同一个系统 2 同一生产流程 运行班次和运行时间相同的 可划为同一系统 8 5 1系统划分原则 44 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 8 5 1系统划分原则 45 46 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 47 48 8 5 2风管布置 选型及保温与防腐 1 风管布置除尘系统的排风点不宜过多 以利于各支管间阻力平衡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度 如必需水平敷设或倾角小于30度时 应采取措施 如加大流速等 3 通风系统的风管宜采用圆形或矩形风管 在保证实用的前提下尽量照顾到整齐美观 49 4 排除含有剧毒物质的排风系统 应尽量减少正压管段的长度 且正压管段不得穿过其它房间 5 排除潮湿气体或含有水蒸气的风管 应有不小于0 005的坡度 并应在风管的最低点和风机的底部都采取排水措施 6 通风设备 风管及配件等 应根据所处的环境和输送的气体 蒸气或粉尘的腐蚀性等 采取相应的防腐措施 7 通风系统的风管 应根据需要设置必要的侧孔 其位置和数量应符合检测要求 50 除尘管道的布置除应遵守一般通风管道的布置原则外 还有一些特殊要求 1 除尘系统的风管宜采用圆形钢制风管 其接头和接缝应严密 2 风管宜垂直或倾斜安装 倾斜安装时与水平面的夹角应大于45 小坡度或水平敷设的管段应尽量缩短 并应采取防止积尘的措施 3 支管宜从主管的上面或侧面插入 三通管的夹角 宜采用15 45 4 在容易积灰的异形管件附近 应设置密闭清扫孔 5 除尘风管转弯处的曲率半径R 1 5 3 0D 如曲率半径不允许大时 要在弯头内设导流叶片 除尘管道布置原则 51 2 风管选型 1 常用断面形状矩形 易于和建筑 装修配合 局部构件制作容易 常用于空调系统圆形 阻力小 省材料 强度高 管道制作容易 常用于通风系统及空调高速风管其他形状 根据实际需要 52 2 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 见附录6 必须指出 1 通风管道统一规格 中 圆管的直径指外径 矩形断面尺寸是外边长 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 采用只R20系列 即管道断面尺寸是以公比数汐1 12的倍数来编制的 53 3 风管材料通风管道所采用的材料 应根据工程要求选用 常用的材料有以下几种 A金属薄板金属薄板是制作风管及部件的主要材料 1 普通薄钢板 有良好的加工性能及结构强度 常用于一般通风管道和除尘风道 其表面容易生锈 应刷油漆进行防腐 2 镀锌钢板 由普通薄钢板镀锌而成 其表面有锌层保护起防锈作用 由于其表面为银白色 又称 白铁皮 白铁皮一般厚度较薄 常用在气体中无粉尘磨损的空调系统及不受酸雾作用的潮湿环境中 3 铝及铝合金板 加工性能好 耐腐蚀 摩擦时不易产生火花 但造价较高 常用于要求防爆的通风系统 4 不锈钢板 具有良好的耐腐蚀能力 其造价较高 只是在对耐腐蚀要求较高 例如化工系统的通风管道中 54 B非金属材料在通风管中采用的非金属材料种类较多 但其应用不如金属薄板普遍 1 硬聚氯乙烯 耐酸 碱和耐腐蚀能力强 机械加工性能好 表面光滑 施工方便 常用于有腐蚀性气体的通风系统 但硬聚氯乙烯不耐高温 使用温度一般不超过60度 线膨胀系数大 不易于老化和防火 2 玻璃钢 这是以玻璃纤维制品为增强材料 以树脂为粘结剂 经过 定的成型工艺制作的复合材料 耐腐蚀性很好 常用于含有腐蚀性的气体以及含有水蒸气的排风系统 3 塑料复合钢板 这是在普通薄钢板表面喷上一层0 2 0 4mm厚的塑料层 常用于防尘要求较高的空调系统和 10 70 的耐腐蚀系统 这种钢板价格较高 比普通碳素钢板贵50 4 砖和混凝土 这是最普通的建筑材料 常用于利用建筑空间或铺设地下风道的场合 55 风管材料 1 薄钢板一般通风空调系统 0 5 1 5mm除尘系统 1 5 3 0mm 2 塑料板含腐蚀性气体的通风系统 56 3 无机玻璃钢湿度较大的场合 57 4 各种软管金属 塑料有的可带有保温层 58 5 复合风管双层铝箔加酚醛树脂单层铝箔加玻璃纤维其他 59 6 新型柔性风管系统 优越性 空气分布均匀 避免吹风感重量轻 安装方便快捷 对结构要求低灵活性好 便于系统变更便于清洗 60 保温材料在下列情况应对风管进行保温 1 由于冷 热损失过大 不保温 经济上不合理 2 由于冷 热损失使介质温度达不到设计要求的温度 3 由于热量损失 在风管内输送的气体温度降低到有可能在风管中或在随后的干式除尘器中结露或冻结 4 由于冷量损失 在风管外表面产生结露 5 由于输送高温气体 风管外表面温度过高 例如大于50 会引起操作检修人员烫伤 或会引起煤气 蒸气 粉尘爆炸 起火的场合 61 保温材料的具体要求有 1 导热系数小 一般不超过0 23W m K 2 材料的孔隙率高 密度小 密度一般不超过600kg m3 3 具有一定的抗压强度 不易变形 4 吸湿性小 对管壁无腐蚀作用 5 不宜采用有机物和易燃物 否则要进行防腐防火处理 6 用于高温管道时 应耐高温 在高温下性能稳定 7 易于施工安装 成本低 62 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 63 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的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 应尽量设置在排风口的上风侧 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 8 5 3进 排风口 64 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 上节课重点 65 设计计算方法 压损平均法 静压复得法 假定流速法 66 实现均匀送风的条件 各侧孔或短管的出流风量相等 出口气流尽量垂直于管道侧壁 可采取的措施 1 保持各侧孔静压相等 2 各侧孔流量系数保持相等3 增大出流角度 67 1 空气处理要求相同 室内参数要求相同的 可划为同一个系统 2 同一生产流程 运行班次和运行时间相同的 可划为同一系统 系统划分原则 68 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 系统划分原则 69 70 71 72 空气含有可燃物时 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于空气中时 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 8 5 4防爆及防火 73 8 5 4防爆及防火氧化反应产生的热量向周围空间传播时 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 形成急剧增墒的压力波 这就是爆炸 74 空气中可燃物浓度过小或过大时都不会造成爆炸浓度过小 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 浓度过大 混合物中氧气的合量相对不足 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 75 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 76 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 当系统内压力急剧升高 靠防爆门自动开启泄压 对某些火灾危险大的和重要的建筑物 高层建筑和多层建筑 在风管系统中的适当位置应当装防火阀 在有火灾危险的车间中 送 排风装置不应设在通风机室内 77 气力输送系统是一种利用气流输送物料的装置优点 物料输送实现机械化 减轻了人们的劳动强度 设备简单 布置灵活 投资较省 占地少 能节省建筑空间 还能露天设置 在输送物料过程中 可同时进行混和 干燥 冷却 分选等工艺过程 由于是管道密闭输送 防尘效果好 改善了劳动卫生条件 缺点 动力消耗较大 管道磨损较快 8 6气力输送系统的管道设计 78 气力输送系统的类型和特点 气力输送系统可分为吸送式和压送式两大类 根据系统的压力不同 吸送式分为低真空 真空度小于20kPa 和高真空 真空度20 50kPa 两种 压送式分为高压 100一700kPa 和低压 50kPa以下 还有在系统中兼具吸送和压送的混合式 以及循环式 8 6 1气力输送系统的分类和特点 79 一 吸送式系统低压吸送式系统应用较多 安装在系统尾部的高压风机运行时 系统内形成负压 物料和空气一起被吸入受料器 常称喉管 物料在喉管起动 加速后沿输料管送到分离器 位于卸料目的地 分离器分离下来的物料存入料仓 含尘空气经除尘器净化后排入大气 必要时还需装设消声器 整个系统在负压下工作 也称为负压式气力输送系统 80 81 吸送式气力输送系统特点 1 可以在数处进料 向一处输送物料 或从低处向高处输送物料 2 吸尘点无粉尘飞扬 系统处于负压状态 管道和设备的不严密处不会冒灰 3 受料器结构简单 进料方便 4 可以同时实现烘干等工艺过程 5 风机或真空泵的润滑油不会污损物料 6 生产率较低 料气比一般小于4kg料 kg空气 输送距离较短 两者均受到真空度的限制 7 对系统及分离器 除尘器下部的卸料器均有较高的密闭要求 82 在输送距离较大 输料量较多时 应当采用高真空吸送式气力输送系统 这种系统具有低真空吸送式系统的一般特点外 还具有以下一些特点 1 生产效率高 输送物料量大 输送距离较远 2 工作稳定可靠 不容易堵塞 如果物料发生沉积 真空度会自动随着提高 将管道吹通 3 气 固两相流的流动性能好 物料对管道的磨损有所缓解 4 要求管道和设备有较高的机械强度和良好的气密性 5 高真空吸送式系统的组成与低真空吸送式系统相似 但是受料器不是采用喉管 而是采用吸嘴 不是采用高压风机 而是采用水环式真空泵 83 二 压送式系统与吸送式气力输送系统不同 压送式系统在正压状态下工作 压送式系统分为低压压送和高压压送两种 前者以高压风机为动力 低压压送式系统 风机安装在系统的前端 系统在正压下工作 从受料器来的物料与空气混合为气 固两相流 并被送至目的地 由分离器分离 分离下来的固体物料从下部卸料器卸出 含尘空气则经除尘器净化后排入大气 84 85 压送式气力输送系统的优点是 1 能将集中的物料分向几处输送 可以向高于大气压力的容器输送物料 2 生产率高 输料量大 并且易于调节 3 卸料器结构简单 4 管内输送风速较低 管壁磨损较轻 输送距离长 目前可达200m以上 稍有粘性的物料也可以输送 5 由于工作压力高 输料用的气体量小 压送式气力输送系统的缺点是 1 受料器结构复杂 2 物料中可能沾染风机或压缩机出来的油和水滴 86 8 6 2气力输送系统的设计计算 气力输送系统设计计算的程序如下 1 由工艺提供资料 确定系统输料量 生产率 2 根据物料性质和输送条件 确定气力输送方式和主要部件 设备的型式 3 合理布置管路 绘制系统轴测图 4 根据物料性质 气力输送方式和规模等确定料气比 输送风速 5 计算系统风量 确定管道直径 6 计算系统的总阻力 7 选择风机 气力输送系统设计主要参数气力输送系统的流动阻力气力输送系统设计流程气力输送系统主要设备的选择及管道布置 87 8 6 2气力输送系统的设计计算 88 下面阐述与管道设计有关的两个问题 一 气力输送系统设计的主要参数1混合比又称料气比 指单位时间内按输送物料的质量与同一时间通过输料管的空气量之比 料气比的大小关系到系统的经济性 可靠性和输料的大小 89 2 输送风速气力输送系统中输料管的气流速度称为输送风速 它是一个重要的技术经济参数 送风速太高 不但系统阻力大 管道磨损严重 而且还能使物料容易破碎 风速太低 工作不稳定 甚至造成堵塞 因此 输送风速要经过分析比较 合理确定 90 3物料速度物料速度是指管道中颗粒群达到的最大速度 管道中的颗粒在气流的推动下开始运动 随后迅速加速 直到颗粒群速度增大到一定数值 作用于颗粒群上的气流推力与各种阻力达到平衡 这时颗粒群作等速运动 运动速度达到最大值 这一最大速度就是物料速度在两相流中 气流必须用一部分能量使物料颗粒悬浮 另一部分能量推动颗粒运动 91 二 气力输送系统的流动阻力在计算气一固两相流的阻力时 认为两相流和单相流的运动形式是相同的 物料群是一种特殊的流体 常称拟流体 因此 可以利用单相气流的阻力计算公式 并且认为两相流的阻力是单相流体的阻力与由固体颗粒群引起的附加阻力之和 即 92 系统设计时 各部分压力损失的计算比较繁琐 对于低真空吸送式和低压压送式系统 其压力损失一般由进气口 空气过滤器 风管 吸嘴 输送管 分离除尘器 排气管和排气口等的压力损失组成 1 进气口的压力损失 2 空气过滤的压力损失 3 风管的压力损失 4 供料装置的压力损失 5 定常输送区间的压力损失 6 分离除尘器压力损失 7 排气管压力损失 8 排气口压力损失 三 气力输送系统设计流程 93 94 四 气力输送系统主要设备的选择及管道布置气力输送系统由气源设备 供料装置 输送管道和分离过滤设备四大部分组成 1供料装置是气力输送系统的重要部件 其作用是使物料进入系统 在合适的料气比下使物料起动 加速 根据供料装置的构造利工作原理不同 又分为喉管和吸嘴两种基本类型 每种类型又将不同的形式 95 2物料分离和除尘装置分离器的作用是将物料从气 固两相流中分离出来 在输送