9确定水管尺寸.ppt

1 确定水管尺寸 des700 2 目标 这一章是用于确定水管的尺寸 确定管路尺寸的原则和方法将帮助你准备风机盘管系统的水管尺寸设计 所以 当你完成这部分学习后 你可以做到 1 用开利当量长方法手工计算开式或闭式管路系统的尺寸2 用开利管路计算程序确定闭式或开式管路系统的水管尺寸3 当2通控制阀用时用 同时使用系数 的概念使管路和泵的尺寸最小 3 目标 能够利用开利的当量长度方法手工确定开式和闭式系统的水管的尺寸能够利用开利的水管计算软件确定开式和闭式系统的水管的尺寸用两通控制阀时能够用 同时使用系数 概念确定最小的水管管径和水泵 4 管路摩擦损失和速度限制 在管路系统已经布置好并且每段管路所需流量已经决定后 管段尺寸可以确定并且系统所需流量可以汇总 只要系统阻力和流量已知 系统所需水泵也可以确定 水管路尺寸主要用单位长度管路的摩擦阻力损失 比摩阻 和流速来作为限制因素的 在1997ashrae基本原理手册里 ashrae建议水系统应在1至4ft 100ft的比摩阻 在2英寸或更小尺寸的管路中 速度被建议应不大于4ft sec来减小噪声 在大于2英寸的管中 建议以4ft 100ft的比摩阻为标准来确定水管的尺寸 虽然这与设计人员的判断有差别 附加的限定对于2英寸或更小管径要求比摩阻不大于10ft 100ft 表13 规定的水流速对象流速范围 fps 水泵出口08 12水泵进口04 07冷凝水管04 07集管04 15立管03 10常规05 10城市供水03 07 5 管路摩擦损失和速度限制 开利系统设计手册建议流速限制应基于管路的用途和磨损情况 见表14 水管的磨损是由因为快速运动的水流里包含气泡 沙子或其他固体颗粒对管内侧的冲刷造成的 这将导致管壁的损坏 尤其是末端和弯头处 因为磨损是时间 流速 悬浮颗粒等的函数 水系统的流速限制是一个重要调节方法 开利系统设计手册提供了下面的经验值 表14 最小磨损的最大流速运行时间 hrs year 最大流速 fps 150015200014300013400012600010800008管内流速也可以由总压头决定 比如 在一个城市的水系统中 总损失不能超过城市主管所提供的压力 泵的高运行费用等经济性因素也是限制流速的因素 流速必须不低于1 5fps或不能产生可能使水流阻塞的气泡 与水一起流动 6 水管尺寸 1选择系统的水泵需要总的系统阻力2ashrae推荐的选择标准 4ft 100ft 2 水管4ft sec 2 水管表13 推荐水速对象速度范围 fps 水泵排出管08 12水泵吸入管04 07排水管04 07集管04 15立管03 10一般场合05 10城市供水03 07 3开利基于管路和磨损提出以下建议 表13 应用限定表14 腐蚀限定4一般 小于2 的水管要求不超过10ft 100ft 为了排除空气水速不小于1 5fps表14 最小腐蚀的最大水速运行时间 h year最大流速 fps 150015200014300013400012600010800008 7 水管的摩擦阻力分析 下面的程序可用来确定管路系统尺寸并决定水管摩檫阻力损失 我们将进行这个程序 1 决定系统是开式还是闭式 开式系统中水在一个或多个地方暴露在空气中 在膨胀水箱中与空气接触不是开式系统 2 定义 在管路中 用压头表示压差 磅 每平方英寸 psi 或英尺水柱 ftwg 1psi等于2 31英尺水柱 3 确定水泵的静压头 这个压头是水泵出口与进口的水位之差 静压头是指水泵的提升高度 用英尺水柱表示 在一个闭式系统中水泵的静压头是0 4 确定水泵的摩檫阻力压头 它用于克服系统部件的阻力使水流动 可用英尺水柱表示 计算沿程阻力可按以下步骤 a 由水管 阀门 配件 入口 出口等来确定摩檫阻力 1 建立水管尺寸设计标准 a 4ft 100ft管的尺寸 2英寸b 流速限制 限制最小磨损 适用于管径大于2英寸 一般是8英尺 秒 2 用以上标准和合适的开利水管尺寸图 3 4或5 确定管径 控制管路的比摩阻 一般为4 0ft 100ft 3 确定管路的当量长度 a 所有的直管段的长度 b 配件的当量长度 开利表11 c 阀门的当量长度 开利表10 d 进口或出口的当量长度 开利表12 4 用比摩阻乘以总当量长度 例如 300英尺当量长度x9ft 100ft 27ftwg损失5 如果在系统中管径和流量变化 不同的管径的当量长度和比摩阻必须分开计算 各不同管径的阻力损失相加 得到总的管路压头损失 若同一环路或立管中的设备和管路是并联的 计算最不利环路 b 考虑设备如盘管 冷凝器 仪表 控制阀 喷嘴等的阻力 c 把a4和b的结果相加 得到总的管路系统阻力损失 8 水管的摩擦阻力分析 步骤如下 1确定开式水路系统的水泵静压头2确定管路的摩檫阻力 见表3 4 5 确定水管选择参数 ft 100ft或速度 确定水管尺寸 开利表格 3 4 5 确定水管总的当量长度确定水管的总长度加上配件的当量长度 开利表11 加上阀门的当量长度 开利表10 加上进出口的当量长度 开利表12 3确定设备的摩檫阻力 盘管 喷嘴等 4 1 2 3 就是总的阻力损失 9 水泵的扬程 在闭式系统中 水泵只需要克服通过管路 阀门 配件等的阻力 在这个系统中 水泵吸入口的水柱高度等于水泵出口的水柱高度 开式系统与此不同 水泵进出口的压头总是不一样的 例如冷却塔中 在塔集水盘和塔的顶部喷嘴处存在高差 这段提升高度是水泵必须克服的 如果布水系统是由喷嘴构成的 必须为喷嘴提供一定的压力 这个压力也要加到不平衡的静压头里 因此泵的总压头是由管路的阻力损失 配件损失 阀门损失 附件损失 设备损失 盘管和冷凝器 塔中的喷嘴损失和塔的不平衡压头等组成的 10 水泵的扬程 闭式系统开式系统 吸入压头是hs 吸入压头 hs hu 输送压头是hd 输送压头 hd hs hd 不平衡压头 hu 水泵只克服摩檫阻力损失 水泵克服了阻力损失和提升高度hu 11 水管摩擦阻力图 水管的比摩阻可由阻力损失图查得 后几页的阻力损失图3 4 5是来自开利系统设计手册并基于darcy weisbach公式 图3和4可用于大至24英寸的40号管 图3 用于闭式循环系统 图3是针对新的 光滑的 干净的 标准重量的钢管 图4 用于直流或开式循环系统 使用寿命为15到20年的钢管 图5 是对k l 和m型的铜管 在使用寿命中能维持相对清洁的 为方便起见 40号管闭式系统的速度和比摩阻界限已给出 最小尺寸是3 4 1 2 3 8 12 图3 闭式系统 13 图4 开式系统 14 图5 铜管系统 15 阀门和配件的阻力损失 在大多数系统中 阀门和配件产生的阻力损失比管路本身大 有两个方法可以估算这些阻力损失 当量长度法 阀门 配件和障碍物等都可被假设为一段直管段 依据后面的表10 11 12所示的每一个型号和尺寸可计为当量长度 这些表来自开利的系统设计手册 例如 在表10中 一个4英寸的球阀的当量长度为120英尺 换句话说 一个球阀的阻力损失相当于通过120英尺的4英寸直管的阻力损失 ashrae的k系数法 1997ashrae基本原理手册里说明在一个管路系统中 阀门和配件产生的阻力损失大于管路的阻力损失 此外 通过阀门和配件的阻力损失可以表示为 p k v2 2g这里 p 以流体水柱高度表示的压力ft v 流速ft secg 32 2ft sec2 重力加速度k 阀门或配件的阻力系数水利工程师学会数据书有指示表提供典型的阀门 配件 变径管等的 k 值 这个方法被开利用在它的管路计算程序中 我们可以在这个部分使用它 16 阀门和配件的阻力损失 1阀门和配件的损失大于管路的损失2用以下几种方法确定这些损失 开利的当量长度法ashrae的 k 系数3开利的当量长度用表格 10 11 12 简易手算法配件的损失表达成同样尺寸的管路的损失4我们将利用这两种方法 1ashrae的方法基于此方程p k v2 2g此处 p 流体的压力损失ftv 流速ft secg 重力加速度32 2ft sec2k 阀门或配件的阻力系数2k值可以从水力工程师学会的数据书中得到3开利的水管尺寸计算软件基于此方法 17 表10和12 18 表11 19 管接头与管段 当计算管路的尺寸时 不论是手算还是计算机来算 最好把水管系统划分成管段 这会使复杂的问题简单化 并且为管段和配件的关系提供框架 在此过程中有两个重要的术语 1 接头2 管段接头 接头可以从三个方面来定义 1 接头是使水流分流或合流的位置 在下一页 接头1是水分流的部位 接头2是水合流的部位 每一个接头都有数字标明 1 2 3等 2 管路系统开始的地方叫做起始接头 标注为 0 3 管路系统结束的地方叫做结束接头 如 4 这个图表明有接头0 1 2和3 管段 在两个接头之间的水管部分叫做管段 它们也给予了特定数字标记 在下一页的图上有4个管段 1 2 3和4 对于管段和接头的数字的标记必须是唯一的 然而 管段可以有和接头一样的数标 最好的方法是在计算水管的尺寸之前 如后所示 将管路标识列表构成成直管段 20 管接头与管段 接头 分流三通 1 与汇流三通 2 进水 起始接头 0 出水 结束接头 3 每个都有不同的数字标签管段 在两个接头中的管路 1 2 3 4 接头与管段可以有相同的标号确定确定管路尺寸前先要有序地编号 21 确定管径举例 gpm 1200最大速度 8fps用carrier的手工方法冷却塔的喷口8psi蒸发器压降13psi过滤器损失4psi所有弯头都是大半径的图例阀门过滤器泵止回阀 22 确定管径尺寸 图4 设备 冷凝器回路 普通 选8ft sec 对应1200gpm和8ft sec 图4中选8英寸管 阻力损失为3 5ft 100ft 管的总长 用部件的中心算 从塔出口起 10 85 12 12 3 2 8 20 99 21 8 3 283ft 23 配件阻力损失 表11 12 10 24 确定水管尺寸例题 从表4中流量1200gmp找到对应管径为8英寸 流速7 5ft sec 沿程阻力损失3 5ft 100ft所有管长 从塔的集水盘算起 10 85 12 12 3 2 8 20 99 21 8 3 283ft 当量长度 集水盘出口损失 8in 光边出口 表12 24ft弯管 大半径 8in 表11 10 x13 130ft闸阀 8in 表10 2x9 18ft止回阀 8in 与球阀一样 表10 220ft当量长度合计675ft摩檫损失合计 675fx3 5ft 1000ft 24ft泵的压头合计 过滤器4psi冷凝器13psi喷口8psi小计25psix2 31ft psi 58ft阻力压头24ft非平衡塔压头12ft总泵压头94ft 25 同程管路问题 这里还有一个有助搞清接头和设备的问题 以便我们学习如何布置使用它们 下页是一个有三个水盘管的系统图 当2gpm的流量通过时每个盘管时有10ft的压降 三个风机盘管连接的是送水和回水的同程管路 一个典型的风机盘管接管示意图表示在供水管上有一个闸阀和一个球阀 控制 在回水管上有一个闸阀 选择生产商提供的标准阀门配置 阀门的尺寸与管路是相配的 选用了两通双位控制阀 我们的任务是确定管径和得到这个三个循环 每一盘管 的阻力损失 我们用ashrae提供的2英寸的管子的最大比摩阻4ft 100ft或稍小 因为压降的原因将流速控制在4ft s以内 最后 为了防止管内积气 我们选择1 5ft s作为流速的下限 首先要做的是确定管段接头 接头 0 被布置在供水管入口 供水管提供6gpm水量给三个回路 接头2 3和4用做分流和汇流以达到每个支管提供2gpm给风机盘管 接头5布置在6gpm回水汇合后的回水管的末端 管段1到7指两个接头间的不变径连接管路 供 回水支管用同样的gpm连接同一个盘管 所以认为它们是同一管段 为了演示确定管径的过程和证实同程管路的相同压降特征 我们看这个循环中的两个环路 a 管段1 4 6 7b 管段1 2 3 7为了解决问题 用表格整理数据 我们大致看一看怎样用这个表 空表在 设计练习 中 26 同程管路管径尺寸问题 2 管 目标管径沿程损失4ft 100ft 2 管 速度不超过2 5fps这里用开利 carrier 的表计算摩檫损失 27 所有同程环路的尺寸确定 接下去的是完成所有环路和管段的表格 将其按管段编号数字排列好 最后 所有的管段必须都用这个方法设计和确定 这个表格不仅可以用作手工的管径和管路压降计算 也可以将其作为计算管段尺寸的计算机程序的输入数据 在这里 它可以是两用的 注意到每一风机盘管环路的数据的最前面是整个环路的汇总 紧接着是供水管 盘管和回水管的具体数据 将每个环路都这样计算一次 泵的总的压降不是简单的将这些数据加起来 这些风机盘管的环路是并联的 其中的最不利环路的阻力才是选泵所要的 28 水管设计明细表 29 手工计算结果 这是一个同程系统 压力损失对于两个回路是一样的 30 示范 管径计算程序 31 示范 管径计算程序 按下面的形式输入计算机 所有管段与接头已在程序中定义 32 典型的计算机输入屏幕 33 典型的计算机输出 下面一页是这个程序的输出 注意每个管段的压力损失都列出来了 我们把管段1 4 6 和7的加在一起 得到 0 7 15 7 0 6 0 7 17 4英尺 我们手工计算的是13 41英尺 这是因为程序中选择的是3 8 管而不是1 2 管 这是因为对于管径 2 的水管 我们设置的限定流速是4fps 而没有同时对压降 此管径应为10ft 200ft 限制 从输出中还看到三个环路和最大的系统阻力损失 在它的下面打印为 totalsystemfrictionhead ftwg 全部阻力损失 计算机显示其值为17 7ft 看 平衡需要 一列 我们看到有一个环路的不平衡值为0 9ftwg 一个环路总共为16 8英尺 其他两个环路是17 7英尺 输出中也表达了这些管中的水容量为1 2加仑 考虑整个系统的水容量是一个很有用的信息 可以用来计算系统的重量 确定膨胀水箱的大小 最下面的两条信息对工程预算是有用的 它们表达了所需的管长和管径 以及配件和接头的数量和形式 现在 在教师的指导下使用carrier的管路设计程序 填入输入数据 运行程序得到结果 用这个程序可以帮你完成你的 设计练习 34 典型的计算机输出 35 演示 管径设计程序 打开计算机跟着你的教师一起用开利 carrier 的设计程序我们将把前面的问题输入计算机将手算的与计算机算的结果做比较 36 设计练习 确定水管尺寸 我们现在可以用计算机程序来确定 设计练习 中房间内的风机盘管系统的水管尺寸 整个问题分为3个独立部分 1 风机盘管 根据设计中选择的风机盘管的控制形式运行此程序 假定平衡阀等于闸阀 球阀等于闸阀 控制阀 2通阀或3通阀 等于球阀 为了简化 进一步假定所有盘管末端的阻力损失一样 从你前面的流量汇总表中选定一个值 在管路两端加上 t 的损失以表示与供 回水管连接的损失 运行此程序后 你会得到建筑中每个风机盘管的压头损失 2 柱式风机盘管机组立管系统 对一个柱式机组的立管系统运行此程序 可选用异程或同程式立管 每个管段都有接入风机盘管的分支接头 输入第一步中得到的风机盘管损失 运行后 你将得到整根垂直立管的压头损失 并且可以得到新风空调箱的立管管径 3 供 回水总管 对将冷冻水输送到风机盘管末端的供 回水总管 选择异程或同程式管路 运行此程序 对于与每根立管相接的系统管段 将第二步中的所得到的数据作为已知量输入 运行后 你将得到整个风机盘管系统与冷水机组总的压力损失 可以得到与两个底层的空调箱连接的水管的尺寸 运算前应先绘制系统图 37 设计练习 确定水管尺寸 分成三个部骤 1 计算风机盘管的损失假设所有末端设备都一样 2 计算立管的损失假设风机盘管损失都一样确定新风机组的立管尺寸 假设它用单独的立管 3 技术供回水总管的损失假设所有风机盘管损失一样记住一层的空气处理器有两个支路对空气处理器回路做粗略的损失计算 38 同时使用系数 39 同时使用系数 每个方向在不同的时间达到峰值水流量在任何时刻都小于各个方向峰值的总和可应用同时使用系数 使用自动两通阀 供水管供水不止一个方向举例 北 不用 东 南 西 采用 40 同时使用系数图 在满足两个先决条件时 同时使用系数 用于计算水流量及确定管径 为应用此图 设水流过多个朝后在水管