通风除尘管道的设计计算概要

1、通风除尘管道设计计算第六章通风除尘管道的设计计算概要第1页第六章 通风除尘管道设计计算通风管道计算有两个基本任务： 一是确定管道阻力, 以确定通风除尘系统所需风机性能; 二是确定管道尺寸(直径)，管道设计合理是否直接影响系统投资费用和运行费用。通风除尘管道的设计计算概要第2页一. 管道压力计算(一) 管道阻力计算 管道阻力包含摩擦阻力和局部阻力. 摩擦阻力由空气粘性力及空气与管壁之间摩擦作用产生, 它发生在整个管道沿程上, 所以也称为沿程阻力。局部阻力则是空气经过管道转弯, 断面改变, 连接部件等处时, 因为速度大小和方向改变及涡流、冲击作用等产生能量损失.通风除尘管道的设计计算概要第3页通风

2、除尘管道的设计计算概要第4页1. 摩擦阻力 管道摩擦阻力采取下式计算: Pm=(L/De)2/2式中：Pm-摩擦阻力, Pa; -摩擦阻力系数, 其值与流态相关; L-管道长度, m; -空气密度, Kg/m3; -管内平均流速, m/s; De-风管当量直径, m.通风除尘管道的设计计算概要第5页当量直径： De= 4f/P 式中f-管道断面积, m2; P-管道周长, m. 对于圆管, 当量直径即为管道直径. 对于矩形管, 通常采取两种当量直径,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流速与矩形管流速相等, 而且单位长度摩擦阻力也相等. 由此推得流速当量直径为: De=2

3、ab/(a+b) a,b为矩形管断面长, 宽边尺寸.通风除尘管道的设计计算概要第6页 流量当量直径是假设等效圆管流量与矩形管流量相等, 而且单位长度摩擦阻力也相等. 由此推得流量当量直径为: 实际计算中多采取流速当量直径. 在实际设计计算中, 普通将上述摩擦阻力计算式作一定变换, 使其变为更直观表示式. 当前有以下两种变换方式:通风除尘管道的设计计算概要第7页(1) 比摩阻法: 令 Rm=(/De)2/2 称Rm为比摩阻, Pa/m, 其意义是单位长度管道摩擦阻力. 这么摩擦阻力计算式则变换成以下表示式: Pm=RmL 为了便于工程设计计算, 人们对Rm确实定已作出了线解图（附录6）, 设计时

4、只需依据管内风量、管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出Rm值, 这么就很轻易由上式算出摩擦阻力. 通风除尘管道的设计计算概要第8页(2) 综合摩擦阻力系数法: 管内风速=L/f, L为管内风量, f为管道断面积. 将代入摩擦阻力计算式Pm=(L/De)2/2后, 令 Km=(L/De)/2f2 则摩擦阻力计算式变换为以下表示式: Pm=KmL2 称Km为综合摩擦阻力系数, NS2/m8. 采取 Pm=KmL2 计算式更便于管道系统分析及风机选择, 所以在管网系统运行分析与调整计算时, 多采取该计算式.通风除尘管道的设计计算概要第9页管道摩擦阻力受各种原因影响, 在设计计算时应考虑这些原因. 主要

5、影响原因有: 管壁粗糙度和空气温度. 粗糙度越大, 摩擦阻力系数值越大, 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Rm是20时数值, 实际计算应依据详细温度进行修正.通风除尘管道的设计计算概要第10页（1）密度和粘度修正式中：实际单位长度摩擦阻力0图上查出单位长度摩擦阻力 实际空气密度 实际空气运动粘度通风除尘管道的设计计算概要第11页（2）空气温度和大气压力修正式中：温度修正系数大气压力修正系数、能够直接由图61查出。通风除尘管道的设计计算概要第12页（3）管壁粗糙度修正式中：管壁粗糙度修正系数（查文件）管壁粗糙度（查表）管内

6、空气流速通风除尘管道的设计计算概要第13页2. 局部阻力 局部阻力计算式为: Z=2/2 Pa 其中为局部阻力系数, 依据不一样构件查表取得. 在通风除尘管网中, 连接部件很多, 所以局部阻力较大, 为了降低系统运行能耗, 在设计管网系统时, 应尽可能降低管网局部阻力. 降低管网局部阻力可采取以下办法: (1) 防止风管断面突然改变;通风除尘管道的设计计算概要第14页 (2) 降低风管转弯数量, 尽可能增大转弯半径; (3) 三通汇流要预防出现引射现象, 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, 普通要求小于30; (4) 降低排风口出口流速, 降低出口动压损失; (5)

7、 通风系统各部件及设备之间连接要合理, 风管布置要合理，防止产生涡流.通风除尘管道的设计计算概要第15页二 管内压力分布 分析管内压力分布目标是了解管内压力分布规律, 为管网系统设计和运行管理提供依据. 分析原理是风流能量方程和静压、动压与全压关系式. 主要结论： (1) 风机风压等于风管阻力和出口动压损失之和; (2) 风机吸入段全压和静压都是负值, 风机入口处负压最大; 风机压出段全压和静压都是正值, 在出口处正压最大; (3) 各分支管道压力自动平衡； (4)压出段上静压出现负值是因为断面收缩得很小，使流速大大增加，当动压大于全压时，该处静压出现负值 .通风除尘管道的设计计算概要第16页

8、(一) 管道直径计算 在计算管道直径时, 应满足以下约束条件:(1) 管内流速要求: 对于除尘管道, 为了预防粉尘沉积管壁上, 管内流速要大于一定数值, 即min, min为预防粉尘沉积最小风速. 对非除尘管网可不受这个条件约束.(2) 阻力平衡要求: 要使各分支风量满足设计要求, 各分支阻力必须平衡. 假如设计阻力不平衡就应进行调整.通风除尘管道的设计计算概要第17页 (3) 管道投资费用和运行费用合理性: 管道直径增大, 阻力降低, 运行费用降低, 但阻力增大, 运行费用也增大. 所以, 管径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, 要使确定管径完全满足上述约束条件是很困难

9、, 所以人们提出了各种计算方法, 惯用有以下几个方法：通风除尘管道的设计计算概要第18页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, 依据管内流量Li即可得管径Di为: Di= 4Li/(Vmin) 采取假定流速法求出各分支阻力普通不平衡，需进行阻力平衡调整. 假定流速法计算步骤以下: (1) 绘制通风系统轴侧图, 对各管段先进行编号, 标注各管段长度和风量. (2) 选择管内合理空气流速.通风除尘管道的设计计算概要第19页(3) 依据各管段风量和选定流速确定各管段管径, 并计算各管段摩擦阻力和局部阻力.(4) 对并联管路进行阻力平衡调整.(5) 计算系统总阻力, 并依据总阻力

10、和总风量选择风机.2. 等压损法 该法原理是, 假设风机风压H为已知, 各管段单位长度压力损失相等, 由此而求出各分支管径. 这种方法计算结果也极难满足阻力平衡要求, 所以也需要进行阻力平衡调整.通风除尘管道的设计计算概要第20页3. 静压复得法：该法原理是在管道分支处, 因为分流使流速降低, 依据静压与动压转换原理, 流速降低, 使风管分支处复得一定静压, 令此复得静压等于该管段阻力.由此即可求得管道直径. 此法主要用于高风速管网计算.4. 优化设计法：该法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取得管道直径. 这种方法是管网设计计算中新理论, 它对于降低通风系统能耗, 提升管网

11、风量平衡精度含有主要意义.通风除尘管道的设计计算概要第21页 均匀送风管道计算 要求送风管道从风管侧壁上若干风口(或短管), 以相同出口速度, 均匀地把等量空气送入室内, 这种送风管道称为均匀送风管道. 均匀送风管道结构有两种形式, 一个是均匀送风管道断面改变(即断面逐步缩小)而侧风口(或短管)面积相等; 另一个是送风管道断面不改变而侧风口(或短管)面积都不相等. 其计算基本原理是保持各侧孔静压相等. 依据管道阻力计算和能量方程即可求得各侧孔静压相等关系式.通风除尘管道的设计计算概要第22页 均匀送风管道计算目标是确定侧孔面积, 风管断面尺寸以及均匀送风管段阻力. 当侧孔数量, 侧孔间距以及每

12、个侧孔送风量确定之后, 按上述原理即可计算出均匀送风管道尺寸.三. 管道设计中相关问题 管道阻力计算和尺寸计算只是管道设计部分内容, 在设计中还有许多原因需要考虑. 如风管布置问题, 风管类型与材料确实定问题, 管件定型化问题. 风管防火防爆办法, 风管防腐, 泄水及保温办法等, 在设计中都应充分考虑.通风除尘管道的设计计算概要第23页通风管道系统划分 通风除尘管道的设计计算概要第24页1空气处理、室内参数要求相同，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，可划为同一系统；3对以下情况应单独设置排风系统：（1）两种或两种以上有害物质混合后能引发燃烧或爆炸；（2）两种有害物质混合后

13、能形成毒害更大或腐蚀性混合物或化合物；（3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；（4）放散剧毒物质房间和设备。通风除尘管道的设计计算概要第25页4除尘系统划分应符合以下要求：（1）同一生产流程、同时工作扬尘点相距不大时，宜合为一个系统；（2）同时工作但粉尘种类不一样扬尘点，当工艺允许不一样粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个系统；（3）温湿度不一样含尘气体，当混合后可能造成风管内结露时，应分设系统。5如排风量大排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小排风点合为同一系统。增设该排风点后会增大系统总阻力。通风除尘管道的设计计算概要第26页风管布置 通风除尘管道的设计计算概要第27页1除

14、尘系统排风点不宜过多，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、雾滴气体时，如：表面处理车间排风管道，应用大于0.005坡度，以排除积液，并应在风管最低点和风机底部装设水封泄液管； 4在除尘系统中，为预防风管堵塞，风管直径应大于要求数值。 通风除尘管道的设计计算概要第28页5排除含有剧毒物质正压风管，不应穿过其它房间。6风管上应设置必要调整和测量装置（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接口。调整和测量装置应设在便于操作和观察地点。7风管布置应力争顺直，防止复杂局部管件。弯头、三通等管件要安排得当，与

15、风管连接要合理，以降低阻力和噪声。通风除尘管道的设计计算概要第29页风管材料 通风除尘管道的设计计算概要第30页风管保温 通风除尘管道的设计计算概要第31页（一）进风口位置应满足以下要求 ：1应设在室外空气较清洁地点。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30%。2应尽可能设在排风口上风侧，而且应低于排风口。3进风口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降温用进风口宜设在建筑物背阴处。通风除尘管道的设计计算概要第32页(二)排风口布置要求1在普通情况下通风排气立管出口最少应高出屋面0.5m。2通风排气中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通风排气，其排风口上不应设风帽。通风除尘管道的设计计算概要第33页防暴及防火空气中可燃物含量到达爆炸浓度极限就会发生爆炸。设计有爆炸危险性系统时；（1）系统除了满足风量要求外，还要把可燃物浓度稀释到要求要求；（2）预防可燃物积聚；（3）采取防暴风机、设防