第七章通风管道的设计计算

11第七章通风设计2学习目标需掌握的内容工业通风设计的一般步骤通风系统的水力计算难点通风系统的水力计算3第一节工业通风设计的一般要求和步骤一、工业通风设计的一般要求将足够的新鲜空气有效地输送到工作场所，保证安全生产，创造良好的劳动条件通风系统的基建投资省，营运费用低，综合经济效益好通风系统设计简单，风流稳定、可靠，易于管理，具有抗灾能力4(4)采用的设计方案技术上可行，经济上合理，便于作业环境及安全状况的监测、监控(5)发生事故时，风流易于控制，易于抢灾救险，便于人员撤离退到安全地带二、工业通风设计的一般步骤根据设计任务书和提供的工艺，建筑等相关资料，明确设计要求；5(2)根据设计需要，收集工业通风设计的原始资料，如当地室外设计计算参数、工艺参数、工作班次、冷、热、电源情况，查阅相关设计规范等，必要时还到现场或已有类似系统处进行实地考查。(3)制定可行性方案，并通过对方案做技术、经济比较，从中选择出可靠、简单、经济的最佳方案6(4)针对确定方案划分系统，计算各系统所需风量(5)进行系统风量、热平衡计算，确定送风参数，设计相应的送风系统，选择净化设备，并预选风机(6)布置系统风管和设备。(7)确定风管材料，进行系统水力计算，确定管径大小和风机型号7(8)绘制施工图(9)编写设计施工说明书(10)进行工程概、预算对于初步设计或方案设计，上述步骤可以简化，用指标估算系统风量，用允许通风阻力或经济比摩阻法估算系统阻力，据此选择设备，绘制方案图，进行工程概算。8第三节通风系统风道设计一、设计计算的一般步骤确定排风罩、空气净化装置(如除尘器)的形式，计算各用风地点需要的风量提出多种通风系统类型，并按技术可行、经济合理的原则优选布置、绘制通风系统的轴测示意图，并对各管段编号，标注其相应的长度。管段长度按两构件间的中心线长度计算，不扣除构件(如三通、弯头)本身的长度。9(4)计算各管段的需要风量，选择风管内的空气流速(5)根据各管段的风量和所选的气流速度，确定各管段的断面尺寸，计算沿程阻力和局部阻力(6)对并联管路必须进行阻力平衡，这是保证流量按要求分配的关鍵，若并联管路计算阻力不相等，在实际运行时，管网会自动调整各并联管路流量，使并联管路的实际流动阻力相等，这时各并联管路的流量不是要求的流量，然后计算系统的总阻力。10(7)根据系统的总阻力和总风量以及所输送流体的种类、性质等诸因素确定动力设备所需的参数，并绘制通风系统的正式轴测图。风道流量分配、管网各管段管径及阻力确定，确定动力设备等也称为管网(风道)水力计算11二、通风管道的水力计算计算之前需先完成管网的布置，包括系统划分；管道布置、设备和各送排风点位置的确定；各送排风点要求的风量和要求各管段的输送的风量也得一一确定。完成上述前期准备工作后，方可按假定流速法的基本步骤进行水力计算。121、管内流速和管道断面尺寸(1)绘制风管系统轴测图绘制风管系统轴侧图，并划分好管段，对各管段进行编号，标注长度和风量。通常按流量和断面变化划分管段，一条管段内流量和管段断面不变，流量和断面二者之一或二者同时发生变化之处是管段的起点或终点。管段长度按管段的中心线长度计算，不扣除管件(如三通、弯头)本身的长度。13(2)确定管内流速管内的流速对通风系统的经济性有较大的影响，对系统的技术条件也有影响。根据经验总结，风管内的空气流速可按表6-2、6-3、及表6-4确定。141516(3)确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力根据各风管的风量和选择的流速初步确定风管断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统一规格，以利于工业化加工制作。风管断面尺寸调整好后，按调整好的断面尺寸计算管内实际流速。172、风管摩擦阻力计算按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最不利环路(即最长、局部阻力构件最多的环路)开始。通风空调管道中，气流大多属于湍流光滑区到粗糙区之间的过渡区。只有流速很高，表面粗糙的砖混凝土风道内流动状态才属于粗糙区。湍流光滑区到粗糙区之间的过渡区λ经验公式如下：18若已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，可利用附录9求得其余的两个参数。该图是按过渡区的λ值，在压力P0＝101.33kPa、温度t0＝20℃、空气密度ρ0＝1.204kg/m3、运动粘度υ0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm，圆形风管、气流与管壁间无热交换等条件下得出的。当实际条件与上述条件不相符时，应进行修正。19若是矩形风管，需先把矩形风管断面尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折算成当量直径。再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。203、风管局部阻力计算首先是确定局部阻力系数和它对应的特征速度，然后代入下式计算局部阻力。各种局部阻力系数通常查设计手册等确定，各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂商提供。各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力，各管段阻力计算完成后，应进行并联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满足要求。21在通风除尘管网中,连接部件很多,因此局部阻力较大,为了减少系统运行的能耗,在设计管网系统时,应尽可能降低管网的局部阻力。降低管网的局部阻力可采取以下措施:(1)避免风管断面的突然变化；22(2)减少风管的转弯数量,尽可能增大转弯半径;(3)三通汇流要防止出现引射现象,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,一般要求不大于30°；(4)降低排风口的出口流速,减少出口的动压损失;(5)通风系统各部件及设备之间的连接要合理,风管布置要合理.234、并联管路的阻力平衡为了保证各管路达到预期的风量，使并联支管的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡。对一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超过15%；含尘风管应不超过10％。若超过上述规定，可采用下述方法进行阻力平衡。24(1)调整支管管径这种方法是通过改变支管管径来调整支管的阻力，达到阻力平衡。调整后的管径按下式计算：式中，D’—调整后的管径，mm；D—原设计的管径，mm；ΔP—原设计的支管阻力，Pa；ΔP’—要求达到的支管阻力，Pa。25应当指出，采用本方法时，不宜改变三通的支管直径，可在三通支管上先增设一节渐扩(缩)管，以免引起三通局部阻力的变化。(2)阀门调节通过改变阀门开度，调节管道阻力，从理论上讲是一种最简单易行的方法。但对一个多支管的通风管网，是一项复杂的技术工作，必须进行反复的调整、测试才能实现预期的流量分配。265、计算系统的总阻力最不利环路所有串联管段阻力(包括设备阻力)之和，即为管网系统的总阻力6、选择风机（1）根据输送气体的性质、系统的风量和阻力确定风机的类型，如清洁空气，选用一般风机，输送有爆炸性的气体或粉尘，选用防爆风机。27（2）考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确，应按下式的风量、风压选择风机：Pam3/h式中：Pf-风机的风压，Pa；Lf-风机的风量，m3/h；Kp-风压附加系数，一般的送排风系统Kp＝1.1~1.15；除尘系统Kp=1.15~1.2；KL-风量附加系数，一般的送排风系统KL＝1.1；除尘系统KL=1.1~1.15；ΔP-系统的总阻力，Pa；L－系统的总风量，m3/h。28(3)当风机在非标准状态下工作时，应对风机性能进行换算，再以此参数从样本上选择风机。29三、计算实例如下图所示的通风除尘系统。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。该系统采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器，除尘器阻力ΔPc＝1200Pa。对该系统进行水力计算，并选择风机。3031解：1．对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。2．选定最不利环路，本系统选择1—3—5—除尘器—

6—风机—

7为最不利环路。3．根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。32根据表6－4，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s，水平风管14m/s。考虑到除尘器及风管漏风，取5％的漏风系数，管段6及7的计算风量为6300x1.05=6615m3/h33管段1有水平风管，初定流速为14m/s，根据L1＝1500m3/h(0.42m3/s)，v1=14m/s所选管径按通风管道统一规格调整为：D1＝200mm，实际流速v1=13.4m/s，由附录9查得，Rm1=12.5Pa/m。同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见汇总表。344、确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见汇总表。5、从附录10或阻力手册、暖通设计手册等资料查各管段的局部阻力系数。(1)管段1设备密闭罩ξ＝1.0(对应接管动压)

90弯头(R/D＝1.5)一个ξ＝0.17直流三通(1→3)(见下图)35

根据F1＋F2≈F3，a=30°,F2/F3=(140/240)2=0.34，L2/L3=800/2300=0.348，查得ξ13＝0.2，∑ξ＝1＋0.17＋0.2＝1.3736（2）管段2圆形伞形罩，a=60°,ξ=0.0990°弯头（R/D=1.5）1个，ξ=0.1760°弯头（R/D=1.5）1个，ξ=0.15合流三通(2→3),ξ23=0.2,∑ξ＝0.09+0.17+0.15+0.2=0.6137(3)管段3直流三通（3→5），F3＋F4＝F5，a=30°,F4/F5=(280/380)2=0.54，L4/L5=4000/6300=0.634，查得ξ35＝－0.0538（4）管段4设备密闭罩，ξ＝1.0，90°弯头（R/D=1.5）1个，ξ=0.17合流三通(4→5),ξ45=0.64,∑ξ＝1+0.17+0.64=1.8139(5)管段5除尘器进口变径管(渐扩管)，除尘器进口尺寸300x800mm，变径管长度500mm，tga=(800-380)/(2*500)=0.42,a=22.7°,ξ＝0.640(6)管段6除尘器出口变径管(渐缩管)除尘器出口尺寸300x800mm变径管长度l=400mm,tga=(800-420)/(2*400)=0.475,a=25.4°,ξ＝0.190°弯头（R/D=1.5）2个，ξ=2*0.17=0.3441风机进口渐扩管先近似选出一台风机，风机进口直径D1＝500mm变径管长度,F0/F6=(500/420)2=1.41,l=300mm,tga=(500-420)/(2*300)=0.13,a=7.6°,

ξ＝0.03∑ξ＝0.1+0.34+0.03=0.4742(7)管段7风机出口渐扩管风机出口尺寸410x315mm,D7＝420mmF7/F出=(0.138/0.129)2=1.07，ξ≈0带扩散管的伞形风帽(h/D0)＝0.5)ξ＝0.60∑ξ＝0.60436．计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力。计算结果见表7．对并联管路进行阻力平衡汇合点A△P1＝298.5Pa,△P2＝179.7Pa(△P1-△P2)/△P1＝(298.5-179.7)/298.5=39.7%>10%为使管段1、2达到阻力平衡，改变管段2的管径，增大其阻力。4445D2’=D2(△P2/△P2’)0.225=140×(179.7/298.5)0.225=124.8mm根据通风管道统一规格，取D2‘