管道直径设计计算步骤.docx
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管道直径设计计算步骤
管道直径设计计算步骤
以假定流速法为例，其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。
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）本身的长度。
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。
根据经验总结，风管内的空气流速可按表6-2-
1、表6-2-2及表6-2-3确定。
除尘器后风管内的流速可比表6-2-3中的数值适当减小。
表6-2-1一般通风系统中常用空气流速（m/s）
支室内xx空干管
管进风口回风口气入口6～2～1.5～2.5～
5.5～薄钢1483.53.5
工业建筑机6.5板、混凝土
械通讯
4～2～1.5～2.0～
砖等
5～61263.03.0
工业辅助及
民用建筑
0.5
0.50.2～～0.7
自然通风～1.01.0类别
机械通风5～8
52～
2～4风管
材料
表6-2-2空调系统低速风管内的空气流速部位
新风xx
总管和总干管
无送、回风口的支管
有送、回风口的支管频率为1000Hz时室内允许声压级（dB）
＜40～60＞60
3.5～4.04.0～4.55.0～6.0
6.0～8.06.0～8.07.0～12.0
3.0～4.05.0～7.06.0～8.0
2.0～3.03.0～5.03.0～6.0表6-2-3除尘风管的最小风速（m/s）
粉尘类
别粉尘名称
干锯末、小刨屑、纺织尘
木屑、刨花
干燥粗刨花、大块干木屑
潮湿粗刨花、大块湿木屑
棉絮xx石棉粉尘
耐火材料粉尘
粘土
石灰石
水泥
湿土（含水2%以下）
重矿物粉尘
轻矿物粉尘
灰土、砂尘
干细型砂
xx、xx粉
钢铁粉尘
钢铁屑
铅尘
轻质干粉尘（木工磨床粉尘、烟
草灰）
煤尘
焦炭粉尘
谷物粉尘垂直风管
10
12
14
18811
12
14
13
14
12
15
14
12
16
17
15
13
19
20811
14
10水平风管1812纤维粉尘矿物粉尘金属粉尘其它粉尘
3．根据各风管的风量和选择的流速，按式（6-2-1）计算各管段的断面尺寸，并计算摩擦阻力和局部阻力。
确定风管断面尺寸时，应采用规范统一规定的通风管道规格，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。
袋式除尘器和静电除尘器后风管内的风量应把漏风量和反吹风量计入。
在正常运行条件下，除尘器的漏风率应不大于5％。
4．并联管路的阻力平衡调节
为了保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支管的阻力必须保持平衡。
对一般的通风系统，两支管的阻力差应不超过15％，除尘系统应不超过10％。
若超过上述规定，可采用下述方法调节其阻力平衡。
（1）调整支管管径
这种方法是通过改变支管管径改变支管的阻力，达到阻力平衡。
调整后的管径按下式计算：
（6-2-2）
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。
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）增大风量
当两支管的阻力相差不大时，例如在20%以内，可不改变支管管径，将阻力小的那段支管的流量适当加大，达到阻力平衡。
增大后的风量按下式计算：
（6-2-3）
式中L′——调整后的支管风量，m3/h；
L——原设计的支管风量，m3/h。
采用本方法会引起后面干管内的流量相应增大，阻力也随之增大；同时风机的风量和风压也会相应增大。
（3）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。
必须指出，对一个多支管的通风空调系统进行实际调试，是一项复杂的技术工作。
必须进行反复的调整、测试才能完成，达到预期的流量分配。
5．计算系统的总阻力。
通风管道的计算一例
上胶机通风管道直径为500毫米，所配风机功率3千瓦，风量为5300立方米/每小时。
现在根据经验数据核算如下：
本文所用符号：
γ-空气密度，可选1.2；Q-流量（h/m3）；ν-流速（m/s）；r-管道半径（m）；D-管道直径（m）；P-压力（Pa）；R-沿程摩擦阻力（Pa）；L-管道长度（m））；√-开平方；风机效率取0.79-0.82；传动效率取0.95-1；λ空气与管道摩擦系数。
一．风量的由来
上胶机房，长宽高=11.6*8.6*9（立方米）=897.84立方米。
按照常规，选用抽风机的流量应为5.5倍的机房容量，即5.5*897.84=4938立方米，
取5000立方米/小时，即在11分钟内室内空气会更新完毕一次，何况在上胶区域上方装有吸尘罩，主要是排除飞溅的上胶液体颗粒。
二．风机选型
4-72-xC系列风机具有高效率、噪声低、压力曲线平稳、使用范围广等特点，主要用于厂矿企业、体育馆、歌剧院、地下室、大小宾馆、酒楼、商场及大型建筑的室内通风换气，降温除尘等用途，也可以与其他各类机械设备配套作气体循环使用。
输送的介质为空气和其它不自燃、对人体无害、无腐蚀性气体；采用防爆电动机，可作为易燃挥发性气体的通风换气用，气体温度≤80℃，气体内不允许有粘性物质，尘土及固体杂质≤150mg/m3。
为此，初步选用4-72C离心式通风机3.6C-3KW-2R
型号：
4-72
机号：
3.6C
流量：
5300m3/h
全压：
1300pa（中压风机）
功率：
3kw
电机：
防爆型三相异步电动机，型号：
YB2-100L-2
【离心式风机根据其所能产生风压的大小，可分为低压（＜1000Pa,一般用于输送空气和有害气体）、中压（1000-2000Pa,用于输送含尘气流）和高压（>2000Pa，通常用于加热炉鼓风）三种。
】
三．管道直径的估算
流量一般为生产现场任务所决定，而合理的流速则应根据经济权衡决定，一般气体为10～30m/s。
注：
一般情况下国家标准的风管风速取值范围为V=6~8m/s（公司计算标准的风管风速取值范围为V=8~12m/s）
风量V=5300m3/h
3/s
=1.472m3/s;
取风速u=8m/s.
则有管径
D=[V/（0.785u）]^2
=[1.472/（0.785*8）]^2
=0.484m
=484mm.
实际管径500毫米。
（根据经验，部分通风管线的风量计算参考值
类型规格（mm）排风量m3/h
圆形风管Φ160578.76
Φ200904.32
Φ.72
Φ.28
Φ）
可见，我们的数据与经验参考值非常接近。
四．电机功率的复核
管道总长约10米，三个弯头，一个三通。
在忽略自然风压时，风机（实际）以克服通风管网阻力hR和风机出口动能损失hv，即通风机全压Ht=hR+hV,
*`#R3l0d5D#I6o4k1^&A克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压HS，$T"t2k;j6l#x%w+^HS=hR
因此Ht=HS+hV
4.1计算每米管道的沿程摩擦阻力：
R=（λ/D）*（ν^2*γ/2）。
主管直径D=500毫米=0.5米，辅管直径毫米=0.248米（实测值）。
（为了减少阻力，通风管道的卫生学要求如下：
①管道不宜太长，在可能条件下；管径要粗，式样以圆形为佳。
②管道内壁要光滑。
③管道内最适宜的风速，接近通风机处为12-18m/s，出口处为4-8m/s。
④管道的弯头要尽量少，两个弯头的距离要大些。
当两个弯头的距离为管径的3倍时，阻力大约增加80％；若为5倍时，则仅增加30％。
⑤弯头弯曲的角度要尽量呈弧形。
如弯曲半径等于管直径或为2倍时，阻力增加20％；若为4-5倍时，阻力增加15％；大于6倍时，阻力几乎不增加。
⑥分支管的半径不得小于主管半径的。
⑦分支管与主干管的中心夹角度尽量小，一般不超过30度，渐扩管中心角不超过45度⑧管道尽量直立或倾斜放置，设置清扫口，连接部分应严密不漏气，并便于检修。
⑨管道所用材料应具有导热性小、保温，耐腐蚀；耐火等性能。
）
由于因此，管道直径配比满足以上要求。
注意尽量使分支管道与主干道夹角偏小，而不是直角。
R=[（λ/D）*（ν^2*γ/2）]*10
=12Pa
R1=[（λ/d）*（ν^2*γ/2）]*2
=6Pa
4.
2、计算500mm弯头摩阻，设弯头为90度，且半径等于500mm,λ查表得0.23：
R2=λ*（ν^2*γ/2）*3
=27Pa
计算200mm弯头摩阻，设弯头为90度，且半径等于200mm,λ查表得0.23：
R3=λ*（ν^2*γ/2）*1
=9Pa
4.
3、总静压：
Hs=12+6+27+9=54Pa，给静压再乘以安全系数
54*1.2=65Pa
因此，风机全压ht=hs+hv=65+1300=1365Pa
4.4风机所需功率P（KW）计算公式为P=Q*p/（3600*1000*η0*η1）"j/u2w4[4`&_Q—风量，m3/h；1e5q*S6x/X6I6W
p—风机的全风压，Pa；7Q&m,G/W）_'F）e6C-g
η0—风机的内效率，一般取0.75~0.85，小风机取低值、大风机取高值#`+C,T9]-E%?
2}
η1—机械效率，
1、风机与电机直联取1；
2、联轴器联接取0.95~0.98；
3、用三角皮带联接取0.9~0.95；
4、用平皮带传动取0.85
将Q=5300m3/h；p=1365Pa;η0=0.8;η1=0.92代入，得
P=5300*1354/（3600*1000*0.8*0.92）
=2.72千瓦。
说明电机功率3千瓦已经足够。
讨论
假如要要增加吸力，就要提高风速，风速的平方与风压成正比，也就是与电机总功率成正比。
如要将风速提高到12米/秒，保持流量不变，则所需的电机功率为：
千瓦。
加大电机功率势必增加能耗，同时会给管路带来大的负担，使得系统欠稳定。
按照每天工作4小时计，所增加的电机功率2千瓦的能耗为8度电，按照每度电1元计，就是8元/天。
一年的电费是：
12*30*8=2880元，5年的额外电费就是2880*5=14400元。
因此，从投资成本角度考虑，不建议更换较大功率电机。
何况更换后，流量并未明显增大。
但有一个办法就是在电机功率不变情况下，仅仅将抽风机规格变大，从而使流量显著提高。
譬如，将机号由3.6C改为6C,电机功率仍然为3千瓦，但型号变为Y100L-4.即由原先的2极电机变为4极。
这样，流量最大可达到11500立方米每小时。
即风机流量是机房容积的12.8倍，换完整个机房所需时间为：
60分钟/12.8=4.7分钟，即换气时间缩短为4.7分钟，比以前缩短了约6分钟，抽风效率明显提高。
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