抽風管路設計

某車間抽風管路系統設計前言焊接煙氣是一種有毒有害的氣體，內含有錳、銘、鎳、硅、氟等化合物，氧化氮和臭氧等。焊接車間如不采取有效的通風措施，焊接工人的身心健康將受到嚴重的損害，可能引發塵肺，錳中毒，金屬煙熱等疾病。為了有效改善焊接車間的空氣狀況，使工作區達到衛生標準，減少職業病患病率，必須對其進行通風換氣，排除和稀釋有害物。針對某焊接車間的特點，我們特地對其進行以下通風管路系統的設計。設計的已知條件與要求］該車間長X寬X高=50X20X6，在長邊一側設置若干個抽風點。抽風點為上吸氣罩，罩口離地1.5米，離墻2米，吸風總個數為（6?12）個。每個吸風罩吸風量相等，各個吸風口由總管匯總至車間外引風機，經30米高煙囪排入周圍空氣中。要求確定每個吸風口吸風量及總吸風量，各段管路的尺寸，管件尺寸，全系統的壓力損失并選擇風機。設計方法本設計采用局部通風方式對車間進行通風換氣。為防止設備在生產過程中產生的有害物對車間空氣產生污染，往往通過排氣罩或吸風口就地將有害物加以捕集，并用管道輸送到凈化設備進行處理，達到排放標準后，再回用或排入大氣。這就是設備的局部排風。當生產中有多臺這樣的設備，且每臺的局部排風量不需很大，出于經濟上的考慮，往往用管道將它們聯成整體，組成局部排風系統，整求的局部排風量排風。而做到這一點的關鍵在于管道系統設計。一個系統共用一臺凈化設備和風機。在局部排風系統中，為了達到對有害物的捕集效果目的，要求局部排風系統能按各設備要各設備局部排風量相等即為均勻吸風管道系統。考慮到一般情況，各設備的局部排風量不等時稱為定量吸風管道系統。均勻吸風管道的設計過去采用干管的等速設計法或降速梯形設計法，對定量吸風管道則采用匯流三通的阻力平衡法，這些方法對問題的分析過于粗糙，運行后風量偏差較大，已不適應人們對環境的要求。本文的局部排風系統管道設計方法，對排風管道內氣流的能量關系作了更詳細的分析，并可進行更精確的計算。運行后設備的排風量與設計值偏差很小。設計原理局部排風系統的吸風支管一端是機上吸口，另一端在匯流三通處與干管相接，支管氣流與干管氣流在匯流三通處具有公共點稱為兩股氣流的匯合點（如圖1），兩股氣流在匯合點匯合，一般動壓是不等的，但其靜壓相等。干管氣流到達匯合點的靜壓稱為剩余靜壓，它是匯合點的實際靜壓。吸口與匯合點的靜壓差是支管吸風的動力。對于形狀和尺寸給定的支管，只要吸口狀態和匯流三通匯合點處的靜壓一定，支管的吸風量就一定。支管吸口的狀態以及支管的形狀和尺寸確定之后，根據風量或風速，就可求得支管在匯流三通處的靜壓，稱為該支管的計算靜壓。Vo :VI￥ITi--c 1 i-_圖1 吸風管道原理圖對于第I根支管，只要列出吸口斷面與匯流三通匯合點斷面之間的柏努利方程，就可求出它的計算靜壓。設計內容本設計主要考慮捕集裝置和管道系統這兩部分的設計。1.捕集裝置的設計污染物的捕集裝置通常稱為集氣罩。集氣罩是通風系統的關鍵部件。⑴.集氣罩的基本類型確定：根據車間氣流流動的特點和煙氣特性，本設計采用外部采氣罩的上吸型圓形集氣罩。⑵.集氣罩風量的確定：根據集氣罩的經驗值1200?3000m3/h，本設計采用的每個吸風口的吸風量為2800m3/h，設6個集氣罩，則管道的總風量Q.=6Q=6X2800=16800m3/h⑶.罩口面積的確定：根據工藝設備及操作要求和吸風量，確定罩口的平均吸氣控制速度為1m/s，則罩口面積為：A=Q/V=2800/(1X3600)=0.78m2=(4A/3.14)1/2=(4X0.78/3.14)i/2=1m⑷.擴張角確定：為保證罩口吸氣速度均勻，集氣罩的擴張角不宜太大，本設計中的集氣罩的擴張角為60°。2.管路系統設計管路系統設計主要包括管道布置，管道內氣體流速確定、管徑選擇、壓力損失計算，壓力損失平衡計算，全壓損失匯總以及通風機選擇等內容。下面主要給出管徑選擇、壓力損失計算，壓力損失平衡計算，全壓損失匯總以及通風機等相關的計算。(1).各管道的管徑和壓力損失的計算:管段1?2：據Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"計算表"得：d=320mm,X/d=0.0586實際流速為v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s動壓二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa則摩擦壓力損失為AP=1XX/dXpv2/2=8X0.0586X61.1=28.6PaL各管件局部壓損系數（查手冊）為：集氣罩（擴張角為60°）：^=0.10；90°彎頭（R/d二1.5）2個：&=0.15；90°合流三通：^=0.9；調節閥：=0.32；E&=0.10+2X0.15+0.9+0.32=1.62則局部壓損△?!!!二工Xpv2/2=1.62X61.1=99.OPa該管段的總壓損 +APm=28.6+99.0=127.6PaL根據對稱原理有：L=L =8.0m；TOC\o"1-5"\h\z1?2 10?12D=D =320mm；1?2 10?12AP=AP=127.6Pa；1?2 10?12.管段2?3：據Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"計算表"得：d=320mm,X/d=0.0586實際流速:v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s動壓二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa則摩擦壓力損失為AP=1XX/dXpv2/2=2X0.0586X61.1=7.2PaL各管件局部壓損系數（查手冊）為：集氣罩（擴張角為60°）：^=0.10；90°彎頭（R/d二1.5）1個：&=0.15；90°合流三通：^=0.53；調節閥：=0.3；EZ=0.10+0.15+0.53+0.3=1.08則局部壓損： APm=EZXpv2/2=1.08X61.1=66.0Pa該管段的總壓損：AP=APl+△Pm=7.2+66.0=73.2Pa根據對稱原理有：TOC\o"1-5"\h\zL =L =L =L =L =2m；2?3 4?5 6?7 8?9 10?11D =D =D =D =D =320mm；2?3 4?5 6?7 8?9 10?11宜2?3=宜4?5=宜6?7=宜8?9=/0?11=73.灑；.管段2?4：據Q=5600m3/h,v=10.0m/s，查“計算表”得：d=450mm,入/d=0.0385實際流速：v=4Q/3.14d2=4X5600/3.14X（0.45）2X3600=9.8m/s動壓二pv2/2=1.3X（9.8）2/2=62.4Pa則摩擦壓力損失為AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0385X62.4=14.4PaL各管件局部壓損系數（查手冊）為：90°合流三通：Z=0.96,Z=0.78；漸擴變徑管：Z=0.27；右EZ=0.96+0.78+0.27=2.01則局部壓損APm=EZXpv2/2=2.01X62.4=125.4Pa該管段的總壓損AP=APl+APm=14.4+125.4=139.8Pa根據對稱原理有：L2?4=L8?10=6m；D=D=450mm；A?424=?*七10=139.8Pa；.管段4?6：據Q=8400m3/h,v=10.0m/s，查“計算表”得：d=560mm,入/d=0.0296實際流速：v=4Q/3.14d2=4X8400/3.14X（0.56）2X3600=9.5m/s動壓二pv2/2=1.3X（9.5）2/2=58.7Pa則摩擦壓力損失為AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0296X58.7=10.4PaL各管件局部壓損系數（查手冊）為：90°合流三通：Z=1.10,Z=0.79；漸擴變徑管：Z=0.27；右EZ=1.10+0.79+0.27=2.16則局部壓損APm=:EZXpv2/2=2.16X58.7=126.8Pa該管段的總壓損AP=APl+APm=10.4+126.8=137.2Pa根據對稱原理有：L=L=6m；D=D=560mm；站46土七8=137.2Pa；.管段6?7：據Q=16800m3/h,v=10.0m/s，查“計算表”得：d=750mm,入/d=0.0207實際流速：v=4Q/3.14d2=4X16800/3.14X（0.75）2X3600=10.6m/s動壓二PV2/2=1.3X（10.6）2/2=73.0Pa則摩擦壓力損失為AP=lX入/dXpv2/2=6X0.0207X73.0=9.1PaL各管件局部壓損系數（查手冊）為：90°合流三通：Z=0.53;漸擴變徑管：Z=0.27；90°彎頭（R/d=1.5）2個：Z=0.15；調節閥：Z=0.3；EZ=0.53+0.27+0.15X2+0.3=1.4則局部壓損APm=:EZXpv2/2=1.4X73.0=102.2Pa該管段的總壓損AP=APL+APm=9.1+102.2=111.3Pa⑵.壓力平衡計算①.對于節點2：AP=127.6Pa△P：?2=73.2Pa(AP-AP)/AP=(127.6-73.2)/127.6=42.6%>10%可見：節點T2的壓力不平彳衡：采用調整管徑方法，進行壓力平衡調節D'=D(AP/AP)o.225=282mm.一2=3,,2—3 2?3 1?2圓整管徑?。篋'23=280mm根據對稱原理有：D'23=D'1o;280mm②.對于節點4：AP=AP+AP=127.6+139.8=267.4PaaP?H.bPa2?4(AP-AP)/AP=(267.4-73.2)/267.4=72.6%>10%可見：節點44的壓力不平衡，采用調整管徑方法，進行壓力平衡調節D'=D(AP/AP)o.225=239.1mm. 4?5?,4?5一 4?5 1?4圓整管徑?。篋'2?3=240mm根據對稱原理有：D'45=D'89=240mm⑶全系統壓力損失的計算系統的總壓力損失=(AP+AP+AP)X2+AP1?2 2?4 4?6 6-7=(127.6+139.8+137.2)X2+111.5=921Pa⑷.選擇風機和電機選擇通風機的計算風量：Q0=Q(1+K])=16800X1.1=18480m3/h選擇通風機的計算風壓：AP=AP(1+K)=921X1.2=1105Pa根據上述風量和風壓，在通風機樣本上選擇C6-48,N010C型離心引風機，當轉數N=1000r/min時，Q=18356m3/h，P=1996Pa，配套電機為Y180M-4,18.5KW，功率為15.79KW，基本滿足要求。復核電動機功率：N=QApK(3600X1000nn)=18480X1105X1.3/(3600X1000X0.5X0.95)二15.05KW0 12配套風機滿足管道計算匯總如下表:管段編號流量Q/m3/h管長L/m管徑D/mm流速v/m/s入/d/m-1動壓pv2/2/Pa摩擦壓損AP/PLa局部壓損系數EZ局部壓損APm/Pa管段總壓損AP/Pa管段壓損累計EAP/Pa備注L1?2L10-1228008.03209.70.058661.128.61.6299.0127.6921Pa^2-3^10-11L4-5L8-928002.03209.70.058661.17.21.0866.073.2壓力不平衡L2-4L56006.04509.80.038562.414.42.01125,4139.8L4-6L84006.05609.50.02965