Doktorat S.B. Gorunowicz, inżynier PTO, CHPP Ust-Ilimskaya, oddział OJSC Irkutskenergo, Ust-Ilimsk, obwód irkucki.
Sformułowanie pytania
Wiadomo, że w wielu przedsiębiorstwach, które w niedawnej przeszłości dysponowały rezerwami energii cieplnej i energia elektryczna, nie zwrócono wystarczającej uwagi na jego straty podczas transportu. Na przykład w projekcie uwzględniono różne pompy z dużą rezerwą mocy, straty ciśnienia w rurociągach kompensowano wzrostem przepływu. Główne rurociągi parowe zaprojektowano ze zworkami i długimi liniami, umożliwiającymi w razie potrzeby transport nadmiaru pary do sąsiednich turbozespołów. Podczas rekonstrukcji i naprawy sieci transportowych preferowano uniwersalność schematów, co doprowadziło do dodatkowych połączeń (łączników) i zworek, montażu dodatkowych trójników, a w rezultacie dodatkowych strat lokalnych całkowite ciśnienie. Jednocześnie wiadomo, że w długich rurociągach przy znacznych średnich prędkościach lokalne straty całkowitego ciśnienia (lokalny opór) mogą pociągać za sobą znaczne straty kosztów dla konsumentów.
Obecnie wymagania dotyczące efektywności, oszczędności energii i całkowitej optymalizacji produkcji zmuszają nas do świeżego spojrzenia na wiele zagadnień i aspektów projektowania, przebudowy i eksploatacji rurociągów i rurociągów parowych, a tym samym uwzględnienia lokalnych oporów w trójnikach, widłach i wyposażenie obliczenia hydrauliczne rurociągów staje się zadaniem pilnym.
Celem pracy jest opisanie najczęściej stosowanych trójników i kształtek w przedsiębiorstwach energetycznych, wymiana doświadczeń w zakresie sposobów zmniejszania współczynników oporów lokalnych, metod ocena porównawcza skuteczność takich wydarzeń.
Aby oszacować opór lokalny we współczesnych obliczeniach hydraulicznych, operuje się nimi bezwymiarowym współczynnikiem oporu hydraulicznego, co jest bardzo wygodne, ponieważ w przepływach dynamicznie podobnych, w których obserwuje się geometryczne podobieństwo przekrojów i równość liczb Reynoldsa, ma on tę samą wartość, niezależnie od od rodzaju cieczy (gazu), a także od prędkości przepływu i wymiarów poprzecznych obliczonych przekrojów.
Współczynnik oporu hydraulicznego to stosunek całkowitej energii (mocy) traconej na danym odcinku do energii kinetycznej (mocy) na przyjętym odcinku lub stosunek całkowitego ciśnienia traconego na tym samym odcinku do ciśnienia dynamicznego na przyjętym odcinku sekcja:
gdzie p total to całkowita strata ciśnienia (na danym obszarze); p - gęstość cieczy (gazu); w, - prędkość na i-tym odcinku.
Wartość współczynnika oporu zależy od prędkości obliczeniowej, a co za tym idzie, do jakiego przekroju jest on zredukowany.
Trójniki wydechowe i zasilające
Wiadomo, że znaczną część strat lokalnych w rurociągach rozgałęzionych stanowią lokalne opory w trójnikach. Jako przedmiot, który reprezentuje lokalny opór, trójnik charakteryzuje się kątem odgałęzienia a oraz stosunkami pól przekrojów odgałęzień (bocznych i prostych) F b /F q, Fh/Fq i F B /Fn. W trójniku stosunki przepływu Q b /Q q, Q n /Q c i odpowiednio stosunki prędkości w B /w Q, w n /w Q mogą się zmieniać. Trójniki można montować zarówno w odcinkach ssących (trójnik wywiewny), jak i w odcinkach tłocznych (trójniki nawiewne) przy podziale przepływu (rys. 1).
Współczynniki wytrzymałości trójników wylotowych zależą od wymienionych powyżej parametrów, natomiast trójników nawiewnych o konwencjonalnym kształcie zależą niemal wyłącznie od kąta odgałęzienia i stosunków prędkości odpowiednio wn/w Q i wn/w Q.
Współczynniki oporu trójników wylotowych o konwencjonalnym kształcie (bez zaokrągleń i poszerzeń lub zwężeń odgałęzienia bocznego lub prostego przejścia) można obliczyć korzystając z poniższych wzorów.
Opór w odgałęzieniu bocznym (w sekcji B):
gdzie Q B =F B w B, Q q =F q w q - strumienie objętości odpowiednio w odcinkach B i C.
Dla trójników typu F n = F c i dla wszystkich a wartości A podano w tabeli. 1.
Gdy stosunek Q b /Q q zmienia się z 0 na 1, współczynnik rezystancji zmienia się z -0,9 na 1,1 (F q = F b, a = 90 O). Wartości ujemne tłumaczy się efektem ssania w linii przy niskim Q B .
Ze struktury wzoru (1) wynika, że współczynnik oporu będzie szybko wzrastał wraz ze zmniejszaniem się pola przekroju poprzecznego dyszy (wraz ze wzrostem F c /F b). Na przykład dla Q b /Q c =1, F q/F b =2, a = 90 O współczynnik wynosi 2,75.
Oczywiście zmniejszenie oporu można osiągnąć poprzez zmniejszenie kąta odgałęzienia bocznego (dyszy). Przykładowo, gdy F c = F b , α = 45 O, gdy stosunek Q b /Q c zmienia się z 0 na 1, współczynnik zmienia się z -0,9 na 0,322, tj. jego wartości dodatnie zmniejszają się prawie 3 razy.
Opór w przejściu bezpośrednim należy określić ze wzoru:
Dla trójników typu Fn=F c wartości KP podano w tabeli. 2.
Łatwo sprawdzić, że zakres zmian współczynnika oporu w przejściu prostym
gdzie, gdy stosunek Q b /Q c zmienia się z 0 na 1, mieści się on w przedziale od 0 do 0,6 (F c = F b, α = 90 O).
Zmniejszenie kąta bocznego odgałęzienia (dyszy) prowadzi również do znacznego zmniejszenia oporów. Przykładowo, gdy F c =F b, α =45 O, gdy stosunek Q b /Q c zmienia się z 0 na 1, współczynnik zmienia się z 0 na -0,414, tj. Wraz ze wzrostem Q B w kanale przednim pojawia się „ssanie”, co jeszcze bardziej zmniejsza opór. Należy zauważyć, że zależność (2) ma wyraźne maksimum, tj. wartość maksymalna współczynnik oporu spada do wartości Q b /Q c = 0,41 i wynosi 0,244 (przy F c = F b , α = 45 O).
Współczynniki oporu trójników wlotowych o normalnym kształcie w przepływie turbulentnym można obliczyć korzystając ze wzorów.
Rezystancja odgałęzienia bocznego:
gdzie K B jest stopniem sprężania przepływu.
Dla trójników typu Fn=F c wartości A 1 podano w tabeli. 3, KB =0.
Jeżeli przyjmiemy F c =F b , a = 90 O, to gdy stosunek Q b /Q c zmieni się z 0 na 1, otrzymamy wartości współczynników w przedziale od 1 do 1,2.
Należy zaznaczyć, że źródło podaje inne dane dla współczynnika A 1 . Według danych należy przyjąć A 1 =1 przy w B /w c<0,8 и А 1 =0,9 при w B /w c >0,8. Jeśli skorzystamy z danych z , to gdy stosunek Q B /Q C zmieni się od 0 do 1, otrzymamy wartości współczynników w przedziale od 1 do 1,8 (F c = F b). Generalnie nieco wyższe wartości współczynników rezystancji uzyskamy we wszystkich zakresach.
Decydujący wpływ na wzrost współczynnika oporu, podobnie jak we wzorze (1), ma pole przekroju poprzecznego B (dysza) – wraz ze wzrostem F g /F b współczynnik oporu szybko rośnie.
Opór w przejściu bezpośrednim dla trójników zasilających typu Fn=Fc wewnątrz
Wartości t P podano w tabeli. 4.
Gdy stosunek Q B /Qc(3) zmienia się od 0 do 1 (Fc=F B, α=90 O), otrzymujemy wartości współczynników w zakresie od 0 do 0,3.
Wytrzymałość trójników o konwencjonalnym kształcie można także wyraźnie zmniejszyć poprzez zaokrąglenie połączenia odgałęzienia bocznego z prefabrykowaną tuleją. W takim przypadku dla trójników wydechowych należy zaokrąglić kąt obrotu przepływu (R 1 na rys. 16). W przypadku trójników zasilających zaokrąglenie należy wykonać także na krawędzi oddzielającej (R 2 na rys. 16); ustabilizuje to przepływ i ograniczy możliwość jego oddzielenia od tej krawędzi.
W praktyce wystarczające jest zaokrąglenie krawędzi skrzyżowania tworzących odgałęzienia bocznego z rurociągiem głównym przy R/D(3=0,2-0,3.
Zaproponowane powyżej wzory do obliczania współczynników wytrzymałości trójników oraz odpowiadające im dane tabelaryczne odnoszą się do trójników starannie wykonanych (toczonych). Źródłem stają się wady produkcyjne trójników powstałe podczas ich produkcji („awarie” w odgałęzieniu bocznym i „nakładanie się” jego przekroju na nieprawidłowe wycięcie ścianki na odcinku prostym – rurociąg główny) gwałtowny wzrost opór hydrauliczny. W praktyce dzieje się tak, gdy złączka jest źle włożona do głównego rurociągu, co zdarza się dość często, ponieważ koszulki „fabryczne” są stosunkowo drogie.
Stopniowe rozszerzanie (dyfuzor) odgałęzienia bocznego skutecznie zmniejsza opory zarówno trójników wywiewnych, jak i nawiewnych. Połączenie zaokrąglenia, skosu i przedłużenia odgałęzienia bocznego dodatkowo zmniejsza opór teownika. Współczynniki wytrzymałości trójników ulepszonych można wyznaczyć korzystając ze wzorów i wykresów podanych w źródle. Najniższą wytrzymałość mają także trójniki z odgałęzieniami w postaci gładkich zagięć, a tam, gdzie jest to praktyczne, należy stosować trójniki z małymi kątami odgałęzień (do 60 O).
Przy przepływie turbulentnym (Re>4,10 · 3) współczynniki oporu trójników w niewielkim stopniu zależą od liczb Reynoldsa. Podczas przejścia z turbulentnego do laminarnego następuje gwałtowny wzrost współczynnika oporu odgałęzienia bocznego zarówno w trójniku wylotowym, jak i nawiewnym (około 2-3 razy).
W obliczeniach należy wziąć pod uwagę, na którym odcinku jest ona zredukowana do prędkości średniej. W źródle przed każdą formułą znajduje się link na ten temat. Źródła podają ogólny wzór wskazujący prędkość redukcji wraz z odpowiednim indeksem.
Trójnik symetryczny do łączenia i dzielenia
Współczynnik oporu każdej gałęzi trójnika symetrycznego podczas łączenia (ryc. 2a) można obliczyć ze wzoru:
Gdy stosunek Q b /Q c zmienia się z 0 na 0,5, współczynnik zmienia się z 2 na 1,25, a następnie wraz ze wzrostem Q b /Q c z 0,5 do 1 współczynnik przyjmuje wartości od 1,25 do 2 (dla przypadku F do = F b). Jest oczywiste, że zależność (5) ma postać odwróconej paraboli z minimum w punkcie Q b /Q c =0,5.
Współczynnik oporu trójnika symetrycznego (rys. 2a) znajdującego się w odcinku wtryskiwania (separacji) można również obliczyć ze wzoru:
gdzie K 1 =0,3 - dla trójników spawanych.
Gdy stosunek w B /w c zmienia się z 0 na 1, współczynnik zmienia się z 1 na 1,3 (F c = F b).
Analizując strukturę wzorów (5, 6) (oraz (1) i (3)) można przekonać się, że zmniejszenie przekroju (średnicy) odgałęzień (przekrojów B) negatywnie wpływa na wytrzymałość koszulka.
Stosując trójniki widełkowe, można zmniejszyć opór przepływu 2-3 razy (ryc. 26, 2c).
Współczynnik oporu trójnika widełkowego przy podziale przepływu (rys. 2b) można obliczyć korzystając ze wzorów:
Gdy stosunek Q 2 / Q 1 zmienia się z 0 na 1, współczynnik zmienia się z 0,32 na 0,6.
Współczynnik oporu trójnika podczas łączenia (rys. 2b) można obliczyć korzystając ze wzorów:
Gdy stosunek Q 2 /Q 1 zmienia się z 0 na 1, współczynnik zmienia się z 0,33 na -0,4.
Trójnik symetryczny można wykonać z gładkimi zagięciami (rys. 2c), wówczas można dodatkowo zmniejszyć jego opór.
Produkcja. Standardy
Przemysłowe standardy energetyczne określają rurociągi niskociśnieniowych elektrowni cieplnych (przy ciśnieniu roboczym P.praca.<22 кгс/см 2 и температуре среды t<425 О С) использовать тройники сварные по ОСТ34-42-762
OST34-42-765-85. Dla wyższych parametrów środowiskowych (Prab.<40 кгс/см 2) изготавливают тройники из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей: штампованные по ОСТ108.720.01, ОСТ108.720.02-82; сварные по ОСТ108.104.01 - ОСТ108.104.03-82; с обжатием (с вытянутой горловиной) по ОСТ108.104.04, ОСТ108.104.05-82. Из хромомолибденованадиевых сталей изготавливают тройники: штампованные по ОСТ108.720.05, ОСТ108.720.06-82; сварные по ОСТ108.104.10 - ОСТ108.104.12-82; с обжатием (с вытянутой горловиной) по ОСТ108.104.13 - ОСТ108.104.15-82 для паропроводов высокого давления (с параметрами Р раб. до 255 кгс/см 2 и температурой t до 560 О С). Существуют соответствующие нормативы и для штуцеров.
Konstrukcja trójników wykonanych według istniejących (wymienionych powyżej) norm nie zawsze jest optymalna z punktu widzenia strat hydraulicznych. Zmniejszenie współczynnika oporu miejscowego ułatwia jedynie kształt tłoczonych trójników z wydłużoną szyjką, gdzie w odgałęzieniu bocznym przewidziany jest promień zaokrąglenia zgodnie z typem pokazanym na ryc. 1b i rys. 3c, a także przy ściskaniu końcówek, gdy średnica rurociągu głównego jest nieco mniejsza niż średnica trójnika (wg typu pokazanego na rys. 3b). Trójniki oczywiście robione są na osobne zamówienie według standardów „fabrycznych”. W RD 10-249-98 znajduje się paragraf poświęcony obliczeniom wytrzymałościowym trójników i kształtek.
Projektując i przebudowując sieci należy uwzględnić kierunek ruchu mediów oraz możliwe zakresy zmian natężeń przepływu w trójnikach. Jeżeli kierunek transportowanego medium jest jasno określony, zaleca się stosowanie kształtek ukośnych (odgałęzień bocznych) i trójników widłowych. Jednakże problem znacznych strat hydraulicznych pozostaje w przypadku trójnika uniwersalnego, który łączy w sobie właściwości nawiewu i wywiewu, w którym możliwe jest zarówno łączenie, jak i dzielenie przepływów w trybach pracy związanych ze znacznymi zmianami natężenia przepływu. Wymienione cechy charakterystyczne są np. dla rozdzielnic rurociągów wody zasilającej czy głównych rurociągów pary w elektrowniach cieplnych wyposażonych w „zworki”.
Należy wziąć pod uwagę, że w przypadku rurociągów pary i gorącej wody konstrukcja i wymiary geometryczne spawanych trójników, a także kształtek (rur, odgałęzień) spawanych na prostych odcinkach rurociągów muszą spełniać wymagania norm branżowych, norm i specyfikacje techniczne. Innymi słowy, dla rurociągów krytycznych konieczne jest zamówienie trójników wykonanych zgodnie ze specyfikacjami technicznymi u certyfikowanych producentów. W praktyce, ze względu na stosunkowo wysoki koszt trójników „fabrycznych”, gwintowanie kształtek często wykonują lokalni wykonawcy, stosując się do standardów branżowych lub fabrycznych.
Ogólnie rzecz biorąc, ostateczną decyzję o sposobie wbudowania zaleca się podjąć po porównawczej analizie technicznej i ekonomicznej. W przypadku podjęcia decyzji o wykonaniu gwintowania „we własnym zakresie” personel inżynieryjno-techniczny musi przygotować szablon kształtki, wykonać obliczenia wytrzymałościowe (jeśli to konieczne), sprawdzić jakość gwintowania (unikać „awarii” kształtki i „nałożenia się” jego przekroju na nieprawidłowo wyciętą ścianę na odcinku prostym). Zaleca się wykonanie wewnętrznego połączenia metalu kształtki z głównym rurociągiem z zaokrągleniem (rys. 3c).
Istnieje szereg rozwiązań konstrukcyjnych pozwalających na zmniejszenie oporów hydraulicznych w standardowych trójnikach i zespołach przełączających linie. Jednym z najprostszych jest zwiększenie wymiarów samych trójników, aby zmniejszyć względne prędkości znajdującego się w nich ośrodka (rys. 3a, 3b). W takim przypadku trójniki muszą być wyposażone w przejścia, których kąty rozciągnięcia (zwężenia) również warto wybrać spośród szeregu optymalnych hydraulicznie. Jako trójnik uniwersalny o zmniejszonych stratach hydraulicznych można zastosować również trójnik widełkowy ze zworką (rys. 3d). Zastosowanie trójników do głównych zespołów rozdzielczych również nieco skomplikuje konstrukcję zespołu, ale będzie miało pozytywny wpływ na straty hydrauliczne (rys. 3d, 3f).
Należy pamiętać, że przy stosunkowo bliskim umiejscowieniu rezystancji lokalnych (L=(10-20)d) różnego typu występuje zjawisko interferencji rezystancji lokalnych. Według niektórych badaczy, przy maksymalnym zbliżaniu się rezystancji lokalnych, możliwe jest zmniejszenie ich sumy, natomiast w pewnej odległości (L = (5-7)d) rezystancja całkowita osiąga maksimum (3-7% większe niż prosta suma). Efekt redukcji mógłby zainteresować dużych producentów, którzy są gotowi produkować i dostarczać zespoły przełączające o obniżonych rezystancjach lokalnych, jednak aby uzyskać dobry wynik, konieczne są stosowane badania laboratoryjne.
Studium wykonalności
Podejmując tę czy inną konstruktywną decyzję, należy zwrócić uwagę na ekonomiczną stronę problemu. Jak wspomniano powyżej, trójniki „fabryczne” o konwencjonalnej konstrukcji, a tym bardziej te wykonane na specjalne zamówienie (optymalne hydraulicznie), będą kosztować znacznie więcej niż wstawienie kształtki. Jednocześnie ważne jest przybliżone oszacowanie korzyści w przypadku ograniczenia strat hydraulicznych w nowym trójniku i okresie jego zwrotu.
Wiadomo, że straty ciśnienia w rurociągach stacyjnych przy normalnych prędkościach płynu (dla Re>2,10 5) można oszacować ze wzoru:
gdzie p - strata ciśnienia, kgf/cm 2; w - prędkość średnia, m/s; L - rozszerzona długość rurociągu, m; g - przyspieszenie swobodnego spadania, m/s 2 ; d - średnica projektowa rurociągu, m; k - współczynnik oporu tarcia; ∑ἐ m – suma współczynników rezystancji lokalnej; v - objętość właściwa ośrodka, m 3 /kg
Zależność (7) nazywana jest zwykle charakterystyką hydrauliczną rurociągu.
Jeśli uwzględnimy zależność: w=10Gv/9nd 2, gdzie G jest natężeniem przepływu, t/h.
Następnie (7) można przedstawić jako:
Jeżeli możliwe jest zmniejszenie oporów lokalnych (trójnik, złączka, zespół łączeniowy), to oczywiście wzór (9) można przedstawić w postaci:
Tutaj ∑ἐ m jest różnicą między lokalnymi współczynnikami oporu starego i nowego węzła.
Załóżmy, że układ hydrauliczny pompa-rurociąg pracuje w trybie nominalnym (lub w trybie zbliżonym do nominalnego). Następnie:
gdzie Rn to ciśnienie nominalne (zgodnie z charakterystyką przepływu pompy/kotła), kgf/cm 2 ; G h - przepływ nominalny (zgodnie z charakterystyką przepływu pompy/kotła), t/h.
Jeżeli założymy, że po wymianie starych oporów układ „pompa-rurociąg” będzie nadal działał (Р «Рн), to z (10) korzystając z (12) możemy wyznaczyć nowe natężenie przepływu (po zmniejszeniu oporów) :
Działanie układu pompa-rurociąg i zmiany jego charakterystyki można wyraźnie przedstawić na rys. 4.
Jest oczywiste, że G 1 > G M . Jeżeli mówimy o głównym rurociągu parowym transportującym parę z kotła do turbiny, to z różnicy natężeń przepływu LG = G 1 -G n można wyznaczyć przyrost ilości ciepła (z odciągu turbiny) i/ lub w ilości wytworzonej energii elektrycznej zgodnie z charakterystyką pracy danej turbiny.
Porównując koszt nowego urządzenia i ilość ciepła (prądu) można w przybliżeniu oszacować opłacalność jego instalacji.
Przykład obliczeń
Przykładowo należy ocenić opłacalność wymiany trójnika równośrednicowego głównego rurociągu parowego na zbiegu przepływów (rys. 2a) na trójnik rozwidlony ze zworką typu pokazanego na rys. 3g. Odbiorcą pary jest turbina grzewcza firmy TMZ typ T-100/120-130. Para wchodzi jednym gwintem rurociągu pary (przez trójnik, sekcje B, C).
Mamy następujące dane wstępne:
▪ średnica projektowa rurociągu parowego d=0,287 m;
■ nominalne zużycie pary G h =Q(3=Q^420 t/h;
■ ciśnienie nominalne kotła P n =140 kgf/cm 2 ;
▪ objętość właściwa pary (przy P pa b = 140 kgf/cm 2, t = 560 O C) n = 0,026 m 3 /kg.
Obliczmy współczynnik oporu trójnika standardowego na zbiegu przepływów (rys. 2a) korzystając ze wzoru (5) - ^ SB1 =2.
Aby obliczyć współczynnik oporu trójnika ze zworką przyjmujemy:
▪ podział przepływów w oddziałach następuje w proporcji Q b /Q c „0,5;
▪ współczynnik całkowitego oporu jest równy sumie rezystancji trójnika zasilającego (z wyjściem 45 O, patrz rys. 1a) i trójnika widełkowego przy łączeniu (rys. 2b), tj. Pomijamy zakłócenia.
Korzystając ze wzorów (11, 13) otrzymujemy oczekiwany wzrost natężenia przepływu o G=G 1 -G n =0,789 t/h.
Według schematu pracy turbiny T-100/120-130, przepływowi 420 t/h może odpowiadać obciążenie elektryczne 100 MW i obciążenie termiczne 400 GJ/h. Zależność pomiędzy natężeniem przepływu i obciążeniem elektrycznym jest bliska wprost proporcjonalna.
Wzmocnienie obciążenia elektrycznego może wynosić: P e =100AG/Q n =0,188 MW.
Zysk pod względem obciążenia cieplnego może wynosić: T e =400AG/4,19Q n =0,179 Gcal/h.
Ceny produktów wykonanych ze stali chromowo-molibdenowo-wanadowej (dla trójników-wideł 377x50) mogą wahać się w szerokim zakresie od 200 do 600 tysięcy rubli, dlatego okres zwrotu można ocenić dopiero po dokładnym badaniu rynku w momencie podejmowania decyzji.
1. W artykule opisano różne typy trójników i kształtek oraz przedstawiono krótką charakterystykę trójników stosowanych w rurociągach elektrowni. Podano wzory na wyznaczanie współczynników oporu hydraulicznego oraz przedstawiono sposoby i środki ich zmniejszania.
2. Zaproponowano obiecujące projekty trójników i zespołu przełączającego dla głównych rurociągów o obniżonych współczynnikach lokalnego oporu.
3. Podano wzory, przykład i pokazano wykonalność analizy technicznej i ekonomicznej przy wyborze lub wymianie trójników, przy rekonstrukcji zespołów przełączających.
Literatura
1. Idelchik I.E. Podręcznik oporu hydraulicznego. M.: Inżynieria mechaniczna, 1992.
2. Nikitina I.K. Podręcznik rurociągów dla elektrowni cieplnych. M.: Energoatomizdat, 1983.
3. Podręcznik obliczeń układów hydraulicznych i wentylacyjnych / wyd. JAK. Juriewa. Petersburg: ANO NPO „Pokój i Rodzina”, 2001.
4. Rabinowicz E.Z. Hydraulika. M.: Nedra, 1978.
5. Benenson E.I., Ioffe L.S. Turbiny parowe kogeneracyjne / wyd. D.P. Starszy. M: Energoizdat, 1986.
Obliczenia systemów kanałów powietrza nawiewanego i wywiewanego sprowadzają się do określenia wymiarów przekroju kanałów, ich oporu na ruch powietrza oraz dopasowania ciśnień w połączeniach równoległych. Obliczenia strat ciśnienia należy przeprowadzić metodą specyficznych strat ciśnienia na skutek tarcia.
Metoda obliczeniowa:
Konstruuje się schemat aksonometryczny instalacji wentylacyjnej, system dzieli się na sekcje, na które nanoszona jest długość i natężenie przepływu. Schemat obliczeń przedstawiono na rysunku 1.
Wybierany jest główny (główny) kierunek, który reprezentuje najdłuższy łańcuch kolejno rozmieszczonych odcinków.
3. Odcinki autostrady numeruje się, zaczynając od odcinka o najniższym przepływie.
4. Określa się wymiary przekroju kanałów powietrznych w odcinkach projektowych magistrali. Określ pole przekroju poprzecznego, m2:
F p = L p /3600 V str ,
gdzie L p jest szacunkowym natężeniem przepływu powietrza w obszarze, m 3 / h;
Na podstawie znalezionych wartości F p ] pobierane są wymiary kanałów powietrznych, tj. to Ff.
5. Wyznacza się prędkość rzeczywistą Vf,m/s:
V f = L p / F f,
gdzie L p jest szacunkowym natężeniem przepływu powietrza w obszarze, m 3 / h;
F f – rzeczywista powierzchnia przekroju kanału powietrznego, m2.
Średnicę zastępczą wyznaczamy korzystając ze wzoru:
re eq = 2·α·b/(α+b) ,
gdzie α i b to wymiary poprzeczne kanału powietrznego, m.
6. Na podstawie wartości d eq i V f wyznacza się wartości specyficznej straty ciśnienia na skutek tarcia R.
Strata ciśnienia spowodowana tarciem w obliczonym obszarze będzie wynosić
P t = R l β w,
gdzie R – jednostkowa strata ciśnienia na skutek tarcia, Pa/m;
l – długość odcinka kanału powietrznego, m;
β sh – współczynnik chropowatości.
7. Wyznacza się współczynniki oporów lokalnych i oblicza straty ciśnienia w oporach lokalnych w obszarze:
z = ∑ζ·P d,
gdzie P d – ciśnienie dynamiczne:
Pd=ρVf 2 /2,
gdzie ρ – gęstość powietrza, kg/m3;
V f – rzeczywista prędkość powietrza w rejonie, m/s;
∑ζ – suma CMR na stronie,
8. Oblicza się całkowite straty według obszaru:
ΔР = R l β w + z,
l – długość przekroju, m;
z - strata ciśnienia w lokalnym oporze w obszarze, Pa.
9. Stratę ciśnienia w układzie określa się:
ΔР p = ∑(R l β w + z) ,
gdzie R oznacza stratę ciśnienia właściwą na skutek tarcia, Pa/m;
l – długość przekroju, m;
β sh – współczynnik chropowatości;
z- strata ciśnienia w lokalnym oporze w obszarze, Pa.
10. Dokonuje się łączenia oddziałów. Łączenie odbywa się zaczynając od najdłuższych gałęzi. Jest to podobne do obliczania kierunku głównego. Rezystancje we wszystkich równoległych odcinkach muszą być równe: rozbieżność nie przekracza 10%:
gdzie Δр 1 i Δр 2 to straty w gałęziach z większymi i mniejszymi stratami ciśnienia, Pa. Jeśli rozbieżność przekracza określoną wartość, instalowany jest zawór dławiący.
Rysunek 1 – Schemat konstrukcyjny układu zasilania P1.
Kolejność obliczeń układu zasilania P1
Sekcja 1-2, 12-13, 14-15,2-2',3-3',4-4',5-5',6-6',13-13',15-15',16- 16':
Sekcja 2 -3, 7-13, 15-16:
Sekcja 3-4, 8-16:
Sekcja 4-5:
Sekcja 5-6:
Sekcja 6-7:
Sekcja 7-8:
Sekcja 8-9:
Lokalny opór
Sekcja 1-2:
a) na wyjście: ξ = 1,4
b) Łuk 90°: ξ = 0,17
c) trójnik do przejścia prostego:
Sekcja 2-2”:
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 2-3:
a) Zakręt 90°: ξ = 0,17
b) trójnik do przejścia prostego:
ξ = 0,25
Sekcja 3-3”:
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 3-4:
a) Zakręt 90°: ξ = 0,17
b) trójnik do przejścia prostego:
Sekcja 4-4”:
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 4-5:
a) trójnik do przejścia prostego:
Sekcja 5-5”:
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 5-6:
a) Zakręt 90°: ξ = 0,17
b) trójnik do przejścia prostego:
Sekcja 6-6”:
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 6-7:
a) trójnik do przejścia prostego:
ξ = 0,15
Sekcja 7-8:
a) trójnik do przejścia prostego:
ξ = 0,25
Sekcja 8-9:
a) 2 zakręty 90°: ξ = 0,17
b) trójnik do przejścia prostego:
Sekcja 10-11:
a) Zakręt 90°: ξ = 0,17
b) na wyjście: ξ = 1,4
Sekcja 12-13:
a) na wyjście: ξ = 1,4
b) Łuk 90°: ξ = 0,17
c) trójnik do przejścia prostego:
Sekcja 13-13”
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 7-13:
a) Zakręt 90°: ξ = 0,17
b) trójnik do przejścia prostego:
ξ = 0,25
c) trójnik odgałęziony:
ξ = 0,8
Sekcja 14-15:
a) na wyjście: ξ = 1,4
b) Łuk 90°: ξ = 0,17
c) trójnik do przejścia prostego:
Sekcja 15-15”:
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 15-16:
a) 2 zakręty 90°: ξ = 0,17
b) trójnik do przejścia prostego:
ξ = 0,25
Sekcja 16-16”:
a) trójnik oddziałowy
Sekcja 8-16:
a) trójnik do przejścia prostego:
ξ = 0,25
b) trójnik odgałęziony:
Obliczenia aerodynamiczne układu zasilania P1
|
Przepływ, L, m³/h |
Długość, ja, M |
Wymiary kanału |
Prędkość powietrza V, m/s |
Straty na 1 m długości przekroju R, Pa |
Współczynnik. |
szorstkość m |
Straty tarcia Rlm, Pa |
Ilość KMS, Σξ |
Ciśnienie dynamiczne Рд, Pa |
Lokalne straty rezystancji, Z |
||||||||||||
|
Strata ciśnienia w obszarze, ΔР, Pa |
Powierzchnia przekroju F, m² |
|||||||||||||||||||||
Równoważna średnica
Zróbmy rozbieżność w układzie zasilania P1, która nie powinna być większa niż 10%.
Ponieważ rozbieżność przekracza dopuszczalne 10%, konieczne jest zainstalowanie membrany.
Montuję membranę w obszarze 7-13, V = 8,1 m/s, R C = 20,58 Pa
|
Dlatego dla kanału powietrznego o średnicy 450 instaluję membranę o średnicy 309. |
Zamiar | ||||
| Podstawowe wymaganie | Cisza | ||||
| Min. utrata głowy | Główne kanały | Główne kanały | |||
| Gałęzie | Napływ | Gałęzie | Napływ | ||
| Kaptur | 3 | 5 | 4 | 3 | 3 |
| Lokale mieszkalne | 5 | 7.5 | 6.5 | 6 | 5 |
| Hotele | 6 | 8 | 6.5 | 6 | 5 |
| Instytucje | 7 | 9 | 7 | 7 | 6 |
| Restauracje | 8 | 9 | 7 | 7 | 6 |
Sklepy
Na podstawie tych wartości należy obliczyć parametry liniowe kanałów powietrznych.
Algorytm obliczania strat ciśnienia powietrza
Obliczenia należy rozpocząć od sporządzenia schematu instalacji wentylacyjnej z obowiązkowym wskazaniem przestrzennego rozmieszczenia kanałów wentylacyjnych, długości poszczególnych odcinków, kratek wentylacyjnych, dodatkowego wyposażenia do oczyszczania powietrza, armatury technicznej i wentylatorów. Straty są określane najpierw dla każdej pojedynczej linii, a następnie sumowane. Dla wyodrębnionego odcinka technologicznego straty określa się ze wzoru P = L×R+Z, gdzie P to strata ciśnienia powietrza w odcinku projektowym, R to strata na metr bieżący odcinka, L to całkowita długość odcinka kanałów powietrznych w przekroju, Z to strata w dodatkowej armaturze instalacji wentylacyjnej.
Do obliczenia straty ciśnienia w kanale okrągłym stosuje się wzór Ptr. = (L/d×X) × (Y×V)/2g. X to tabelaryczny współczynnik tarcia powietrza, zależny od materiału kanału powietrznego, L to długość projektowanego przekroju, d to średnica kanału powietrznego, V to wymagana prędkość przepływu powietrza, Y to gęstość powietrza przyjmowana biorąc pod uwagę temperaturę, g jest przyspieszeniem opadania (swobodnym). Jeżeli system wentylacyjny posiada kanały powietrzne kwadratowe, to w tabeli nr 2 należy przeliczyć wartości okrągłe na kwadratowe.
| 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | |
| 250 | 210 | 245 | 275 | |||||
| 300 | 230 | 265 | 300 | 330 | ||||
| 350 | 245 | 285 | 325 | 355 | 380 | |||
| 400 | 260 | 305 | 345 | 370 | 410 | 440 | ||
| 450 | 275 | 320 | 365 | 400 | 435 | 465 | 490 | |
| 500 | 290 | 340 | 380 | 425 | 455 | 490 | 520 | 545 |
| 550 | 300 | 350 | 400 | 440 | 475 | 515 | 545 | 575 |
| 600 | 310 | 365 | 415 | 460 | 495 | 535 | 565 | 600 |
| 650 | 320 | 380 | 430 | 475 | 515 | 555 | 590 | 625 |
| 700 | 390 | 445 | 490 | 535 | 575 | 610 | 645 | |
| 750 | 400 | 455 | 505 | 550 | 590 | 630 | 665 | |
| 800 | 415 | 470 | 520 | 565 | 610 | 650 | 685 | |
| 850 | 480 | 535 | 580 | 625 | 670 | 710 | ||
| 900 | 495 | 550 | 600 | 645 | 685 | 725 | ||
| 950 | 505 | 560 | 615 | 660 | 705 | 745 | ||
| 1000 | 520 | 575 | 625 | 675 | 720 | 760 | ||
| 1200 | 620 | 680 | 730 | 780 | 830 | |||
| 1400 | 725 | 780 | 835 | 880 | ||||
| 1600 | 830 | 885 | 940 | |||||
| 1800 | 870 | 935 | 990 |
Oś pozioma wskazuje wysokość kanału kwadratowego, a oś pionowa szerokość. Równoważna wartość przekroju kołowego znajduje się na przecięciu linii.
Straty ciśnienia powietrza na łukach podano w tabeli nr 3.
Tabela Nr 3. Straty ciśnienia na łukach
Do określenia strat ciśnienia w nawiewnikach wykorzystuje się dane z tabeli nr 4.
Tabela Nr 4. Straty ciśnienia w dyfuzorach
W tabeli nr 5 przedstawiono ogólny wykres strat na odcinku prostym.
Tabela Nr 5. Wykres strat ciśnienia powietrza w prostych kanałach wentylacyjnych
Wszystkie poszczególne straty w danym odcinku przewodu wentylacyjnego zestawiono i skorygowano w tabeli nr 6. Tabela. Nr 6. Obliczanie redukcji ciśnienia przepływu w instalacjach wentylacyjnych
Obowiązujące przepisy zalecają, aby podczas projektowania i obliczeń różnica strat ciśnienia pomiędzy poszczególnymi sekcjami nie przekraczała 10%. Wentylator należy zamontować w obszarze instalacji wentylacyjnej o największym oporze; najdalsze kanały powietrzne muszą mieć minimalny opór. Jeżeli te warunki nie są spełnione, konieczna jest zmiana układu kanałów powietrznych i dodatkowego wyposażenia, biorąc pod uwagę wymagania przepisów.
Programy mogą być przydatne dla projektantów, menedżerów i inżynierów. Do korzystania z programów w zasadzie wystarczy Microsoft Excel. Wielu autorów programów jest nieznanych. Chciałbym podziękować tym osobom, które w Excelu potrafiły przygotować tak przydatne programy obliczeniowe. Programy obliczeniowe dla wentylacji i klimatyzacji można pobrać bezpłatnie. Ale nie zapomnij! Nie możesz całkowicie ufać programowi; sprawdź jego dane.
Z poważaniem, administracja serwisu
|
Jest szczególnie przydatny dla inżynierów i projektantów w zakresie projektowania obiektów inżynierskich i instalacji sanitarnych. Deweloper Vlad Volkov |
|
Zaktualizowany kalkulator przesłał użytkownik ok, za co Ventportal mu dziękuje! |
|
Program do obliczania parametrów termodynamicznych wilgotnego powietrza lub mieszaniny dwóch strumieni. Wygodny i intuicyjny interfejs; program nie wymaga instalacji. |
|
Program konwertuje wartości z jednej skali pomiarowej na drugą. „Transformator” zna najczęściej stosowane, rzadziej stosowane i przestarzałe miary. W sumie baza danych programu zawiera informacje o 800 działaniach, z których wiele zawiera krótkie informacje. Istnieje możliwość przeszukiwania bazy danych, sortowania i filtrowania rekordów. |
|
Program Vent-Calc został stworzony do obliczeń i projektowania systemów wentylacyjnych. Program opiera się na metodzie obliczeń hydraulicznych kanałów powietrznych z wykorzystaniem wzorów Altschula podanych w |
|
Program do przeliczania różnych jednostek miary. Język programu - rosyjski/angielski. |
|
Algorytm programu opiera się na wykorzystaniu przybliżonej metody analitycznej do obliczania zmian stanu powietrza. Błąd obliczeniowy nie przekracza 3% |
Dzięki temu materiałowi redakcja magazynu „Klimat Świat” kontynuuje publikację rozdziałów z książki „Systemy wentylacji i klimatyzacji. Wytyczne projektowe do produkcji
wodociągi i budynki użyteczności publicznej.” Autor Krasnov Yu.S.
Obliczenia aerodynamiczne kanałów powietrznych rozpoczynają się od narysowania schematu aksonometrycznego (M 1: 100), zapisania liczby przekrojów, ich obciążeń L (m 3 / h) i długości I (m). Określany jest kierunek obliczeń aerodynamicznych - od najbardziej odległego i obciążonego obszaru do wentylatora. W razie wątpliwości przy ustalaniu kierunku rozważ wszystkie możliwe opcje.
Obliczenia rozpoczynają się od odległego odcinka: określa się średnicę D (m) rundy lub powierzchnię F (m 2) przekroju prostokątnego kanału powietrznego:
Prędkość wzrasta w miarę zbliżania się do wentylatora.
Zgodnie z dodatkiem H przyjmuje się najbliższe wartości standardowe: D CT lub (a x b) st (m).
Promień hydrauliczny kanałów prostokątnych (m):
 |
gdzie jest sumą współczynników lokalnego oporu w przekroju kanału powietrznego.
Lokalne opory na granicy dwóch odcinków (trójniki, krzyże) przypisane są do odcinka o mniejszym przepływie.
Współczynniki rezystancji lokalnej podano w załącznikach.
Schemat instalacji wentylacji nawiewnej obsługującej 3-kondygnacyjny budynek administracyjny
Przykład obliczeń
Dane początkowe:
| Liczba działek | przepływ L, m 3 / godz | długość L, m | υ rzek, m/s | sekcja a × b, m |
υf, m/s | D l, m | Odnośnie | λ | Kmc | straty w rejonie Δр, pa |
| Siatka PP na wylocie | 0,2 × 0,4 | 3,1 | — | — | — | 1,8 | 10,4 | |||
| 1 | 720 | 4,2 | 4 | 0,2 × 0,25 | 4,0 | 0,222 | 56900 | 0,0205 | 0,48 | 8,4 |
| 2 | 1030 | 3,0 | 5 | 0,25×0,25 | 4,6 | 0,25 | 73700 | 0,0195 | 0,4 | 8,1 |
| 3 | 2130 | 2,7 | 6 | 0,4 × 0,25 | 5,92 | 0,308 | 116900 | 0,0180 | 0,48 | 13,4 |
| 4 | 3480 | 14,8 | 7 | 0,4 × 0,4 | 6,04 | 0,40 | 154900 | 0,0172 | 1,44 | 45,5 |
| 5 | 6830 | 1,2 | 8 | 0,5 × 0,5 | 7,6 | 0,50 | 234000 | 0,0159 | 0,2 | 8,3 |
| 6 | 10420 | 6,4 | 10 | 0,6 × 0,5 | 9,65 | 0,545 | 337000 | 0,0151 | 0,64 | 45,7 |
| 6a | 10420 | 0,8 | Yu. | Ø0,64 | 8,99 | 0,64 | 369000 | 0,0149 | 0 | 0,9 |
| 7 | 10420 | 3,2 | 5 | 0,53 × 1,06 | 5,15 | 0,707 | 234000 | 0,0312×n | 2,5 | 44,2 |
| Suma strat: 185 | ||||||||||
| Tabela 1. Obliczenia aerodynamiczne | ||||||||||
Kanały powietrzne wykonane są z blachy stalowej ocynkowanej, której grubość i wymiary odpowiadają ok. N. z. Materiał wału wlotu powietrza to cegła. Kratki regulowane typu PP o możliwych przekrojach: 100 x 200; 200 x 200; 400 x 200 i 600 x 200 mm, współczynnik zacienienia 0,8 i maksymalna prędkość wylotu powietrza do 3 m/s.
Opór izolowanego zaworu wlotowego przy całkowicie otwartych łopatkach wynosi 10 Pa. Opór hydrauliczny zespołu grzewczego wynosi 100 Pa (wg odrębnych obliczeń). Opór filtra G-4 250 Pa. Opór hydrauliczny tłumika wynosi 36 Pa (wg obliczeń akustycznych). W oparciu o wymagania architektoniczne projektuje się kanały wentylacyjne prostokątne.
Przekroje kanałów ceglanych pobierane są zgodnie z tabelą. 22,7.
Lokalne współczynniki oporu
Rozdział 1. Siatka PP na wylocie o przekroju 200×400 mm (obliczana osobno):
| Liczba działek | Rodzaj lokalnego oporu | Naszkicować | Kąt α, stopień. | Postawa | Racjonalne uzasadnienie | KMS | ||
| F 0 / F 1 | L 0 /L st | f pass /f stv | ||||||
| 1 | Dyfuzor |
 |
20 | 0,62 | — | — | Tabela 25.1 | 0,09 |
| Wycofanie |
 |
90 | — | — | — | Tabela 25.11 | 0,19 | |
| Tee-pass |
 |
— | — | 0,3 | 0,8 | Przym. 25.8 | 0,2 | |
| ∑ = | 0,48 | |||||||
| 2 | Tee-pass |
 |
— | — | 0,48 | 0,63 | Przym. 25.8 | 0,4 |
| 3 | Koszulka oddziałowa |
 |
— | 0,63 | 0,61 | — | Przym. 25.9 | 0,48 |
| 4 | 2 zakręty | 250×400 | 90 | — | — | — | Przym. 25.11 | |
| Wycofanie | 400×250 | 90 | — | — | — | Przym. 25.11 | 0,22 | |
| Tee-pass |
 |
— | — | 0,49 | 0,64 | Tabela 25.8 | 0,4 | |
| ∑ = | 1,44 | |||||||
| 5 | Tee-pass |
 |
— | — | 0,34 | 0,83 | Przym. 25.8 | 0,2 |
| 6 | Dyfuzor za wentylatorem |
 |
h=0,6 | 1,53 | — | — | Przym. 25.13 | 0,14 |
| Wycofanie | 600×500 | 90 | — | — | — | Przym. 25.11 | 0,5 | |
| ∑= | 0,64 | |||||||
| 6a | Zamieszanie przed wentylatorem |
 |
Dg =0,42 m | Tabela 25.12 | 0 | |||
| 7 | Kolano | 90 | — | — | — | Tabela 25.1 | 1,2 | |
| Kratka żaluzjowa | Tabela 25.1 | 1,3 | ||||||
| ∑ = | 1,44 | |||||||
| Tabela 2. Wyznaczanie rezystancji lokalnych | ||||||||
Krasnov Yu.S.,
„Systemy wentylacji i klimatyzacji. Zalecenia projektowe dla budynków przemysłowych i użyteczności publicznej”, rozdział 15. „Thermocool”
- Maszyny chłodnicze i agregaty chłodnicze. Przykład projektowania węzłów chłodniczych
- „Obliczanie bilansu cieplnego, poboru wilgoci, wymiany powietrza, budowa wykresów J-d. Klimatyzacja wielostrefowa. Przykłady rozwiązań”
- Do projektanta. Materiały z magazynu „Klimat Świata”
- Podstawowe parametry powietrza, klasy filtrów, obliczanie mocy nagrzewnicy, normy i dokumenty regulacyjne, tabela wielkości fizycznych
- Wybrane rozwiązania techniczne, wyposażenie Co to jest wtyczka eliptyczna i dlaczego jest potrzebna?
Wpływ aktualnych przepisów dotyczących temperatury na zużycie energii przez centrum danych Nowe metody poprawy efektywności energetycznej w systemach klimatyzacji centrów danych Zwiększenie wydajności kominka na paliwo stałe Systemy odzysku ciepła w agregatach chłodniczych Mikroklimat obiektów do przechowywania wina i urządzenia do jego tworzenia Dobór urządzeń do specjalistycznych systemów nawiewu powietrza zewnętrznego (DOAS) System wentylacji tunelowej. Sprzęt firmy TLT-TURBO GmbH Zastosowanie sprzętu Wespera w kompleksie głębokiej przeróbki ropy naftowej przedsiębiorstwa KIRISHINEFTEORGSINTEZ Kontrola wymiany powietrza w pomieszczeniach laboratoryjnych Zintegrowane zastosowanie systemów dystrybucji powietrza pod podłogą (UFAD) w połączeniu z belkami chłodzącymi System wentylacji tunelowej. Wybór schematu wentylacji Obliczanie kurtyn powietrzno-cieplnych w oparciu o nowy sposób prezentacji danych eksperymentalnych dotyczących strat ciepła i masy Doświadczenie w tworzeniu zdecentralizowanego systemu wentylacji podczas przebudowy budynku Belki zimne dla laboratoriów. Zastosowanie podwójnego odzysku energii Zapewnienie niezawodności na etapie projektowania Wykorzystanie ciepła powstającego podczas pracy agregatu chłodniczego w przedsiębiorstwie przemysłowym - Metodologia obliczeń aerodynamicznych kanałów powietrznych Metodologia wyboru systemu split firmy DAICHI Charakterystyki drganiowe wentylatorów Nowy standard projektowania izolacji cieplnych Stosowane zagadnienia klasyfikacji pomieszczeń ze względu na parametry klimatyczne Optymalizacja sterowania i konstrukcji systemów wentylacyjnych Przekładnie CVT i pompy drenażowe firmy EDC Nowa publikacja referencyjna firmy ABOK Nowe podejście do budowy i eksploatacji układów chłodniczych dla budynków klimatyzowanych
Załadunek...