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排风系统

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排风系统
为防止设备在生产过程中产生的有害物对车间空气产生污染,往往通过排气罩或吸风口就地将有害物加以捕集,并用管道输送到净化设备进行处理,达到排放标准后,再回用或排入大气。这就是设备的局部排风。   当生产中有多台这样的设备,且每台的局部排风量不需很大,出于经济上的考虑,往往用管道将它们联成整体,组成局部排风系统,整个系统共用一台净化设备和风机。
在局部排风系统中,为了达到对有害物的捕集效果,要求局部排风系统能按各设备要求的局部排风量排风。而做到这一点的关键在于管道系统设计。各设备局部排风量相等时称为均匀吸风管道系统。考虑到一般情况,各设备的局部排风量不等时称为定量吸风管道系统。
均匀吸风管道的设计过去采用干管的等速设计法或降速梯形设计法,对定量吸风管道则采用汇流三通的阻力平衡法,这些方法对问题的分析过于粗糙,运行后风量偏差较大,已不适应人们对环境的要求。本文的局部排风系统管道设计方法,对排风管道内气流的能量关系作了更详细的分析,并可进行更精确的计算。运行后设备的排风量与设计值偏差很小。现加以介绍,供大家在工程实践中参考。
局部排风系统管道设计原理
局部排风系统的吸风支管一端是机上吸口,另一端在汇流三通处与干管相接,支管气流与干管气流在汇流三通处具有公共点称为两股气流的汇合点(如图1),两股气流在汇合点汇合,一般动压是不等的,但其静压相等。干管气流到达汇合点的静压称为剩余静压,它是汇合点的实际静压。吸口与汇合点的静压差是支管吸风的动力。对于形状和尺寸给定的支管,只要吸口状态和汇流三通汇合点处的静压一定,支管的吸风量就一定。支管吸口的状态以及支管的形状和尺寸确定之后,根据风量或风速,就可求得支管在汇流三通处的静压,称为该支管的计算静压。
各支管的形状和尺寸以及吸口状态都相同,如果给定的吸风量也相等,各支管的计算静压就相等。如果干管气流到达汇合点的剩余静压也相等,那么各支管的吸风量就相等,这就是所谓的静压恒定原理。如果干管气流到达汇合点的剩余静压不仅相等,而且等于各支管的计算静压,那么各支管的吸风量不仅相等,而且能按照给定的风量吸风,这就是均匀吸风原理。
就一般情况而言,对于任意形状和尺寸的支管以及任意给定的风量,只要求出各支管的计算静压,并使干管气流到达汇合点的剩余静压等于该支管的计算静压,则该支管就能按给定的风量吸风,这就是定量吸风原理。它对吸风管道的设计更具有普遍意义。
前已述及,干管气流到达汇流三通汇合点处的剩余静压是该点的实际静压。汇流三通处两股气流在汇合点汇合,一般动压是不等的,但其静压相等。两股气流到达汇合点后相混合,在混合过程中进行能量交换和动量交换,并受到阻力引起机械能损失。机械能损失的多少与实际汇流速度vi以及理论汇流速度Ui都有关系。理论汇流速度是两股气流混合时机械能损失最小的汇流速度。设支管和干管连接的倾角为α,对均匀吸风管道,第i个汇流三通的理论汇流速度
最初一根支管与干管连接后称为肘管。只要列出最初一根支管吸口的断面与第一个汇流三通汇合点断面之间的柏努利方程就可求得肘管的剩余静压。
问题的解法与工程实例
从上面的推导可以看出,理论汇流速度一定时剩余静压仅是实际汇流速度的函数。根据局部排风管道系统的设计原理,列气流到达汇流三通汇合点的剩余静压等于该支管的计算静压的定量吸风方程。通过解方程确定干管实际汇流速度和直径。或者不断改变实际汇流速度进行迭代计算,使气流到达汇合点的剩余静压、逐步逼近该支管的计算静压
计算结果:
(1)支管直径:d=0.141米
(2)干管各段风速、直径(括号内为输入的原始参数)
干管段编号i
0
1
2
3
4
5
速度Vi(m/s)
14.89
13.10
12.51
12.21
12.03
11.91
直径Di(m)
0.146
0.220
0.276
0.323
0.364
0.400
干管段编号i
6
7
8
9
10
11
速度Vi(m/s)
11.82
11.76
11.71
11.67
11.64
(14.00)
直径Di(m)
0.434
0.465
0.495
0.522
0.548
0.522
管道系统阻力:156Pa
3.2.3 运行结果
(1)吸风量:(抽测6台)
机台编号
1-0
1-1
1-2
1-5
1-9
1-11
平均
吸口风速
0.90
0.758
0.838
0.8975
0.7535
0.815
吸风量M3/h
1192
1004
1110
1189
998
1080
1096
最大不匀率:8.94%
(2)管道系统总阻力:
干管输送段未端:静压:-343Pa,动压175 Pa,管道系统总阻力168Pa,
输送管段的动压取平均吸风量的计算值。
(3)结果分析:
本程序为控制台与台之间的风量偏差,吸风量的绝对值与风机的选择有关。本系统风量和阻力的测量值均大于设计值,故风机选择偏大。
剩余静压计算
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