Đoạn ống hội tụ
là đoạn ống góp từ 2 dòng không khí trở lên. Thông thường ta gặp các đoạn ống hội tụ trong các ống hút về, ống thải. Trên hình 6-9 là các trường hợp thường gặp. Để tính toán trong trường hợp này , tốc độ được chọn là tốc độ đoạn ống ra ...
là đoạn ống góp từ 2 dòng không khí trở lên. Thông thường ta gặp các đoạn ống hội tụ trong các ống hút về, ống thải. Trên hình 6-9 là các trường hợp thường gặp.
Để tính toán trong trường hợp này , tốc độ được chọn là tốc độ đoạn ống ra
Hình 6-9: tiết diện chữ nhật
Bảng 6.17 : Hệ số , tính cho ống nhánh
Tê hội tụ chữ Y đối xứng tiết diện chữ nhật
Trong trường hợp đối xứng :
R/Wc = 1,5
L1b/Lc = L2b/Lc = 0,5
Bảng 6.22 : Hệ số
| A1b/Ac | 0,5 | 1,0 |
| | 0,23 | 0,07 |
c.6 Đoạn rẽ nhánh
- Đoạn ống rẽ nhánh là đoạn ống mà dòng phân thành 2 dòng nhỏ trở lên. Trong trường hợp này tính tổn thất theo tốc độ đầu vào của đoạn ống.
Trên hình 6-10 trình bày các trường hợp thường gặp của đoạn ống rẽ nhánh, dưới đây là hệ số trở lực cục bộ cho từng trường hợp cụ thể :
Hình 6-10 : Đoạn ống rẽ nhánh
Tê chữ Y rẻ nhánh , tiết diện chữ nhật
Đoạn ống rẽ nhánh chữ Y đối xứng
Hình 6-11 : Đoạn ống rẽ nhánh chữ Y đối xứng
Tổn thất do các vật chắn
- Các vật chắn trên hệ thống đường ống chủ yếu là các van điều chỉnh lưu lượng gió, van chặn lửa ...
Trên hình 6-12 trình bày 3 dạng van điều chỉnh chủ yếu
+ Van điều chỉnh dạng cánh bướm.
+ Van điều chỉnh dạng cổng (tròn, chữ nhật)
+ Van điều chỉnh kiểu lá sách (song song hoặc đối nhau)
Hình 6-12: Các dạng vật chắn trên đường ống
c.8.1 Van điều chỉnh gió dạng cánh bướm tròn hoặc tiết diện (hình 6-12, 1)
* Tiết diện tròn
Lưu ý : H, W là chiều cao và rộng của tiết diện van.
- Loại 1 : Có trục van song song cạnh lớn của ống
- Loại 2 : Có trục van song song cạnh bé của ống
- θ - Góc nghiêng của trục van với tâm ống
Van điều chỉnh dạng cổng tiết diện tròn (hình 6-12, 2)
Van điều chỉnh dạng lá sách có các cánh song song (hình 6-12, 4)
Van điều chỉnh dạng lá sách cánh song song được biểu thị ở các trường hợp 1,3,4 trên hình 6-12
Van điều chỉnh dạng lá sách có các cánh đối nhau (hình 6-12, 5)
c.9 Tổn thất ở đầu ra của quạt
Le=ωo.Ao4500 size 12{L rSub { size 8{e} } = { {ω rSub { size 8{o} } "." sqrt {A rSub { size 8{o} } } } over {"4500"} } } {}c.9.1 Tổn thất ở đầu ra của quạt khi thổi vào không gian rộng
(6-20)khi ω > 13m/s- Chiều dài hiệu dụng Le
(6-21)khi ω < 13m/s Le=Ao350 size 12{L rSub { size 8{e} } = { { sqrt {A rSub { size 8{o} } } } over {"350"} } } {}trong đó :
Ab - Diện tích miệng ra của quạt ở vị trí nhỏ nhất, m2
ωo - Tốc độ không khí trong ống dẫn, m/s
Le - Chiều dài hiệu dụng, m
Ao - Diện tích đường ống , m2
L - Chiều dài của đoạn ống thẳng đầu ra của quạt, m
Có 2 dạng đầu hút của quạt
- Quạt có 01 cửa hút
- Quạt có 02 cửa hút
Khi đầu ra của quạt nối với cút liên tục. Ta có 4 trường hợp xãy ra
Hình 6-13 : Các vị trí lắp đặt cút đầu ra
Bảng 6.41 : Hệ số đầu ra quạt có 2 cửa hút
10 Tổn thất ở đầu vào của quạt
c.10.1 Ống hút tiết diện tròn, nối cút liên tục, cách miệng hút quạt đoạn L
Ống hút tiết diện tròn, nối cút thẳng góc hoặc cút ghép từ nhiều mãnh, cách miệng hút một khoảng L
Theo định nghĩa chiều dài tương đương là chiều dài của đoạn ống thẳng có tiết diện bằng tiết diện tính toán của chi tiết gây nên tổn thất cục bộ, nhưng có tổn thất tương đương nhau . Hay
ltđ = .dtđ / λ (6-22)
Δpc = ltđ . Δp1
Chiều dài tương đương của cút tròn
Chiều dài tương đương của cút chữ nhật
Tính toán thiết kế đường ống dẫn không khí.
Cho tới nay có rất nhiều phương pháp thiết kế đường ống gió . Tuy nhiên mỗi phương pháp có những đặc điểm riêng. Lựa chọn phương pháp thiết kế nào là tuỳ thuộc vào đặc điểm công trình, thói quen của người thiết kế và các thiết bị phụ trợ đi kèm đường ống.
Người ta thường sử dụng các phương pháp chủ yếu sau đây:
- Phương pháp tính toán lý thuyết : Phương pháp này dựa vào các công thức lý thuyết trên đây , nhằm thiết kế mạng đường ống thoả mãn yêu cầu duy trì áp suất tĩnh không đổi. Đây là phương pháp có thể coi là chính xác nhất. Tuy nhiên phương pháp này tính toán khá phức tạp.
- Phương pháp giảm dần tốc độ. Người thiết kế bằng kinh nghiệm của mình chủ động thiết kế giảm dần tốc độ theo chiều chuyển động của không khí trong đường ống. Đây là phương pháp thiết kế tương đối nhanh nhưng phụ thuộc nhiều vào chủ quan người thiết kế.
- Phương pháp ma sát đồng đều : Thiết kế hệ thống kênh gió sao cho tổn thất trên 1 m chiều dài đường ống đều nhau trên toàn tuyến, ở bất cứ tiết diện nào và bằng tổn thất trên 1m chiều dài đoạn ống chuẩn. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất, nhanh và tương đối chính xác.
- Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh
Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh xác định kích thước của ống dẫn sao cho tổn thất áp suất trên đoạn đó đúng bằng độ gia tăng áp suất tĩnh do sự giảm tốc độ chuyển động của không khí sau mỗi nhánh rẽ .
Phương pháp này tương tự phương pháp lý thuyết nhưng ở đây để thiết kế người ta chủ yếu sử dụng các đồ thị.
Ngoài các phương pháp trên người ta còn sử dụng một số phương pháp sau đây :
- Phương pháp T
- Phương pháp tốc độ không đổi
- Phương pháp áp suất tổng.
Nội dung của phương pháp như sau
Dựa vào phương trình (6-5) tiến hành thiết kế mạng đường ống đảm bảo áp suất tĩnh không đổi ở tất cả các cửa rẽ nhánh của toàn tuyến ống (ΔH=0) .
Các bước thiết kế:
Bước 1 - Chọn tốc độ đoạn ống đầu tiên ω1 . Dựa vào lưu lượng gió, xác định kích thước của đoạn ống đầu tiên.
Bước 2 - Xác định tốc độ các đoạn tiếp theo ω2 dựa vào phương trình :
ρ(ω21 - ω22)/2 - ΣΔp12 = 0
trong đó ΣΔp12 tổng tổn thất áp suất tĩnh từ điểm phân nhánh thứ nhất đến điểm phân nhánh thứ 2, bao gồm tổn thất ma sát và các tổn thất cục bộ. Trong công thức này cần lưu ý là các tổn thất được tính theo tốc độ ω2, vì vậy để xác định ω2 cần phải tính lặp.
Dựa vào lưu lượng đoạn kế tiếp, xác định kích thước đoạn đó
F2 = L2/ω2
Bước 3 - Tiếp tục xác định tuần tự tốc độ và kích thước các đoạn kế tiếp cho đến đoạn cuối cùng của tuyến ống như đã tính ở bước 2
Phương pháp lý thuyết có các đặc điểm sau:
- Các kết quả tính toán chính xác, tin cậy cao.
- Tính toán tương đối dài và phức tạp, nên thực tế ít sử dụng.
3) Phương pháp giảm dần tốc độ
Nội dung của phương pháp giảm dần tốc độ là người thiết kế bằng kinh nghiệm của mình lựa chọn tốc độ trên cơ sở độ ồn cho phép và chủ động giảm dần tốc độ các đoạn kế tiếp dọc theo chiều chuyển động của không khí.
Phương pháp giảm dần tốc độ được thực hiện theo các bước sau :
Bước 1 : Chọn tốc độ trên kênh chính trước khi rẽ nhánh ω1.
Chủ động giảm dần tốc độ gió dọc theo tuyến ống chính và ống rẽ nhánh ω2, ω3... ωn
Bước 2:
Trên cơ sở lưu lượng và tốc độ trên mỗi đoạn tiến hành tính toán kích thước của các đoạn đó.
Fi = Li/ωi
Bước 3 :
Dựa vào đồ thị xác định tổn thất áp suất theo tuyến ống dài nhất (tuyến có trở lực lớn nhất) . Tổng trở lực theo tuyến này là cơ sở để chọn quạt.
Phương pháp giảm dần tốc độ có nhược điểm là phụ thuộc nhiều vào chủ quan của người thiết kế, vì thế các kết quả là rất khó đánh giá.
Đây là một phương pháp đơn giản, cho phép thực hiện nhanh nhưng đòi hỏi người thiết kế phải có kinh nghiệm.
4) Phương pháp ma sát đồng đều
Nội dung của phương pháp ma sát đồng đều là thiết kế hệ thống kênh gió sao cho tổn thất áp suất trên 1m chiều dài đường ống bằng nhau trên toàn tuyến ống. Phương pháp này cũng đảm bảo tốc độ giảm dần và thường hay được sử dụng cho kênh gió tốc độ thấp với chức năng cấp gió, hồi gió và thải gió.
Có hai cách tiến hành tính toán
- Cách 1 : Chọn tiết diện đoạn đầu nơi gần quạt làm tiết diện điển hình, chọn tốc độ không khí thích hợp cho đoạn đó . Từ đó xác định kích thước, tổn thất ma sát trên 1m chiều dài của đoạn ống điển hình. Giá trị tổn thất đó được coi là chuẩn trên toàn tuyến ống.
- Cách 2 : Chọn tổn thất áp suất hợp lý và giữ nguyên giá trị đó trên toàn bộ hệ thống kênh gió. Trên cơ sở lưu lượng từng đoạn đã biết tiến hành xác định kích thước từng đoạn.
Cách 2 có nhược điểm là lựa chọn tổn thất thế nào là hợp lý. Nếu chọn tổn thất bé thì kích thước đường ống lớn, nhưng nếu chọn tốc độ lớn sẽ gây ồn, chi phí vận hành tăng.
Trên thực tế người ta chọn cách thứ nhất . Sau đây là các bước thiết kế:
Bước 1 : Lựa chọn tiết diện đầu làm tiết diện điển hình. Chọn tốc độ cho tiết diện đó và tính kích thước đoạn ống điển hình : diện tích tiết diện f, kích thước các cạnh a,b và đường kính tương đương dtđ.
Từ lưu lượng và tốc độ tiến hành xác định tổn thất áp suất cho 1 m ống tiết diện điển hình (dựa vào đồ thị hình 6-4) . Giá trị đó được cố định cho toàn tuyến.
Bước 2 :
Trên cơ sở tổn thất chuẩn tính kích thước các đoạn còn lại dựa vào lưu lượng đã biết. Người ta nhận thấy với điều kiện tổn thất áp suất không đổi thì với một tỷ lệ % lưu lượng so với tiết diện điển hình sẽ có tỷ lệ phần trăm tương ứng về tiết diện. Để quá trình tính toán được dễ dàng và thuận tiện người ta đã xây dựng mối quan hệ tỷ lệ % tiết diện so với đoạn ống điển hình theo tỷ lệ % lưu lượng cho ở bảng 6-48.
Bước 3 :
Tổng trở lực đoạn ống có chiều dài tương đương lớn nhất là cơ sở để chọn quạt dàn lạnh.
Bảng 6-48 : Xác định tỷ lệ phần trăm tiết diện theo phương pháp ma sát đồng đều
- Phương pháp ma sát đồng đều có ưu điểm là thiết kế rất nhanh, người thiết kế không bắt buộc phải tinh toán tuần tự từ đầu tuyến ống đến cuối mà có thể tính bất cứ đoạn ống nào tuỳ ý, điều này có ý nghĩa trên thực tế thi công ở công trường.
- Phương pháp ma sát đồng đều cũng đảm bảo tốc độ giảm dần dọc theo chiều chuyển động, có độ tin cậy cao hơn phương pháp giảm dần tốc độ.
- Không đảm bảo phân bố lưu lượng đều trên toàn tuyến nên các miệng thổi cần phải bố trí thêm van điều chỉnh.
- Việc lựa chọn tổn thất cho 1m ống khó khăn. Thường chọn Δp= 0,5 - 1,5 N/m2 cho 1 m ống
- Phương pháp ma sát đồng đều được sử dụng rất phổ biến.
Ví dụ 1:
Giả sử có 08 một kênh gió thổi có 8 miệng thổi với các đặc điểm trên hình 6-14. Lưu lượng yêu cầu cho môi miệng thổi là 0,32 m3/s. Thiết kế hệ thống kênh gió .
Hình 6-14 : Sơ đồ đường ống
Bước 1: Chọn và xác định các thông số tiết diện điển hình
- Chọn đoạn đầu tiên AB làm tiết diện điển hình. Lưu lượng gió qua tiết diện đầu là
L1 = 8 x 0,32 = 2,56 m3/s
- Chọn tốc độ đoạn đầu ω1 = 8 m/s
- Diện tích tiết diện đoạn ống đầu : f1 = L1/ω1 = 2,56 / 8 = 0,32 m2
- Chọn kích thước đoạn đầu : 800x400mm
- Tra bảng (6-3) ta có đường kính tương đương : dtđ = 609mm
- Dựa vào lưu lượng L1 = 2560 L/s và dtđ = 609mm tra đồ thị ta được tổn thất Δp1 = 1,4 Pa/m.
Bước 2 : Thiết kế các đoạn ống
Trên cơ sở tỷ lệ phần trăm lưu lượng của các đoạn kế tiếp ta xác định được tỷ lệ phần trăm diện tích của nó, xác định kích thước ai x bi của các đoạn đó, xác định diện tích thực và tốc độ thực.
Tổng chiều dài tương đương của đoạn AK là 60,6m bao gồm các đoạn ống thẳng và chiều dài tương đương của các cút.
Tổng trở lực đường ống :
ΣΔp = 60,6 x 1,4 = 84,84 Pa
5) Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh
Nội dung của phương pháp phục hồi áp suất tĩnh xác định kích thước của ống dẫn sao cho tổn thất áp suất trên đoạn đó đúng bằng độ gia tăng áp suất tĩnh do sự giảm tốc độ chuyển động của không khí sau mỗi nhánh rẽ.
Phương pháp phục hồi áp suất tĩnh được sử dụng cho ống cấp gió, không sử dụng cho ống hồi. Về thực chất nội dung của phương pháp phục hồi áp suất tĩnh giống phương pháp lý thuyết , tuy nhiên ở đây người ta căn cứ vào các đồ thị để xác định tốc độ đoạn ống kế tiếp.
Các bước tính thiết kế :
Bước 1: - Chọn tốc độ hợp lý của đoạn ống chính ra khỏi quạt ω1 và tính kích thước đoạn ống đó.
Bước 2: Xác định tốc độ đoạn kế tiếp như sau
- Xác định tỉ số Ltđ/Q0,61 dựa vào tính toán hoặc đồ thị (hình 6-16) cho đoạn ống đầu.
trong đó
Ltđ - Chiều dài tương đương của đoạn đầu gồm chiều dài thực đường ống cộng với chiều dài tương đương tất cả các cút.
Q - lưu lượng gió trên đoạn đầu
- Dựa vào tốc độ đoạn đầu ω1 và tỷ số a = Ltđ/Q0,61 , theo đồ thị hình (6-13) xác định tốc độ đoạn ống tiếp theo , tức là tốc độ sau đoạn rẽ nhánh thứ nhất ω2.
- Xác định kích thước đoạn ống thứ 2
F2 = L2/ω2
Bước 3: Xác định tốc độ và kích thước đoạn kế tiếp như đã xác định với đoạn thứ 2
* Đặc điểm của phương pháp phục hồi áp suất tĩnh
- Đảm bảo phân bố lưu lượng đều và do đó hệ thống không cần van điều chỉnh.
- Tốc độ cuối tuyến ống thấp hơn nên đảm bảo độ ồn cho phép.
- Khối lượng tính toán tương đối nhiều.
- Kích thước đường ống lớn hơn các cách tính khác nhất là các đoạn rẽ nhánh, nên chi phí đầu tư cao.
Ví dụ 2:
Thiết kế hệ thống kênh dẫn gió cho hệ thống kênh gió gồm 4 miệng thổi , mỗi miệng có lưu lượng gió là 0,9 m3/s. Kích thước các đoạn như trên hình 6-15.
Hình 6-15 : Sơ đồ đường ống
* Xác định các thông số đoạn đầu
- Lựa chọn tốc độ đoạn AB : ω1 = 12 m/s
- Lưu lượng gió : Q1 = 4 x 0,9 = 3,6 m3/s
- Tiết diện đoạn đầu : F1 = 3,6/12 = 0,3m2
- Kích thước các cạnh 600 x 500mm
- Tra bảng ta có đường kính tương đương : dtđ = 598 mm
- Tổn thất cho 1m ống : 0,4 Pa/m
* Xác định tốc độ và kích thước đoạn tiếp
- Tỷ số a= L/Q0,61 : L1/Q0,61 = 49 / 7628 0,61 = 0,211
- Xác định ω2 theo đồ thị với ω1 =7628 FPM và L/Q0,61 = 0,211 : ω2 = 2000 FPM
hay ω2 = 10,16 m/s
- Xác định các đoạn kế tiếp một cách tương tự bước 2 và ghi kết quả vào bảng dưới đây
