Hệ thống vận chuyển không khí (part3)

Chiều dài tương đương của cút tròn

Chiều dài tương đương l_tđ

Trong đó:

R - Bán kính cong của tâm cút, mm

d- đường kính tiết diện cút, mm

Chiều dài tương đương của cút chữ nhật

Chiều dài tương đương l_tđ

Các phương pháp thiết kế đường ống gió

Hiện nay để thiết kế đường ống gió người ta sử dụng rất nmhiều phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp có những ưu nhược điểm khác nhau, dưới đây chúng tôi xin trình bày các nét chính của các phương pháp đó.

Phương pháp thiết kế lý thuyết

Phương pháp lý thuyết là phương pháp xác định kích thước đường ống sao cho đảm bảo phân bố cột áp tĩnh tại các miệng thổi đều nhau trên cơ sở tính toán lý thuyết.

Gọi cột áp tĩnh tại các miệng thổi là H₁, H₂, . . H_n.

Điều kiện là:

Trên cơ sở công thức đó, phương pháp tính toán lý thuyết tiến hành theo các bước sau:

Bước 1 - Chọn tốc độ đoạn ống đầu tiên ω₁ .

- Dựa vào lưu lượng gió tổng đầu vào, xác định kích thước của đoạn ống đầu tiên:

- Dựa vào kích thước thiết kế đã chọn, xác định đường kính tương đương của đoạn ống đầu tiên theo bảng hoặc công thức tính toán.

- Xác định tổng trở lực từ vị trí miệng thổi đầu tiên đến miệng thổi thứ 2. Tổn thất áp suất có thể tính hoặc tra theo đồ thị.

Bước 2 - Xác định tốc độ các đoạn tiếp theo ω₂ dựa vào phương trình:

trong đó Δp_1-2 tổng tổn thất áp suất từ vị trí lắp miệng thổi 1 đến vị trí miệng thổi 2 (hoặc đoạn rẻ nhánh vào các miệng thổi)

Kiểm tra lại so với giá trị được chọn trước đó, nếu sai lệch lơn cần tính lặp lại.

- Dựa vào lưu lượng gió đoạn ống kế tiếp, xác định kích thước của nó:

- Xác định đường kính tương đương đoạn ống kế tiếp

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.

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 đoạn ống chính 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 đường ống chính trước khi rẽ nhánh ω₁.

- Dựa vào lưu lượng xác định kích thước đoạn ống chính:

Bước 2: Chủ động giảm dần tốc độ gió dọc theo tuyến ống chính và ống rẽ nhánh ω₂,ω_3... ω_n

- Trên cơ sở lưu lượng và tốc độ trên mỗi đoạn tiến hành tính toán kích thước của các đoạn đó.

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.

Chỉ nên sử dụng phương pháp này cho trường hợp hệ thống đường ống đơn giản ngắn, gọn. Đối với hệ thống đường ống phức tạp nên lựa chọn phương pháp khác.

Phương pháp ma sát đồng đều

Nội dung của phương pháp ma sát đồng đều là thiết kế hệ thống đường ống gió sao cho tổn thất áp suất trên 1m chiều dài đường ống bằng nhau trên toàn tuyến ống. Phương pháp ma sát đồng đều cũng đảm bảo tốc độ gió trên đường ống giảm dần theo chiều chuyển động và do đó một phần áp suất động được biến đổi thành áp suất tĩnh vì vậy đảm bảo phân bố gió đều.

Phương pháp ma sát đồng đều thường hay được sử dụng cho đường ống gió tốc độ thấp với chức năng cấp gió, hồi gió và thải gió.

Theo phương pháp này, có hai hướng lựa chọn để thiết kế:

- Cách 1: Chọn tiết diện đoạn đầu nơi gần quạt làm tiết diện điển hình, chọn tốc độ chuyển động thích hợp của không khí cho đoạn đó. Từ đó xác định kích thước đoạnn ống điển hình, xác định 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 đường ống 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 chi phí đầu tư tăng, nhưng nếu chọn tốc độ lớn sẽ gây ồn, chi phí vận hành tăng. Người ta khuyên rằng đối vơi hệ thống tốc độ thấp nên chọn tổn thấp Δp=1 ± 0,5 N/m² cho 1 m chiều dài đường ống.

Trên thực tế người ta chọn cách thứ nhất vì tốc độ gió cho ở các bảng là các thông số đã được xác định dựa trên tính toán kinh tế kỹ thuật đã cân nhắc đến các yếu tố nêu trên. Sau đây là các bước thiết kế theo cách thứ nhất.

Bước 1:

- Lựa chọn tiết diện đầu làm tiết diện điển hình.

- Chọn tốc độ gió cho tiết diện đó ω₁

- Tính kích thước đoạn ống điển hình:

- Xác định đường kính tương đương đoạn ống điển hình theo bảng.

- Từ lưu lượng, đường kính tương đương xác định tổn thất áp suất cho 1 m ống tiết diện điển hình (theo đồ thị hình 9-9) . 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.

Tuy nhiên để tiện lợi cho việc tính toán người ta đã đưa ra số liệu tính toán trên bảng 9-48. Theo bảng này nếu lấy tiết diện và lưu lượng đoạn ống điển hình làm chuẩn thì có thể xác định tỷ lệ % của đoạn ống bất kỳ so với đoạn ống chuẩn này khi biết được tỷ lệ % lưu lượng của đoạn ống đó so với đoạn ống điển hình.

- Xác định tỷ lệ % lưu lượng của các đoạn ống theo tiết diện điển hình:

- Căn cứ vào bảng 9-48 xác định tỷ lệ % về tiết diện của các đoạn ống

- Xác định kích thước của các đoạn ống theo tỷ lệ % so với tiết diện đoạn ống điển hình F₁

Bước 3:

Tổng trở lực đoạn ống có chiều dài tổng lớn nhất là cơ sở để chọn quạt dàn lạnh.

ΣL - Tổng chiều dài của các đoạn ống trên tuyến đang xét, m;

ΣLtđ - Tổng chiều dài tương đươc của các tổn thất cục bộ, m;

Δp_l - Tổn thất áp suất trên 1 m chiều dài đường ống (Giá trị cố định), N/m³

Xác định tỷ lệ phần trăm tiết diện theo phương pháp ma sát đồng đềuĐặc điểm của phương pháp:

- Phương pháp ma sát đồng đều có ưu điểm là thiết kế rất nhanh, người thiết kế không bắt buộc phải tính 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 một đường ống gió có 8 miệng thổi với chiều dài các đoạn thể hiện trên hình 9-18. Lưu lượng yêu cầu cho mỗi miệng thổi là 0,32 m³/s. Thiết kế hệ thống đường ống gió theo phương pháp ma sát đồng đều.

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

- 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: a₁ x b₁ = 800x400mm

- Tra bảng (9-3) ta có đường kính tương đương của đoạn ống điển hình là: d_tđ = 609mm

- Dựa vào lưu lượng L₁ = 2560 L/s và d_tđ = 609mm tra đồ thị ta được tổn thất áp suất cho 1 mét ống là: Δp₁ = 1,4 Pa/m.

Bước 2: Tính toán kích thước các đoạn ống còn lại

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 a_i x b_i của các đoạn đó, xác định diện tích thực và tốc độ thực.

Bảng 9.50. Kết quả tính toán

Tính tổng trở lực

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:

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 L_tđ/Q^0,61 dựa vào tính toán hoặc đồ thị (hình 9-16) cho đoạn ống đầu.

trong đó

L_tđ - 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 = L_tđ/Q^0,61 , theo đồ thị hình 9-13, 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.