CN108386647A - 一种调节通风除尘管道阻力的方法 - Google Patents

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孙志顺
朱景晶
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Abstract

本发明公开了一种调节通风除尘管道阻力的方法，属于环保设备技术领域。该方法通过设计可调孔板式阻力平衡器来调节阻力平衡，根据所需平衡的阻力值选择相应孔径比的孔板插件，对于不同孔径比的孔板插件在管道中进行无因次仿真模拟，得出各个孔径比下的阻力值，进而计算得出局部阻力系数，并绘制图表，供设计人员参考。本发明设计的可调孔板式阻力平衡器具有结构简单、造价低廉、操作简便等优点，同时，调试风管阻力时可通过更换不同孔径比的孔板插件来达到管内阻力平衡的目的。此外，本发明可以避免管网阻力调试工作，直接根据需要调节的阻力值选择当前风管的风速下相应的阻力平衡器的局部阻力系数值，如此对生产、设计带来极大的便捷。

Description

一种调节通风除尘管道阻力的方法
技术领域
本发明属于环保设备技术领域，具体涉及一种调节通风除尘管道阻力的方法。
背景技术
在工业化快速发展的今天，各国都越来越重视大气环境污染的问题，我国所面临的污染问题十分严重，尤其是空气的粉尘污染。这就要求许多的工厂大量配备通风除尘***，但除尘***也存在诸多尚待解决的问题，尤其在改善通风除尘***压力不平衡的问题上，具有重要意义。
目前的大型通风除尘管网中，管路十分复杂，管路中的节点、抽风点多，各支管间形成并联管路，整个管网设计时应该做阻力和风量的平衡计算，保证分支管所分配的风量与设计风量一致。传统方法上为保证管内阻力平衡一般分为两种，一为调整支管管径，该方法的阻力调节范围有限，另外可能会导致部分管道内部的风速过大或过低，由此造成管道内部的粉尘对管道的磨损加剧或粉尘的沉降堵塞，甚至将有用物料抽走。二为增设阀门通过改变阀门的开度来达到节点的阻力平衡目的，该方法进行调节主要用于管径较小的支管上，但对于较大的管径却不太适用，主要原因为大口径的阀门不论电动或气动操作，价格比较昂贵。调节阀一般采用蝶阀或插板阀，存在偏流现象，磨损漏风严重；阀门若过多，初投资势必增加。
近年来市场中阻力平衡器得到了广泛的应用，其优越性在于其结构简单，制作安装方便，***格低廉，避免了管道中流体的偏流现象，其增阻原理为流体在管道内部发生突然缩小和突然扩大的方式产生涡流从而增加局部阻力，该方式下的增阻效应明显。同时，阻力平衡器内径的计算由并联管路节点计算的差值来确定，相对于阀门调试的工作量，省去了很多烦琐的步骤。
阻力平衡器由于其自身的特性，那么它在使用过程中也必然有特定的要求，一、它的结构和尺寸一旦确定是不能进行调节的；二、由于其不可调节的因素，要求设计人员在管网发生变更时，对管网阻力重新进行阻力平衡，并对所有阻力平衡器重新进行校核计算；三、对改造的除尘管网常常受现场条件的约束需慎重考虑是否使用阻力平衡器；四、对于磨损性较大的粉尘需要对阻力平衡器进行防磨损处理。
目前市场上大部分现有阻力平衡器的结构尺寸一旦确定是不能进行更改的，若管网的阻力发生改变时，原先的阻力平衡器将不再适用，需要根据现有的阻力平衡值重新更换新阻力平衡器，耗费大量资金。而阻力平衡器进行阻力调节的根本在于其内部管径(内管)大小，如果仅仅通过改变阻力平衡器内管管径大小进行管网的阻力平衡，较比更换整个阻力平衡器不仅大大减少生产材料的使用，也可减少相对于更换整个阻力平衡器花费的资金。对于市场中部分阻力可调的阻力平衡器主要有两种，一为可调式耐磨阻力平衡器(申请人：中冶南方工程技术有限公司，发明人：吕永鹏，申请号：201520803123.9)，但该阻力平衡器相比一般阻力平衡器结构复杂、拆解困难，短管的开口较多会导致气密性变差，另外该阻力平衡器上开孔安装测压短管进行阻力测量，不仅增加成本，也说明了该阻力平衡器进行阻力平衡时需进行调试工作。另一种阻力平衡器为一种可调抗磨型阻力平衡器(申请人：钟汉鼎，发明人：钟斌，冯成诚等，申请号：201320159335.9)，该阻力平衡器增加类似阀门的器件，不仅增加生产成本，同时也导致了管内流体发生偏流现象，加剧对管网的磨损程度，在进行阻力平衡时也需进行烦琐的调试工作。从上述两种可调阻力平衡器不难发现它们不但有各自的缺陷，而且在进行阻力平衡时都需要进行阻力平衡的调试工作。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种调节通风除尘管道阻力的方法，以期通过不同孔径比的孔板插件得到阻力平衡调节的阻力平衡器，绘制该阻力平衡器不同孔径比下的局部阻力系数图表，给设计、施工人员以参考。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明一种调节通风除尘管道阻力的方法，通过可调孔板式阻力平衡器来调节阻力平衡，根据所需平衡的阻力值选择相应孔径比(r/R)的孔板插件，对于不同孔径比的孔板插件在管道中进行无因次仿真模拟，得出各个孔径比下的阻力值，进而计算得出局部阻力系数，并绘制图表，供设计人员参考。
上述可调孔板式阻力平衡器，包括短管、孔板插件、法兰Ⅰ、法兰Ⅱ；所述短管的两端设置有法兰Ⅱ与通风除尘管道相连接，中间处设置与孔板插件进行连接的法兰Ⅰ；所述短管上部仅开1/2开口使孔板插件***，并在短管的开口上部设置法兰Ⅰ使孔板插件与其紧密相连保证气密性；所述孔板插件类似圆环，上部为连接法兰Ⅰ的螺纹接口，下部可直接接触到管道底部，短管的内径与孔板插件的外径相等。
进一步的，所述孔板插件(1)孔径比(r/R)范围为0.70～0.92。
上述阻力平衡器采用不同孔径比的孔板插件来进行阻力平衡调节，孔板插件类似圆环，插件突出来的部分是与短管中间开口法兰相连接，孔板插件外径与短管内径相等，孔板插件与短管同轴布置。插件***短管后，在短管内形成圆环状的局部阻力管件，该阻力管件增加局部阻力的方式为突缩和突扩，增阻效应明显，同时因短管和孔板同轴布置所以流体也不会发生偏流现象。利用CFD(计算流体动力学)软件进行仿真模拟，对不同孔径比的孔板插件进行模拟，根据大部分阻力平衡器在管网中调节的阻力范围列出模拟结果分布在该范围的孔径比孔板，由列出的不同孔径比孔板下的阻力值进行计算，得出不同孔径比下的局部阻力系数(这里可对该范围内的孔径比进行等差细分模拟)，对不同孔径比的局部阻力系数绘制图表，如此方便之后的阻力平衡器设计或使用时的查找和参考。
采用本发明提供的技术方案，与现有公知的技术相比，具有如下显著效果：
1、传统阻力平衡器的设计是根据所需要平衡的阻力值来计算出内径的大小，而本发明是采用CFD软件进行仿真模拟的方式，对进口风速为15m/s的不同孔径比下的孔板进行仿真模拟(大部分除尘管网内的最低风速在15m/s左右)，对模拟所产生的结果进行整理，可直观的观察到不同孔径比下所产生的局部阻力，同时也可由公式(式中，ΔP为并联节点处阻力差值，Pa；ζ为局部阻力系数；ρ为流体密度，kg/m3；v为阻力平衡器支管段的流体流速，m/s)反推出该孔径比下的局部阻力系数ζ，之后针对不同风速因其局部阻力系数不变，仍可用于计算不同风速下的局部阻力。如此给设计人员在孔板插件上的选择带来参考，方便操作。
2、与传统阻力平衡器相比，本发明设计的阻力平衡器的阻力可根据具体管网阻力值的改变，更换不同孔径比的孔板插件使管网重新达到阻力平衡。与可调式耐磨阻力平衡器相比，本发明的阻力平衡器结构更为简捷，更换孔板更为方便，短管上开口少气密性更好，也无需在阻力平衡器上开孔安装测压短管进行阻力测量，可直接根据上述1中所绘制的各个孔径比的相关图表进行参考选择相应的孔板。同时本发明与一种可调抗磨型阻力平衡器相比，本发明的阻力平衡器结构简单，无需增加类似阀门的器件，降低生产成本，管内不存在偏流现象，可降低对管网的磨损程度，在进行阻力平衡时也无需进行烦琐的调试工作。
3、本发明设计的整个阻力平衡器结构简单紧凑，成本低廉，调节阻力时只需更换孔板插件，相对于更换整个阻力平衡器，仅仅更换孔板插件带来经济效益是巨大的，同时孔板的生产和安装也快捷方便。
附图说明
图1为本发明设计的可调孔板式阻力平衡器的整体示意图。
图2为本发明设计的可调孔板式阻力平衡器的主剖视结构示意图。
图3为图2中A-A截面结构示意图。
图4为不同孔径比孔板插件的局部阻力系数线性图；
由图可知，横坐标为孔径比，孔径比从0.70至0.92，中间每增加0.20设置一个点，纵坐标为局部阻力系数。
图中标号：1、孔板插件；2、短管；3、法兰Ⅰ；4、法兰Ⅱ。
具体实施方式
为了具体的了解本发明的内容，以下将结合附图和具体的实施方案对本发明详细的描述，但本发明不局限于下述实施例。
如图1、图2、图3所示，本发明设计的可调孔板式阻力平衡器，其中包括连接通风除尘管网的短管2，用于阻力平衡调节的孔板插件1。短管2上部开1/2开口，且开口宽度与孔板宽度大小一致，用于孔板插件1的***便可。而不同孔径比孔板插件在管网内所造成的局部阻力不同，所以可在管网阻力进行平衡时采用不同孔径比的孔板插件进行调节。这里使用CFD对不同孔径比的孔板插件进行仿真模拟，通过采用不同孔径比的孔板插件在管道内进行模拟发现，当进口风速为15m/s时，孔径比的范围在0.70-0.92时为大部分阻力平衡器阻力平衡的范围，几十到几百Pa。具体实施时，以公差为0.02对孔径比为0.70-0.92进行等差数列分布，分别对不同孔径比的孔板插件进行模拟，得到不同孔径比的孔板插件在管道中所产生的局部阻力值。同时根据局部阻力值计算出各个孔径比下的局部阻力系数，如表格1所示。
本实施案例中，因短管仅上半部分开1/2开口，孔板插件1与短管2仅仅需要将上半部连接即可。且短管2的内径与孔板插件1外径相等都为R，以保证孔板插件1与短管2的同轴布置，避免管内流体的偏流现象。
本实施案例中，短管2的两端设置有与通风除尘管网连接的法兰Ⅱ4，中间处设置有与孔板插件1进行连接的法兰Ⅰ3。
表1 不同孔径比孔板插件的局部阻力系数

Claims (2)

1.一种调节通风除尘管道阻力的方法，其特征在于，通过可调孔板式阻力平衡器来调节阻力平衡，根据所需平衡的阻力值选择相应孔径比的孔板插件(1)，对于不同孔径比的孔板插件(1)在管道中进行无因次仿真模拟，得出各个孔径比下的阻力值，进而计算得出局部阻力系数，并绘制图表，供设计人员参考；
所述可调孔板式阻力平衡器，包括短管(2)、孔板插件(1)、法兰Ⅰ(3)、法兰Ⅱ(4)；
所述短管(2)的两端设置有法兰Ⅱ(4)与通风除尘管道相连接，中间处设置与孔板插件(1)进行连接的法兰Ⅰ(3)；
所述短管(2)上部仅开1/2开口使孔板插件(1)***，并在短管(2)的开口上部设置法兰Ⅰ(3)使孔板插件(1)与其紧密相连保证气密性；
所述孔板插件(1)类似圆环，上部为连接法兰Ⅰ(3)的螺纹接口，下部可直接接触到管道底部，短管(2)的内径与孔板插件(1)的外径相等。
2.如权利要求1所述的调节通风除尘管道阻力的方法，其特征在于，所述孔板插件(1)孔径比范围为0.70～0.92。
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