Меню

Сопротивление при движении воздуха по трубе

Аэродинамическое сопротивление газового и воздушного тракта

Аэродинамическое сопротивление газового и воздушного тракта обусловлено силами трения, возникающими при движении потока в канале и при преодолении различного рода препятствий. Для преодоления сопротивлений необходимо создать некоторый избыточный напор, достаточный для преодоления сопротивления трения. Чтобы правильно выбрать дымосос или вентилятор, необходимо выполнить аэродинамический расчет газового или воздушного тракта, задача которого — определение аэродинамического сопротивления. Расчет сопротивлений газового и воздушного тракта паровых и водогрейных котлов проводится по нормативной методике, разработанной ЦКТИ [ 1 ].

В соответствии со СНиП II-35-76 [ 2 ] аэродинамическое сопротивление серийно выпускаемых котлов следует принимать по данным заводов-изготовителей, которые для ряда котельных агрегатов приведены в табл. 6.2.1, 6.2.2. При изменении производительности котла или вида сжигаемого топлива производится пересчет сопротивлений газового и воздушного тракта в соответствии с упрощенной методикой, рекомендованной нормативным методом.

Аэродинамическое сопротивление какого-либо участка тракта складывается из сопротивления трения и местных сопротивлений. Сопротивление трения – сопротивление при течении потока в прямом канале постоянного сечения. Местные сопротивления связаны с изменением формы или направления канала. Сопротивление поперечно омываемых трубных пучков, не включаемое в местные сопротивления трения, – дополнительный вид сопротивления, характерный для котельных агрегатов.

Сопротивление отдельных элементов газового и воздушного тракта серийных паровых котлов

Тип котла Топливо Сопротивление элементов газового тракта, Па Сопротивление воздуш-ного тракта, Па
Котель-ный пучок Газоходы Золоуло-витель
Газомазутные котлы
ДЕ-4-14ГМ Газ, мазут 191 475 940
ДЕ-6.5-14ГМ 555 903 1140
ДЕ-10-14ГМ 220 1550 1240
ДЕ-16-14ГМ 916 1680 1730
ДЕ-25-14ГМ 1530 2710 1860
Котлы со слоевыми топками:
КЕ-2,5-14С Угольдонецкий 126 300 420 1050
харанорский 167 590
КЕ-4-14С донецкий 205 300 430 750
харанорский 256 640
КЕ-6,5-14С донецкий 246 300 420 750
харанорский 320 630
КЕ-10-14С донецкий 366 300 430 750
харанорский 430 580

Суммарное сопротивление газового и воздушного тракта серийных водогрейных котлов

Тип котла Топливо Суммарное сопротивление, Па
газового тракта воздушного тракта
Газомазутные котлы:
= КВ-ГМ-4 = = Газ, мазут = 220 1300
КВ-ГМ-6,5 Газ, мазут 260 1300
КВ-ГМ-10 Газ 440 1350
Мазут 460
КВ-ГМ-20 Газ 570 1800
Мазут 600
КВ-ГМ-30 Газ 650 2800
Мазут 670
КВ-ГМ-50 Газ, мазут 1000 2400
КВ-ГМ-100 Газ, мазут 1200 3100
Котлы со слоевыми топками:
КВ-ТС-4 Уголь 360 600
КВ-ТС-6,5 440 600
КВ-ТС-10 670 650
КВ-ТС-20 870 650
КВ-ТС-30 960 650

При постоянной плотности и вязкости движущейся в канале среды сопротивление трения определяется по формуле

где  – коэффициент сопротивления трения, зависящий от относительной шероховатости стенок канала и числа Рейнольдса; l – длина канала, м; w – скорость протекающей среды, м/с; dэ – эквивалентный (гидравлический) диаметр, м;  – плотность протекающей среды, кг/м 3 .

Эквивалентный (гидравлический) диаметр рассчитывается по формуле

где F – площадь живого сечения канала, м 2 ; U – «смоченный» периметр сечения, омываемый протекающей средой, м.

Местные сопротивления рассчитываются по формуле

где  – коэффициент местного сопротивления, зависящий от вида местного сопротивления (в отдельных случаях и от критерия Рейнольдса).

Сопротивление поперечно омываемых пучков труб выражается формулой, как для местных сопротивлений.

Произведение \(<\mathit<\Delta h>>_<д>=\frac<^<2>><2>\rho \) называют динамическим напором и в расчетах определяют по графику на рис. 6.2.1 по действительной скорости продуктов сгорания (воздуха) и средней по тракту температуре потока. Так как график на рис. 6.2.1 построен для сухого воздуха при давлении 760 мм рт. ст., то согласно нормативному методу в конце расчета вводят поправку на действительную плотность потока. Поправка вносится по приведенной скорости потока. Если в исходных данных скорость потока определена при давлении 760 мм. рт. ст. (101080 Па), то приведенная скорость равна расчетной. В других случаях приведенная скорость определяется при фактическом рабочем давлении (и плотности) потока.

Сопротивление чугунных экономайзеров ВТИ и стальных гладкотрубных экономайзеров определяется по формуле

где [[Image:]] – определяется по действительной скорости и среднеарифметической температуре продуктов сгорания в экономайзере по графику на рис. 6.2.1, Па;  – коэффициент сопротивления.

Коэффициент сопротивления для чугунного экономайзера ВТИ

где z2 – число рядов труб в экономайзере.

Коэффициент сопротивления стального гладкотрубного эконо­майзера при коридорном расположении труб

где  – коэффициент сопротивления, отнесенный к одному ряду пучка, зависящий от отношений \(<\sigma >_<1>=_<1>/d\), \(<\sigma >_<2>=_<2>/d\) и \(\psi =\frac<_<1>-d><_<2>-d>\), а также от числа Re; S1 и S2 – поперечный и продольный шаг труб по отношению к направлению потока, м; d – наружный диаметр труб, м.

Значение  определяется по следующим формулам: при 1  2 и 0,06    1

где сs – коэффициент формы шахматного пучка. При 0,1    1,7 для пучков с 1  1,44

Читайте также:  Медные трубы для открытой проводки

Рис. 6.2.2. Определение числа Рейнольдса. Re = wRe’100; dпр=d/100 – приведенный диаметр, мм; t – температура потока, С.

Для трубчатого воздухоподогревателя при движении продуктов сгорания внутри труб его сопротивление складывается из сопротивления трения в трубах и сопротивления входа в трубы и выхода из них.

Скорость в трубах и температура потока для расчета обоих указанных сопротивлений принимаются средние для воздухоподогревателя из теплового расчета котла. Сопротивление трения определяется по рис. 6.2.3, а сопротивление вследствие изменения скоростей при входе и выходе рассчитывается по формуле

где [[Image:]] определяется по рис. 6.2.1, Па; вх и вых определяются по рис. 6.2.4 в зависимости от отношения суммарной площади живого сечения труб F к площади живого сечения газохода соответственно до и после воздухоподогревателя; m – число последовательно расположенных по ходу продуктов сгорания отдельных кубов воздухоподогревателя\[F=<\mathit>_<\text<вн>>^<2>/4\],(6.2.14)

где z – число параллельно включенных труб; dвн – внутренний диаметр труб, м.

Отношение меньшего живого сечения (труб) к большему (газохода) может также рассчитываться по приближенной формуле

где S1 и S2 – поперечный и продольный шаг труб в пучке, м.

Сопротивление механических золоуловителей рассчитывается по формуле (6.2.3), в которой за расчетную скорость принимается скорость незапыленных продуктов сгорания.

где k1 – коэффициент, учитывающий запыленность продуктов сгорания, для промышленных котлоагрегатов принимается равным 1; k2 – коэффициент, учитывающий масштабный эффект по отношению к эталонному циклону, принимается для инерционных циклонов равным 1;  – коэффициент сопротивления эталонного циклона при продувке чистым воздухом.

Коэффициент сопротивления батарейных циклонов  принимается по табл. 6.2.3. Расчетная скорость определяется по суммарной площади сечений всех циклонных элементов батарейного циклона \(_<0>=n\mathrm<0,>\text<785>^<2>\), где n – число параллельно включенных циклонных элементов.

Коэффициент сопротивления при установке отдельных циклонов принимается по табл. 6.2.4. Расчетной для единичного циклона принимается скорость в цилиндрической части корпуса.

Для типовых блоков циклонов при установке их на котлах паропроизводительностью от 2,5 до 6,5 т/ч коэффициент сопротивления принимается: для блоков циклонов в исполнении I \(<\xi >_<\text<бл>>=\text<105>\), в исполнении II \(<\xi >_<\text<бл>>=\text<115>\). Для нестандартных блоков циклонов коэффициент сопротивления определяется по нормам (см.[ 1 ], пункты 2—10).

Рис. 6.2.3. Потеря давления в трубах (щелях) трубчатых и пластинчатых воздухоподогревателей. d – диаметр труб или эквивалентный диаметр щелей, мм; h = cшh’грl, Па.[[Image:]]

Рис. 6.2.4. Коэффициенты сопротивления при внезапном изменении сечения: Fм и Fб – меньшее и большее сечение канала; hвых = вых(w1 2 /2); hвх = вх(w2 2 /2)

Коэффициенты сопротивления батарейных циклонов

Тип батарейного циклона Коэффициент сопротивления
БЦУ — с полуулиточным закручиванием потока типа «Энергоуголь» 110
БЦРН — с закручивающими лопатками с безударным входом 65; 80
БЦ конструкции ЦКТИ с элементами диаметром 500 мм с че-тырехзаходным закручивателем потока 130
Ранее устанавливающиеся БЦ с элементами, имеющими лопа­точный аппарат типа «розетка» 90
То же с элементами, имеющими двухходовые закручивающие витки типа «винт» 85

Коэффициент сопротивления циклонов разных типов

Тип циклона Коэффициент сопротивления
ЦН-11 245
ЦН-15 155
ЦН-24 75
Конструкция ЦКТИ 100
ЦМС-27 45
Д-49 33

Местные сопротивления газового и воздушного тракта котельного агрегата представляют собой повороты, разветвления, изменения сечения, шиберы. Коэффициент местного сопротивления в формуле (6.2.3) определяется в зависимости от формы сопротивления. В табл.6.2.5 приведены коэффициенты местных сопротивлений фасонных частей тракта.

Коэффициенты местных сопротивлений фасонных частей газового и воздушного тракта [ 3 ]

Газоходы на участке воздухоподогреватель – золоуловитель рассчитываются по расходу и температуре уходящих газов (за воздухоподогревателем), принятым из теплового расчета котлоагрегата. Газоходы на участке золоуловитель – дымосос и за дымососом рассчитываются по расходу и температуре продуктов сгорания у дымососа. При отсутствии золоуловителей газоход от воздухоподогревателя до дымососа рассчитывается по расходу газа у дымососа.

Расход продуктов сгорания (м 3 /с) у дымососа

где Bр – расчетный расход топлива, кг/с или м 3 /с; Vг. ух – объем продуктов сгорания за воздухоподогревателем, м3/кг или м 3 /м 3 ;  – присос воздуха в газоходах за воздухоподогревателем, принимается по табл. 6.2.6; \(^<0>\) – теоретическое количество воздуха, м 3 /кг или м 3 /м 3 ; \(<\vartheta >_<д>\) – температура продуктов сгорания у дымососа, принимается равной температуре уходящих газов, °С.

Расчетные значения присосов воздуха в топку и в газоходы паровых и водогрейных котлов при номинальной нагрузке

Топочные камеры и газоходы 
Топочные камеры пылеугольных котлов с твердым шлакоудалением и металлической обшивкой труб экрана 0,05
то же с обмуровкой и обшивкой 0,07
без металлической обшивки 0,1
Топочные камеры слоевых механических и полумеханических топок 0,1
Фестон, ширмовый пароперегреватель, первый котельный пучок котлов производительностью D > 50 т/ч
Первый котельный пучок конвективной поверхности нагрева котлов производительностью D ≤ 50 т/ч 0,05
Второй котельный пучок конвективной поверхности нагрева котлов производительностью D ≤ 50 т/ч 0,1
Пароперегреватель 0,03
Водяной экономайзер котлов производительностью D > 50 т/ч (на каждую ступень) 0,02
Водяной экономайзер котлов производительностью D 50 т/ч

0,03
для котлов с D ≤ 50 т/ч 0,06
Золоуловители циклонные и батарейные 0,05
Газоходы стальные (на каждые 10 м длины) 0,01
Газоходы кирпичные (на каждые 10 м длины) 0,05

Выбор площади поперечного сечения газовоздухопроводов следует производить при экономической скорости потока. Экономической скоростью называется такая, при которой суммарные эксплуатационные затраты минимальны (табл. 6.2.7).

Приближенные значения экономической скорости в газовоздухопроводах котельных агрегатов с наддувом и уравновешенной тягой

Характеристика участка Экономическая скорость, м/с
Удельный коэффициент местных сопротивлений

Расход по одному газовоздухопроводу, м/с Газопроводы, воздухопроводы при tг.в  200°С, tм  30°С,

воздуховоды горячего дутья

Воздухопроводы при tг.в  400°С, tм  30°С Воздухопроводы холодного воздуха
0,1 100 — 200 8 — 10 11 — 13
10 — 20 011,5 — 13,5 17 — 19 8 — 9
2 16 — 18 11 — 12
0,07 100 — 200 9 — 11 12 — 14 7
10 — 20 13 — 16 18 — 20 9 — 10
2 17 — 19 12 — 13
0,04 100 — 200 10 — 12 15 — 17 7 — 8,5
10 — 20 15 — 17 22 — 24 10 — 11
2 19 — 22 15
0,02 100 — 200 14 — 17 19 — 23 9 — 11
10 — 20 18 — 21 25 — 28 12 — 14
2 21 — 24 15
0,01 100 — 200 17- 20 24 — 28 11 — 12
10 — 20 20 — 23 29 — 32 14 — 16
Прямые участки газовоздухопроводов Любой 24 — 26 33 — 36 16 — 18

Примечание: tм – температура воздуха на входе в вентилятор.

Экономические скорости для паровых и водогрейных котлов, работающих с «наддувом», принимаются на 10% больше приведенных в табл. 6.2.7.

Коэффициент сопротивления для всех поворотов в канале подсчитывается по общей формуле

где  – исходный коэффициент сопротивления поворота, зависящий от его формы и относительной кривизны; [[Image:]] – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости стенок: при обычной шероховатости стенок газовоздухопроводов котла среднее значение [[Image:]] принимается равным 1,3 для отводов и 1,2 для коленьев; произведение [[Image:]] для отводов и коленьев с закругленными кромками определяется по рис. 6.2.5; для коленьев без закругления кромок [[Image:]] = 1,4; В – коэффициент, определяемый в зависимости от угла поворота по соответствующей кривой на рис. 6.2.6; при угле поворота 90° В = 1; С – коэффициент, определяемый для отводов и коленьев с закруглением кромок в зависимости от отношения размеров поперечного сечения a/b (где а – перпендикулярный к плоскости поворота размер) по соответствующей кривой на рис. 6.2.7; при круглом или квадратном поперечном сечении С = 1; для коленьев с острыми кромками С = 1 при всех значениях a/b.

Рис. 6.2.5. Значение произведения [[Image:]] для поворотов газовоздухопроводов: а — для отводов (1) и сварных коленьев (составных поворотов) (2); б — для коленьев с закругленными кромками

Рис. 6.2.6. Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от угла поворота. 1 – для отводов и коленьев с закруглением кромок; 2 – для коленьев с острыми кромками. | style=»border:none;padding-top:0cm;padding-bottom:0cm;padding-left:0.191cm;padding-right:0.191cm;»| [[Image:]]

Рис. 6.2.7. Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от формы сечения. 1 – для отводов с R/b  2 и коленьев с закруглением кромок; 2 — для отводов с R/b > 2; 3 — для коленьев с острыми кромками.

|> Произведение [[Image:]] для коленьев с изменением сечения определяется по рис. 6.2.8 в зависимости от отношения выходного и входного сечений.

Рис. 6.2.8. Значения произведения K для коленьев с закруглением кромок. F1, F2 — входное и выходное сечение колена.

Рис. 6.2.9. Коэффициент сопротивления диффузора в прямом канале.

Угол раскрытия диффузора  определяется равенством tg(/2) = (b2b1)/(2l); для пирамидальных диффузоров угол раскрытия определяется в плоскости соответствующей грани; при неравных углах раскрытия ( и ) р определяется по большему углу; для диффузора с переходом с круга на прямоугольник (или квадрат) и наоборот в формулу для определения tg(/2) — вместо стороны прямоугольника подставляется значение 2(F/) 0,5 , где F — площадь прямоугольника; значение р при этом определяется по кривой 2

1 — конические и плоские диффузоры; 2 пирамидальные диффузоры.

Сопротивления участков газовоздушного тракта при резких изменениях сечения определяется по формуле (6.2.3), а коэффициент местного сопротивления — по рис. 6.2.4. Скорость продуктов сгорания (воздуха) подсчитывается по меньшему сечению.

Рис. 6.2.10. Коэффициент сопротивления прямолинейных диффузоров, установленных за вентилятором или дымососом.

Рис. 6.2.11. Цокольная часть дымовых труб: а) – сечение входа в железобетонные и кирпичные трубы; б) – то же, в кирпичные трубы: в) – цоколь с двухсторонним подводом газоходов; г) – цоколь с подводом одиночного газохода.

Коэффициент сопротивления диффузора, отнесенный к входной (наибольшей) скорости, определяется по формуле

где вых – коэффициент сопротивления, соответствующий резкому увеличению сечения, определяемый по рис. 6.2.4 в зависимости от отношения начального и конечного сечений диффузора; р – коэффициент полноты удара, определяется по рис. 6.2.9.

Коэффициент сопротивления плоского или пирамидального диффузора, установленного после вентилятора, определяется по графику на рис. 6.2.10 в зависимости от степени расширения (отношения выходного и входного сечений) диффузора и его безразмерной длины \(l/\sqrt<_<1>>\).

На рис. 6.2.11 показаны наиболее типичные входы в дымовые трубы промышленных и отопительных котельных и их коэффициенты местного сопротивления (скорости отнесены к подводящему газоходу).

Сопротивление дымовой трубы складывается из сопротивления трения и потери от движения потока с выходной скоростью. При отсутствии данных о конструкции трубы сопротивление трения (в паскалях) определяется по приближенной формуле

где w – скорость, м/с, в выходном сечении трубы, подсчитывается по диаметру выходного сечения трубы d;  – коэффициент сопротивления трения для бетонных и кирпичных труб, принимается  = 0,05; для стальных труб диаметром d  2 м  = 0,015; а при d 3 ; [[Image:]] – средняя температура продуктов сгорания на данном участке, °С; 1,21 – плотность наружного воздуха при давлении 101 080 Па и температуре 293 К.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта котельной установки складывается из сопротивлений топочного устройства, сопротивлений отдельных элементов тракта и сопротивления воздухоподогревателя по воздушной стороне.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта серийных котельных агрегатов принимается по данным, приведенным в табл. 6.2.1 и 6.2.2.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта остальных котельных агрегатов рассчитывается в следующей последовательности:

— сопротивление топочных устройств принимается по данным в табл. 6.2.8;

— сопротивление отдельных элементов тракта определяется по формулам (6.2.1 – 6.2.3), (6.2.13 – 6.2.15), (6.2.18 – 6.2.19) либо по табл.6.2.5;

— сопротивление воздухоподогревателя по воздуху с поперечным обтеканием коридорного или шахматного пучка труб по формулам (6.2.3, 6.2.6, 6.2.9).

Скорость движения воздуха определяется по его расходу. При расчете воздушного тракта расход воздуха (м 3 /с) находится по формуле

где ВР – расчетный расход топлива, кг/с или м 3 /с; V° – теоретическое количество воздуха, м 3 /кг или м 3 /м 3 ; т и пл – присосы воздуха в топке и системе пылеприготовления; вп – присос воздуха в воздухоподогревателе, при расчете расхода горячего воздуха (после воздухоподогревателя) принимается вп = 0; tв – температура воздуха, для холодного воздуха принимается tв = 30 °С, для горячего воздуха tв = tг.в.

Перепад полных давлений по воздушному тракту (Па)

где H – суммарное сопротивление воздушного тракта, Па; Нс – самотяга, учитывается только для воздухоподогревателя и всего воздухопровода горячего воздуха; [[Image:]] – разрежение в топке на уровне ввода воздуха, определяется по формуле

где Н’ – расстояние по вертикали между высшей точкой сечения выхода газов из топки и срединой сечения ввода воздуха в топку, м.

Государственным стандартом ГОСТ 30735-2001 [ 4 ] установлены требования к предельным значениям аэродинамического сопротивления трактов котельных агрегатов. Согласно ним требуемое разрежение за котлом на естественной тяге при номинальной теплопроизводительности не должно превышать указанного на рис. 6.2.13. Аэродинамическое сопротивление котлов, предназначенных для работы с принудительной тягой и под наддувом, не должно превышать указанного на рис.6.2.14. Исключения допускаются для котлов, в состав которых входят специальные тягодутьевые машины.

Сопротивление топочных устройств для прохода воздуха

Тип топочного устройства Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки Сопротивление горелки или решетки со слоем топлива, Па
Газовые и газомазутные горелки
Подовая горелка (щелевая) 1,1—1,15 200
Вертикальная щелевая горелка 1,1—1,15 175
ГМ-2,5 1,1 800
ГМ-4,5 1,1 900
ГМ-7 1,1 1100
ГМ-10 1,1 1600
ГМП-16 (сопротивление приведено по первичному воздуху) 1,1 4000
ГМГ-1,5м, ГМГ-2м, ГМГ-4м, ГМГ-5м 1,15 1200
РГМГ-4 1,1 1000
РГМГ-6,5 и РГМГ-7 1800
РГМГ-10 1,1 1050
РГМГ-20 1,1 1500
РГМГ-30 1,1 2500
Топки для слоевого сжигания
Топки с цепной решеткой (антрациты AM и АС, А n = 0,5) 1,5—1,6 1000
Топки с пневмомеханическими забрасы-вателями и решеткой обратного хода 1,3-1,4 500
Топки скоростного горения для сжигания:

1,2 700
дробленых отходов и опилок, W p = 50 % 1,3 1000

Рис. 6.2.13. Максимальное разрежение за котлом на естественной тяге

Рис. 6.2.14. Максимальное аэродинамическое сопротивление котла на принудительной тяге или под наддувом

Источник

Adblock
detector