ính toán thiết kế hệ thốngđường ống dẫn nước

Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Bởi: Võ Chí Chính Trong kỹ thuật điều hồ khơng khí có sử dụng loại đường ống nước sau : - Đường ống nước giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ - Đường ống nước lạnh để làm lạnh khơng khí - Đường ống nước nóng bão hồ để sưởi ấm khơng khí - Đường ống nước ngưng Mục đích việc tính tốn ống dẫn nước xác định kích thước hợp lý đường ống, xác định tổng tổn thất trở lực chọn bơm Để làm điều cần phải biết trước lưu lượng nước tuần hồn Lưu lượng xác định từ phương trình trao đổi nhiệt Hệ thống đường ống dẫn nước * Vật liệu đường ống : Người ta sử dụng nhiều loại vật liệu khác làm đường ống cụ thể sau : 1/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước * Đặc tính đường ống thép Các loại ống thép đen thường sử dụng để dẫn nước có nhiều loại với độ dày mỏng khác Theo mức độ dày người ta chia làm nhiều mức khác từ Schedul 10 đến Schedul 160 Trên bảng 7-2 loại ống ký hiệu ST ống có độ dày tiêu chuẩn, ống XS loại ống có chiều dày lớn 2/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước 3/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Đường ống đồng chia loại K, L, M DWV Loại K có bề dày lớn nhất, loại DWV mỏng Thực tế hay sử dụng loại L Bảng 7-3 trình bày đặc tính kỹ thuật số loại ống đồng khác 4/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước * Sự giãn nở nhiệt loại đường ống Trong trình làm việc nhiệt độ nước ln thay đổi khoản tương đối rộng, nên cần lưu ý tới giãn nở nhiệt đường ống để có biện pháp ngăn ngừa thích hợp Trên bảng 7-4 mức độ giãn nở đường ống đồng ống thép, so với trạng thái 0oC Mức độ giãn nở tỷ lệ thuận với khoảng thay đổi nhiệt độ Để bù giãn nở kỹ thuật điều hoà người ta sử dụng đoạn ống chữ U, chữ Z chữ L 5/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Ngoài phương pháp sử dụng đoạn ống nêu , thực tế để bù giãn nở người ta sử dụng roăn giãn nở, dùng ống mềm cao su nhiệt độ cho phép * Giá đỡ đường ống Để treo đỡ đường ống người ta thường sử dụng loại sắt chữ L sắt U làm giá đỡ Các giá đỡ phải đảm bảo chắn, dễ lắp đặt đường ống có độ hợp lý Khi độ nhỏ số lượng giá đỡ tăng, chi phí tăng Nếu độ lớn đường ống võng, khơng đảm bảo chắn Vì người ta qui định khoảng cách giá đỡ Khoảng cách phụ thuộc vào kích thước đường ống, đường ống lớn khoảng cách cho phép lớn 6/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Tính tốn đường ống dẫn nước chọn bơm Lưu lượng nước yêu cầu Lưu lượng nước yêu cầu xác định tuỳ thuộc trường hợp cụ thể (7-1) Gn = Qk Cp.ΔtK - Nếu nước sử dụng để giải nhiệt bình ngưng máy điều hồ (7-2) GNL = QOk Cp.ΔtO (7-3) GNN = QSI Cp.ΔtNN - Lưu lượng nước lạnh - Lưu lượng nước nóng đó: Qk, Qo QSI - Cơng suất nhiệt bình ngưng, cơng suất lạnh bình bay cơng suất gia nhiệt khơng khí, kW 7/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Δtn, ΔtNL, ΔtNN - Độ chênh nhiệt độ nước vào bình ngưng, bình bay sấy Thường Δt ≈ ? oC Cp - Nhiệt dung riêng nước, Cp ≈4186 J/kg.oC Dọc theo tuyến ống lưu lượng thay đổi cần phải thay đổi tiết diện đường ống cách tương ứng 7.2.2 Chọn tốc độ nước đường ống Tốc độ nước chuyển động đường ống phụ thuộc yếu tố - Độ ồn nước gây Khi tốc độ cao độ ồn lớn , tốc độ nhỏ kích thước đường ống lớn phí tăng - Hiện tượng ăn mòn : Trong nước có lẫn cặn bẩn cát vật khác , tốc độ cao khả ăm mòn lớn Xác định đường kính ống dẫn 4.V ,m Trên sở lưu lượng tốc độ đoạn ống tiến hành xác định (7-4) d = √ π.ω đường kính ống sau : đó: V- Lưu lượng thể tích nước chuyển động qua đoạn ống tính, m3/s V = L/ρ L - Lưu lượng khối lượng nước chuyển động qua ống, kg/s 8/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước ρ- Khối lượng riêng nước, kg/m3 ω- Tốc độ nước chuyển động ống, lựa chọn theo bảng 7-7, m/s 7.2.4 Xác định tổn thất áp suất Có cách xác định tổn thất áp lực đường ống - Phương pháp xác định theo công thức - Xác định theo đồ thị 7.2.4.1 Xác định tổn thất áp suất theo công thức Tổn thất áp lực xác định theo công thức ΣΔp = ΣΔpms + ΣΔpcb (7-5) (7-6) Δpms = λ dl ρω2 l td ρω (7-7) Δpcb = ξ ρω2 = λ d λ= 64 Re * Hệ số trở lực ma sát λ (7-8) - Khi chảy tầng Re = ωd/ν < 2.103 (7-9) λ = (1,82logRe − 1,64)2 - Khi chảy rối Re > 104 : * Hệ số ma sát cục lấy theo bảng 7-8 9/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước ( ξ = [1 − A1 A2 Đối ) với đoạn ống mở rộng đột ngột, hệ số tổn thất cục tính theo cơng thức sau : (7-10) : A1, A2 - tiết diện đầu vào đầu ống Trường hợp đường ống thu hẹp đột ngột hệ số trở lực ma sát tra theo bảng 7-9 Cần lưu ý tốc độ dùng để tính tổn thất trường hợp đoạn ống có đường kính nhỏ 10/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước * Xác định trở lực cục độ dài tương đương Để xác định trở lực cục cách xác định nhờ hệ số trở lực cục ?, người ta có cách qui đổi tổn thất ma sát tương đương ứng với chiều dài tương đương Dưới chiều dài tương đương số thiết bị đường ống nước 11/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước 12/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước 13/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Các trường hợp đường ống nối vào thùng : (1) - Nước chuyển động từ ống vào thùng đường ống nối mặt với cạnh thùng (2) - Nước chuyển đông từ thùng đường ống đường ống nối mặt với cạnh thùng (3)- Nước chuyển động từ ống vào thùng đường ống nối nhô lên khỏi cạnh thùng (4) - Nước chuyển động từ thùng đường ống đường ống nối nhô lên khỏi cạnh thùng 7.2.4.2 Xác định tổn thất áp suất theo đồ thị Ngồi cách xác định theo cơng thức, thực tế người ta hay sử dụng phương pháp đồ thị Các đồ thị thường xây dựng tổn thất áp suất cho 1m chiều dài đường ống Khi biết ba thông số : Lưu lượng nước tuần hồn (L/s), đường kính ống (mm) tốc độ 14/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước chuyển động (m/s) Thông thường biết trước lưu lượng chọn tốc độ xác định kích thước ống tổn thất áp suất cho 1m ống Hình 7-1 : Tổn thất áp suất (Pa/m) ống dẫn thép đen Schedul 40 Hình 7-2 : Tổn thất áp suất (Pa/m) ống dẫn nước đồng Trên hình 7-2 biểu diễn đồ thị xác định tổn thất áp suất (Pa/m) ống dẫn đồng loai K, L, M Hình 7-3 : Tổn thất áp suất (Pa/m) ống dẫn nước plastic Hình 7-3 trình bày đồ thị xác định tổn thất áp suất ống dẫn plastic Khi xây dựng đồ thị người ta lấy nhiệt độ nước 20oC Ví dụ : Xác định tổn thất áp suất tuyến ống thép ?100mm trước đầu đẩy bơm, biết chiều dài tổng 50m, 01 van cửa có cút 90o - Chiều dài tương đương cút 90o ltđ1 = x 3,048m = 18,28 m - Chiều dài tương đương van chặn ltđ2 = 1,362 m - Tổng chiều dài tương đương Ltđ = 50 + 18,28 + 1,372 = 69,652 m - Đối với đoạn ống trước đầu đẩy bơm , theo bảng tốc độ nằm khoảng 2,4 ? 3,6 m/s Chọn ω = m/s - Căn vào đồ thị hình 7-1 , xác định L= 25 Li/s Δp = 800 Pa/m - Tổng tổn thất toàn tuyến ΣΔp = 69,652 x 800 = 55.722 Pa = 0,557 bar Tháp giải nhiệt bình giãn nỡ 7.3.1 Tháp giải nhiệt 15/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Trong hệ thống điều hoà khơng khí giải nhiệt nước bắt buộc phải sử dụng tháp giải nhiệt Tháp giải nhiệt sử dụng để giải nhiệt nước làm mát bình ngưng hệ thống lạnh máy điều hồ khơng khí Trên hình 7-4 trình bày cấu tạo tháp giải nhiệt Hình 7-4 : Tháp giải nhiệt RINKI (Hồng Kông) Cấu tạo gồm : Thân đáy tháp nhựa composit Bên có khối sợi nhựa có tác dụng làm tơi nước, tăng bề mặt tiếp xúc, thường có 02 khối Ngồi bên có hệ thống ống phun nước, quạt hướng trục Hệ thống ống phun nuớc quay xung quanh trục có nước phun Mơ tơ quạt đặt đỉnh tháp Xung quanh phần thân có lưới , dễ dàng tháo để vệ sinh đáy tháp, cho phép quan sát tình hình nước tháp ngăn cản rác rơi vào bên tháp Thân tháp lắp từ vài riêng biệt, vị trí lắp tạo thành gân tăng sức bền cho thân tháp Phần đáy tháp có ống nước sau : Ống nước vào, ống nước ra, ống xả cặn, ống cấp nước bổ sung ống xả tràn Khi chọn tháp giải nhiệt người ta vào công suất giải nhiệt Cơng suất vào mã hiệu tháp Ví dụ tháp FRK-80 có công suất giải nhiệt 80 Ton Bảng 7-3 trình bày đặc tính kỹ thuật tháp giải nhiệt RINKI Theo bảng ta xác định lưu lượng nước yêu cầu, thông số cấu trúc khối lượng tháp Từ lưu lượng tháp xác định cơng suất giải nhiệt tháp Q = G.Cn.Δtn G- Lưu lượng nước tháp, kg/s Cn- Nhiệt dung riêng nước : Cn = kCal/kg.độ Δtn - Độ chênh lệch nhiệt độ nước vào tháp Δtn = 4oC 16/19 Tính toán thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Bảng 7-13: Bảng đặc tính kỹ thuật tháp giải nhiệt RINKI Bình (thùng) giãn nở Trong hệ thống ống dẫn nước kín thường có trang bị bình giãn nở Mục đích bình giãn nở tạo nên thể tích dự trữ nhằm điều hồ ảnh hưởng giản nỡ nhiệt nước gây ra, bình có chức bổ sung nước cho hệ thống trường hợp bị rò rỉ Có loại bình giãn nở : Loại hở loại kín Bình giãn nở kiểu hở bình mà mặt thống tiếp xúc với khí trời phía đầu hút bơm vị trí cao hệ thống Độ cao bình giãn nở phải đảm bảo tạo cột áp thuỷ tĩnh lớn tổn thất thuỷ lực từ vị trí nối thơng bình giãn nở tới đầu hút bơm 17/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Hình 7-5 : Lắp đặt thùng giãn nở Trên hình 7-5 , cột áp thuỷ tĩnh đoạn AB phải đảm bảo lớn trở lực đoạn AC, không nước đường (1) không trở đầu hút bơm mà bị đẩy vào thùng giãn nỡ làm tràn nước Khi lắp thêm đường hút bơm thiết bị phụ, ví dụ lọc nước cần phải tăng độ cao đoạn AB Để tính tốn thể tích bình giãn nở vào mức độ tăng thể tích nước cho bảng 7-14 Bình giãn nở kiểu kín sử dụng hệ thống nước nóng nhiệt độ cao Bình giãn nở kiểu kín khơng mở khí vận hành áp suất khí Bình cần trang bị van xả khí Bình giãn nở kiểu kín lắp đặt đường hút bơm, cho phép vận hành áp suất hút bơm gần không đổi Trong hệ thống điều hồ gặp bình giãn nở kiểu kín 18/19 Tính tốn thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước Lắp đặt hệ thống đường ống nước Khi lắp đặt hệ thống đường ống nước cần lưu ý bố trí cho trở lực nhánh ống nhau, muốn cần bố trí cho tổng chiều dài nhánh Trên hình 7-6 trình bày sơ đồ đường dẫn nước lạnh cung cấp cho FCU AHU Ở hình 7-6a , ta thấy chiều dài nhánh ABGHA, ABCFGHA ABCDEFGHA khơng , trở lực nhánh không Sơ đồ gọi sơ đồ đường quay trực tiếp Đây sơ đồ đơn giản, dễ lắp đặt tổng chiều dài đường ống nhỏ Tuy nhiên trở lực không nên cần lắp đặt van điều chỉnh để điều chỉnh lượng nước cấp cho nhánh Ở hình 7-6b sơ đồ đường quay khơng trực tiếp , trường hợp chiều dài đường nhánh đến FCU AHU Các FCU (AHU) có đường cấp nước dài đường hồi nước ngắn ngược lại Cần lưu ý trở lực FCU nên sử dụng sơ đồ khơng trực tiếp Nếu FCU có trở lực khác mặt kinh tế nên chọn sơ đồ loại trực tiếp , lúc cần sử dụng biện pháp khác để hiệu chỉnh cần thiết Một biện pháp mà người ta hay áp dụng sử dụng van cầu đường hút Hình 7-6 : Các loại sơ đồ bố trí đường ống Trên hình 7-7 trình bày hai trường hợp lắp đặt đường ống theo sơ đồ không trực tiếp , phương án thường áp dụng cho hệ thống kín Hình 7-7a trình bày minh họa ứng với trường hợp FCU bố trí với độ cao khác hình 7-7b trường hợp FCU bố trí độ cao Trong trường hợp việc cần ý bố trí đường ống cho nhánh nhau, người thiết kế cần lưu ý tới cột áp tĩnh cột nước tạo nên Theo cách bố trí quảng đường cho tất FCU gần cột áp tĩnh nhau, đảm bảo phân bố nước đến nhánh Hình 7-7 : Cách bố trí đường ống cấp nước FCU 19/19 ... độ h p lý Khi độ nhỏ số lư ng giá đỡ t ng, chi phí t ng Nếu độ lớn đư ng ng v ng, kh ng đảm bảo chắn Vì ng ời ta qui định kho ng cách giá đỡ Kho ng cách phụ thuộc vào k ch thước đư ng ng, ... cho t ng chiều d i nhánh Trên h nh 7-6 trình bày sơ đồ đư ng d n nước lạnh cung cấp cho FCU AHU Ở h nh 7-6a , ta thấy chiều d i nhánh ABGHA, ABCFGHA ABCDEFGHA kh ng , trở lực nhánh kh ng Sơ... trí đư ng ng Trên h nh 7-7 trình bày hai trư ng h p lắp đặt đư ng ng theo sơ đồ kh ng trực tiếp , phư ng án thư ng áp d ng cho h th ng k n H nh 7-7a trình bày minh h a ng với trư ng h p FCU