Tính toán thiết kế đường ống dẫn không khí.

+Các phương pháp thiết kế kênh gió

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.

+Phương pháp thiết kế lý thuyết

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 (deltaH=0) .

Các bước thiết kế:

Bước 1 - Chọn tốc độ đoạn ống đầu tiên ômega₁ . Dựa vào lưu lượng gió, xác định kích thước của đoạn ống đầu tiên.

Bước 2 - Xác định tốc độ các đoạn tiếp theo ômega₂ dựa vào phương trình :

trong đó tổngdeltap₁₂ 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 ômega₂, vì vậy để xác định ômega₂ cần phải tính lặp.

Dựa vào lưu lượng đoạn kế tiếp, xác định kích thước đoạn đó

F₂ = L₂/ômega₂

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 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 ômega₁.

Chủ động giảm dần tốc độ gió dọc theo tuyến ống chính và ống rẽ nhánh ômega₂, ômega_3... ômega_n

Bước 2:

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

F_i = L_i/ômega_i

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.

+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 d_tđ.

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 deltap= 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 ômega₁ = 8 m/s

- Diện tích tiết diện đoạn ống đầu : f₁ = L₁/ômega₁ = 2,56 / 8 = 0,32 m²

- Chọn kích thước đoạn đầu : 800x400mm

- Tra bảng (6-3) ta có đường kính tương đương : d_tđ = 609mm

- Dựa vào lưu lượng L₁ = 2560 L/s và d_tđ = 609mm tra đồ thị ta được tổn thất deltap₁ = 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 a_i x b_i của các đoạn đó, xác định diện tích thực và tốc độ thực.

Bảng 6-49 : Kết quả tính toán

Bước 3 : Tính tổng trở lực

Bảng 6.50

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 ômega₁ 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 6-16) 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 ômega₁ và tỷ số a = L_tđ/Q^0,61 , theo đồ thị hình (6-13) xác định tốc độ đoạn ống tiếp theo , tức là tốc độ sau đoạn rẽ nhánh thứ nhất ômega₂.

- Xác định kích thước đoạn ống thứ 2

F₂ = L₂/ômega₂

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.

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 : ômega₁ = 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 : d_tđ = 598 mm

- Tổn thất cho 1m ống : 0,4 Pa/m

* Xác định tốc độ và kích thước đoạn tiếp

- Tỷ số a= L/Q^0,61 : L₁/Q^0,61 = 49 / 7628 ^0,61 = 0,211

- Xác định ômega₂ theo đồ thị với ômega₁ =7628 FPM và L/Q^0,61 = 0,211 : ômega₂ = 2000 FPM

hay ômega₂ = 10,16 m/s

* Xác định các đoạn kế tiếp một cách tương tự bước 2 và ghi kết quả vào bảng dưới đây

Bảng 6-51 : bảng kết quả tính toán

Hình 6-16 : Đồ thị xác định tốc độ đoạn ống kế tiếp