冷卻塔平衡管尺寸計算方法

按照采暖通風與空氣調節設計規范的要求，當多臺敞開式的冷卻塔設計為并聯運行，而且在沒有集水箱的情況下，應該讓并聯中的冷卻塔與水泵之間的管段的壓力損失大致相同，要達到這樣的效果，可以在并聯冷卻塔之間配置平衡管，或在各塔底部配置聯通水槽。并聯冷卻塔由于配置平衡管的辦法簡單易行，相比較在出水管增加電動蝶閥而言，其消耗的費用更少，因而在很多冷卻塔工程中被使用。但是采暖通風與空氣調節設計規范并未指出冷卻塔平衡管尺寸應該如何計算。在中國建筑工業出版社出版的簡明空調設計手冊中指出冷卻塔平衡管尺寸應與進水管尺寸相同，但是如何計算也沒有給出詳細的說法。所以本文主要是對平衡管尺寸的計算方法進行一些探討，為廣大同行做一個鋪墊。在實際的冷卻塔并聯運行中，當底部配有平衡管，出水管不設電動蝶閥，且有部分冷卻塔停止運行時，經常會出現一臺冷卻塔持續補水，另外一臺冷卻塔溢漏。本文在研究冷卻塔平衡管尺寸計算公式的基礎上，也將會對此現象作出合理解釋。為簡便起見，本文只討論兩臺開式冷卻塔并聯運行的情況，計算模型示意圖如圖1。圖1開式冷卻塔并聯運行計算模型示意圖圖中，MV為電動蝶閥，在某一臺機組停止運行時，起關斷作用。BV為手動蝶閥，平時開啟，檢修時起關斷作用。CWP為冷卻水泵，WCC水冷機組。現在先假設冷卻塔1及其進水電動蝶閥關閉，冷卻塔2運行。由于冷卻塔2上部有水進入，而冷卻塔1和冷卻塔2同時出水，導致兩臺冷卻塔的水位發生變化，產生高度差，從而促使水從冷卻塔2經平衡管c流入冷卻塔1，當達到動態平衡時，水位高度差為△h，即圖1所示狀態。而要想保證不發生溢漏現象，必須小于溢水管進水口所在水位與開始補水時的水位的高度差。而且該高度差△h也是平衡管c中水流流動的唯一動力。由流體力學基本理論可知，要計算平衡管c的尺寸，要先知道平衡管c需要承擔的流量。而當水流達到動態平衡時，管道a與平衡管c之間的流量必須相等。但由于精確計算管道a的流量比較困難，本文試從討論管道a和管道b流量的關系出發，來大致估算流經管道a的流量。一、管道a與管道b流量的分析根據流體力學理論，假設在運行過程中，水為理想流體，且為定常流動。則根據伯努利方程，1-1斷面與3斷面之間的能量方程為:2-2斷面與3斷面之間的能量方程為:式中:Pa1、Pa2—水表面大氣壓力，Pa：ρ—水的密度，kgm3g—重力加速度，mS2；P3—3斷面處壓力，Pa；Va—管道a的流速，ms；λ—沿程阻力系數，無因次量；la—管道a的長度，m；da—管道a的直徑，m；ρξa—管道a的局部阻力系數和，無因次量；V′2—冷卻塔2集水盤表面水流速度，ms；Vb—管道b的流速，ms；lb—管道b的長度，m；db—管道b的直徑，m；ρξb—管道b的局部阻力系數和，無因次量在對各種冷卻塔樣本進行計算后，確知進水在經過填料層流至集水盤上表面時，流速一般小于0101ms，故在式2中將含V′2的那一項略去。由于運行的冷卻塔風機的抽吸作用，Pa2會小于Pa1，在這里為了簡化計算，忽略該因素。將2-1可以得到△h=h2-h1，其最大值為溢水管進水口所在水位與開始補水時的水位的高度差。查閱樣本知其值大概在012m-014m之間。在如圖1所示的這種接管方式中，la=lb，da=db，ρξa=ρξb，從而：由式4可以判斷，Vb≥Va。而Vb-Va的值受尺寸、管長和水位高度差的影響。在進行大量實例計算后，發現尺寸和管長對速度差的影響很小，而水位高度差對速度差的影響則相當大。同時，當速度的大小不同時，速度差的變化也很大。速度越大，速度差越小。在常用的速度范圍內1～215ms，速度變化率在25%～5%內。由此可見，流經管道b的流量總是大于流經管道a的流量，其差額隨著具體的情況而有所不同。但若接管方式不同于圖1，則由于阻力系數的不相等，可能會出現不同于上述分析的現象。二、冷卻塔平衡管c的尺寸計算由以上計算可知，流經平衡管c的流量總是小于進水管總流量的一半。假設進水管總流量為Q，若取Q2為平衡管需要承擔的流量，則可以認為計算出來的平衡管尺寸是比較安全的尺寸當然也可以先估算出管道a的流量，并以該流量為平衡管需要承擔的流量來計算平衡管尺寸。以Q2作為流經平衡管的流量，來討論平衡管的尺寸。同樣利用伯努利方程:式中:lc—平衡管長度，m；dc—平衡管直徑，m；Vc—平衡管中水流速度，ms；ρξc—平衡管c的局部阻力系數和，無因次量同樣忽略Pa1與Pa2差值的影響，并將含V′2的那一項忽略不計，則由5式可推出又由流量計算公式Q=A×V知:由7式有:將8式代入6式并整理有:式9即為計算平衡管尺寸的公式。再將9式寫成函數的形式:然后求fd=0的解即可。而該方程可用牛頓迭代法解，即:在確定其他參數的值以后，以某初始值d0代入10式進行迭代計算，即可求解。三、冷卻塔平衡管的計算實例某實際工程選用兩臺流量為250m3h的冷卻塔，設計出水管尺寸為200mm。各參數取值如下:λ=01037，ρ彎頭=1，ρ進口=019，ρ彎頭=019，ρ蝶閥=015，平衡管計算流量取125m3h。△h分別取012m，013m，014m進行模擬計算，結果如表1。表1模擬計算結果觀察表1的計算結果就會發現，在流量固定時，△h對冷卻塔平衡管尺寸的影響不可忽視。而從樣本查閱，不同的塔的△h值并不完全相同，這就告訴我們設計人員，在為冷卻塔選用平衡管時，不能簡單的將主管道的尺寸作為平衡管的尺寸，而應該要根據現場環境進行詳細的計算。如果在實際的冷卻塔工程中發現溢漏現象，我們可以依據此計算公式對其進行分析，就會知道引起溢漏的原因大致如下:1尺寸選擇過小，流通能力有限。2管道中有污物堵塞，或者碟閥損壞而不能全開，導致阻力系數變大，減小流通能力。3并聯出水干管的阻力本身就不平衡，導致管道a承擔的流量大于管道b承擔的流量，即使平衡管承擔的流量大于總流量的一半。四、結論本文對敞開式冷卻塔并聯運行時平衡管尺寸的定位進行了理論推導，并得到了相應的計算公式。研究表明，水位高度差對平衡管尺寸具有不可忽視的影響，建議設計師在計算時，應該結合實際工況來進行計算。---------更多技術性文章，盡在冷卻塔官網。

從遙控到自控海爾中央空調業內初次完成全系觸網

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