管径计算方法

第五章制冷系统管道设计直径、连接的设计。第一节氨系统管道设计要求㈠对氨系统管道的要求◆耐腐蚀要求：一律采用无缝钢管。不允许用铜管、管壁镀锌。◆耐压要求：氨系统工作压力不超过－－1.5MPa;系统高压部分试压压力－－1.8MPa(表)；低压部分试压压力－－1.2MPa(表)。由管壁厚度来满足耐压性要求，表5－1中的规范厚度满足要求。㈡对氨系统阀件的要求阀件－－氨专用。⒈材质－－灰铸铁、可锻铸铁、铸钢。耐压要求－－强度试验压力3.0～4.0MPa密封性试验压力2.0～2.5MPa公称压力为2.5MPa的阀即可满足要求。⒉氨阀不允许有铜、铜合金的零部件。⒊氨阀应有倒关阀座－－可把阀全开，更换填料。⒋压力表用氨专用的。●量程不得小于系统工作压力的1.5倍。高压容器：－0.1～0～2.5MPa;中、低压力容器：－0.1～0～1.6MPa。●精度等级：不低于2.5级。倒关阀座二、制冷剂在管道内允许流速及允许压力降●流速要恰当。表5－2为推荐的允许流速。流速过低→沿程阻力损失较小，但管径较大，耗材多，造价较高；●流速过高→管径小些，但沿程阻力损失较大，影响制冷效率与安全。二、制冷剂在管道内允许流速及允许压力降●要控制管道的压力降。允许压力降见表5－3。允许压力降确定原则：吸汽管或回汽管允许压力降相当于饱和温度降低1℃；排汽管允许压力降相当于饱和温度降低0．5℃。三、对氨制冷管路设计要求㈠管道的坡度要求－－见表5－4。㈡蒸发器供液管设计要求⒈每个冷间的供液管：从分配站单独引出。⒉冷风机与排管的供液管：从分配站分别引出，不得并联于同一供液管上。⒊并联供液的各蒸发器，要求其当量长度基本相等。如采用中进中出、先进后出的方式。如图5－1a。即各支路同程。⒋顶、墙排管并联供液保证均匀供液的措施：采用“∩”形弯头。如图5－1b。墙排管的供液经“∩”形弯头的顶端，该顶端与顶排管的上层标高一致。图5－1㈢吸汽管设计要求⒈压缩机吸汽管宜在水平吸汽管总管水平轴线上方呈45°角处连接。⒉重力供液系统，最好设机房氨液分离器。㈣排汽管设计要求⒈排汽管上均应设止回阀。⒉压机排汽管应从水平排汽总管顶部呈45°角接入。水平排汽总管水平吸汽总管压缩机㈤其他管道设计要求⒈氨安全管泄压管引出室外，出口高出屋檐1m，高出冷凝器平台3m以上，未端做成S形弯头。⒉融霜用热氨管：油分离器后接出，装截止阀和压力表，不宜穿过冷间。⒊各种氨管：不得有凹下管段。在地沟内的吸、排气总管的最低处应设排液（油）管，吸入管设加压管。⒋排液桶、集油器、空气分离器等设备的降压回汽管，不得直接与压机吸入管相连，而是接于蒸发器回汽管顶部。第二节氨系统管道管径确定一、公式计算法依据：允许流速、允许压力降。步骤：⒈计算管道内径：dn＝0.0188(m)(5-1)⒉查表5—1，确定用管规格。如dn在两种规格之间，则选用管径大的一种。⒊计算并校核管道压力损失ΣΔP（沿程阻力＋局部阻力）。ΣΔP的计算用公式（3－26）。P91若ΣΔP＜允许压力降，符合要求。若ΣΔP＞允许压力降，ω取小值，重算dn。G二、图表计算法通过查图表来确定管径。㈠图表的种类图表制作条件之一：冷凝温度为30℃。⒈表5－5，氨单相流吸汽管负荷量表。适用条件……。⒉表5－6，氨单相流吸汽管、排汽管和液体管负荷量表。适用条件……。⒊表5－7，氨两相流吸汽管负荷量表。适用条件……。⒋图5－2，管长小于30m氨管管径计算图。⒌图5－3～图5～6，氨单相流吸汽管径计算图。⒍图5－7～图5－12，氨两相流吸汽管管径计算图。⒎图5－13，氨排汽管管径计算图。⒏图5－14，冷凝器到贮氨器之间氨液管管径计算图。⒐图5－15，贮氨器到分配站之间氨液管管径计算图。第二节氨系统管道管径确定㈡图表计算步骤⒈根据工况条件，确定选用的计算图表。⒉根据配管设计时的工况负荷量和管子当量长度，确定设计管道的规格。⒊根据计算得到的公称直径，在表5－1中，确定采用无缝钢管的规格。例：P179例题2：已知氨制冷系统单相流吸气管负荷为300kW，蒸发温度为-40℃，管道当量总长度为100m，确定吸气管管径。查表法查图法表5-5图5-4135mm㈢不同工况使用条件的修正若实际工况和所列图表规定的工况不同时，需修正负荷量，然后才能到所给出的图表中进行使用。⒈冷凝温度变化若冷凝温度不为30℃，负荷量需用表5－8的换算系数进行修正。⒉当量管长和摩阻引起的压力降相当于饱和温度差的变化用表查管径时使用。吸汽管（回汽管）修正公式：式（5－2）排汽管和高压侧液体管的修正公式：式（5－3）⒊两相流供液倍数（液汽比）变化吸汽管管径的修正公式：ds＝N·d(mm)(5-4)d—n＝4时，查图表得到的吸汽管管径。N—修正系数，见表5—9。例题5。P18800.5.555kWkW()(5-3)()(5-2)ssssssLPQQLPLtQQLt三、其他连接管道直径的确定方法⒈融霜用热氨管：Dg32～50mm。⒉安全管：与接头同径。安全总管：≮Dg25mm,也≯50mm。⒊排液管:与排液桶上接头同径，Dg25mm～Dg32mm。⒋设备上的增压和降压管：Dg20～32mm。⒌放油管：Dg20～32mm；低温放油管：不小于Dg25mm。⒍均压管：设备接管同径。设备多于2台时的均压总管：比设备接管大一个档次的直径。⒎氨泵的进、出液管管径：见表5－10。⒏放空管：与接管同径。第三节管架设计一、管架的作用⒈固定管道。⒉防止振动。◆管架满足两个要求：一是满足管道的强度要求—防止管道因受垂直作用力造成弯曲破坏；二是满足管道的刚度要求—挠度不大于坡度。这两个要求靠支（吊）点设置来满足。二、管道支点距离■正常间距：＝最大间距×0．8↓查表5－11■增设的支（吊）点：在管件、弯头处的一侧或二侧增设加固点，且要求支（吊）点离弯头的距离不宜大于600mm,并尽可能在较长管道上增设。三、管架结构形式制冷工程上常用半固定支架。◎随墙的，见图5－16（a）、（b）。◎吊顶的，见图5－16（c）、（d）。对低温管道，要加设垫木。第四节管道和设备保温设计一、概述●需要保温的部位：低温、有冷量损失的部位。融霜热氨管也要保温。●保温层厚度确定原则：保证隔热层外表面不致结露。即外表面温度不低于当地条件下的露点温度。例外：少数小型低温制冷装置，把损失量限制在某一范围，据此来确定保温层厚度。二、保温层厚度计算⒈通过保温管道和设备单位长度传热量计算。忽略管壁热阻。有：⒉公式计算法确定保温层厚度先用公式（5－6）算出D1。再用式（5－7）算出厚度δ。21121()(W/m)11ln2lttqDDD23211121()()111ln2lttttqDDDD21112321ln2(5-6)ttDDttD122DD保温层外表面温度应比露点温度稍高些，保温层厚度计算结果应满足下式条件：211123212112231ln22ln(1)(5-9)ttDDttDDttDDtt⒊图表计算法确定保温层厚度查图5－18（a）（b）（c）和表5－12、表5－13。用计算图确定保温层厚度的步骤：⑴选好保温材料，计算出的值。⑵根据≤D1ln,在图的纵坐标上找到相应的点，水平向右与外径图线相交，再转折向下引垂线得横座标上数值，即为保温层厚度。⑶验算：查到的δ代入式（5－9）中，若等式成立，则符合要求。否则，加大δ，重新验算。注意，查得的δ要取规范值，一般保温层厚度数值个位数为0或5，单位为mm。例题8：21232(1)tttt21232(1)tttt12DD三、保温材料的选用■制冷工程常用的保温材料：玻璃棉、软木、硅酸铝、聚苯乙烯、聚氨酯等。■融霜热氨管：用能耐80～120℃温度的绝热材料，如石棉管瓦、岩棉保温带。■在施工中应注意：①在穿墙洞和楼板时不能间断；②系统试压、抽真空合格后，防锈处理，再包保温层；③保温层外设防潮层或隔汽层。技能培养:管道包保温层过程第五节氟利昂系统管道设计一、氟利昂系统对管材和阀件的要求⒈管材：多采用紫铜管或无缝钢管。管径＜20mm时，多用紫铜管－－易于弯曲成型，流动阻力较小，价格高。规格见表5－14。管径＞20mm时，多用无缝钢管－－规格见表5－1。⒉阀门：氟利昂专用，一般不设手轮，加防漏盖帽。二、氟利昂系统制冷剂在管道内允许压力降及允许流速㈠对系统管道允许压力降要求回汽管：相当于饱和蒸发温度降低1℃，其值见表5－15；排汽管和高压供液管：相当于饱和冷凝温度升高0.5℃，其值见表5－16。㈡对系统管道流速的要求流速范围：见表5－17。对吸汽、排汽上升立管，有最小带油速度的要求，见图5－19。㈠对液管的设计要求⒈考虑过冷要防止高压供液管由于升高而液柱引起的静压下降，使液管在进入热力膨胀阀之前就成为两相流体。防止的办法：高压液体过冷。液管每升高一米时的静压降低值及相应的饱和温降见表5－18。⒉热力膨胀阀宜靠近蒸发器布置两相流动的阻力比纯液体大得多。阻力倍数见表5－19。⒊各并联管路要保证均匀供液◆一只热力膨胀阀只向一个通路供液。见图5－20。◆一只热力膨胀阀向几个并联通路供液时，采用分液器配液。如图5－21，图5－22。⒋高压液管上应设置干燥过滤器吸收水分，过滤杂质。三、氟系统管路设计要求⒈设置上升立管和回油弯见图5－23。⒉坡向和坡度要求水平吸汽管应有大于或等于2％的坡度，并坡向压缩机。⒊设置双上升立管在负荷变化较大的系统中采用。⒋回汽管与蒸发器连接上的要求●回汽管与一组蒸发器连接：压缩机与蒸发器位于同标高或蒸发器高于压缩机时，蒸发器出口的上升立管上升至蒸发器顶部或略高于蒸发器，再接至压缩机。如图5－24。●回汽管与多组并联蒸发器连接：见图5－25。回气管垂直上升时，每隔10米左右安装一个集油弯。㈡对吸汽管路的设计要求图5-23图5-35图5-24图5-25㈢对排气管路的设计要求⒈坡向和坡度要求水平排气管应有1％～2％的坡度，并坡向油分离器或冷凝器。⒉设有油分离器时排气管的连接要求油分离器应尽量靠近压缩机，其内的积油由回油管流回曲轴箱中。如图5－26。任何上升排气立管应设在油分离器之后，以便低负荷时立管中的油和停机时管内冷凝液回到油分离器。⒊无油分离器时排气管的连接要求见图5－27、图5－28。垂直上升时，每8米设置一个U形弯头。见图5-29。图5-26图5-27，图5-28图5-29四、吸汽管道管径计算用查图法。确定内径，再定规格。㈠水平回汽管直径计算R12－图5－30；R22－图5－31。例题10（P208）180145mm㈡回汽立管管径计算R12－图5－32；R22－图5－33。按最低负荷选择管径。若膨胀阀前的液温不为40℃时，则最低档负荷量÷修正系数（查图5－34）＝最小负荷量，再进行查图。例题11（P212）。最低负荷回汽管内径27.3kW68㈢双上升吸汽立管的设计当制冷系统的全负荷和最低负荷相差较大时，需采用双上升吸汽立管。如图5－35。●双上升立管的工作原理：最小负荷起动→两立管皆通→存油弯积油→立管B断，A通→A管带油，B断。全负荷时→立管上下部压差增大→推动存油弯的润滑油→A通，B带油。●双上升立管的管径确定方法：⒈按最低负荷确定立管A的管径dA。⒉按全负荷的最小带油速度选择某一管径d。⒊dB＝⒋取规范的dB。22Add五、其他管道管径的计算㈠排汽管与供液管道管径计算R12－图5－36；R22－图5－37。上升排汽立管也要考虑最小带油速度，见图5－19。㈡冷凝器至贮液器泄液管的管径计算铜管：查图5－38。钢管：铜管管径放大一档。本章作业：1．已知氨制冷系统排汽管负荷为380KW，管道当量总长100m，管道摩阻△t＝0．5℃，试用查表和查图两种方法计算排汽管径。2．已知一制冷系统回汽管管道外径D＝159mm，管道内制冷剂温度为－33℃，周围空气温度为30℃，相对湿度为80％，采用聚苯乙烯泡沫塑料作保温材料，试确定保温层厚度。3．已知R22制冷系统的吸汽管负荷为50KW，蒸发温度为－30℃，管道当量总长50