冷卻塔平衡管尺寸計算測量方法(冷卻塔平衡管的作用和原理圖)

　　冷卻塔在多臺并聯安裝時，集水盤之間的連通管就是我們所說到的冷卻塔平衡管。其作用主要是用來平衡各冷卻塔集水盤之間的水位，保證水流均勻，那么你知道冷卻塔平衡管尺寸計算測量方法嗎?

　　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，計算模型示意圖如下圖所示。

　　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，kg/m3g—重力加速度，m/S2;P3—3斷面處壓力，Pa;Va—管道a的流速，m/s;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，m/s;Vb—管道b的流速，m/s;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0101m/s，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(1～215m/s)，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Q/2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)。下面以Q/2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，m/s;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f(d)=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250m3/h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125m3/h。△h分別取012m，013m，014m進行模擬計算，結果如表1。

　　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。

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