Tính toán thiết kế hệ thống đường dẫn ống nước

CHƯƠNG 7
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐƯỜNG ỐNG DẪN NƯỚC

Trong các kỹ thuật điều hoà không khí có sử dụng các loại đường ống nước như sau :
- Đường ống nước giải nhiệt cho các thiết bị ngưng tụ.
- Đường ống nước lạnh để làm lạnh không khí.
- Đường ống nước nóng và hơi bão hoà để sưởi ấm không khí
- Đường ống nước ngưng.
Mục đích của việc tính toán ống dẫn nước là xác định kích thước hợp lý c
ủa đường ống,
xác định tổng tổn thất trở lực và chọn bơm. Để làm được điều đó cần phải biết trước lưu
lượng nước tuần hoàn. Lưu lượng đó được xác định từ các phương trình trao đổi nhiệt.

7.1 Hệ thống đường ống dẫn nước
* Vật liệu đường ống : Người ta sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau làm đường ống cụ thể
như sau :
Bảng 7-1 : Vật liệu ống dẫn nước

Chức năng Vật liệu
1. Ống nước lạnh chiller - Thép đen hoặc thép tráng kẽm
- Ống đồng cứng
2. Ống nước giải nhiệt và
nước cấp
- Ống thép tráng kẽm
- Ống đồng cứng
3. Ống nước ngưng hoặc
xả cặn
- Ống thép tráng kẽm
- Ống đồng cứng
- Ống PVC

4. Bão hoà hoặc nước
ngưng bão hoà
- Ống thép đen
- Ống đồng cứng
5. Nước nóng - Ống thép đen
- Ống đồng cứng

* Đặc tính của đường ống thép
Các loại ống thép đen thường được sử dụng để dẫn nước có nhiều loại với độ dày
mỏng khác nhau. Theo mức độ dày người ta chia ra làm nhiều mức khác nhau từ Schedul 10
đến Schedul 160. Trên bảng 7-2 các loại ống ký hiệu ST là ống có độ dày tiêu chuẩn, các
ống XS là loại ống có chiều dày rất lớn

Bảng 7-2 : Đặc tính của đường ống thép

Đường kính danh
nghĩa
in mm
Đường kính
trong
mm
Đường kính
ngoài
mm
Áp suất làm
việc
at
Loại
1 / 4
1 / 4

3/8
3/8
1 / 2
6,35
6,35
9,525
9,525
12,7
9,245
7,67
12,52
10,74
15,798
13,716
13,716
17,145
17,145
21,336
13
61
14
58
15
40ST
80XS
40ST
80XS
40ST

159

1 / 2
3 / 4
3 / 4
1
1
1.1/4
1.1/4
1.1/2
1.1/2
2
2
2.1/2
2.1/2
3
3
4
4
6
6
8
8
8
10
10
10
12
12
12
12
14

14
14
14
12,7
19,05
19,05
25,4
25,4
31,75
31,75
38,1
38,1
50,8
50,8
63,5
63,5
76,2
76,2
101,6
101,6
152,4
152,4
203,2
203,2
203,2
254
254
254
304,8
304,8

304,8
304,8
355,6
355,6
355,6
355,6
13,868
20,93
18,46
26,64
24,3
35,05
32,46
40,98
38,1
52,5
49,25
62,71
59
77,927
73,66
102,26
97,18
154,05
146,33
205
202,171
193,675
257,45
254,5

247,65
307,08
303,225
298,45
288,95
336,55
333,4
330,2
317,5
21,336
26,67
26,67
28,83
28,83
42,164
42,164
48,26
48,26
60,325
60,325
73,025
73,025
88,9
88,9
114,3
114,3
168,275
168,275
219,07
219,07

219,07
273,05
273,05
273,05
323,85
323,85
323,85
323,85
355,6
355,6
355,6
355,6
53
15
48
16
45
16
42
16
40
16
39
37
59
34
54
30
49
49

85
37
45
78
34
43
62
32
41
53
76
34
41
48
76
80XS
40ST
80XS
40ST
80XS
40ST
80XS
40ST
80XS
40ST
80XS
40 ST
80XS
40ST
80XS

40ST
80XS
40ST
80XS
30
40ST
80XS
30
40ST
80XS
30ST
40
XS
80
30 ST
40
XS
80

Đường ống đồng được chia ra các loại K, L, M và DWV. Loại K có bề dày lớn nhất, loại
DWV là mỏng nhất. Thực tế hay sử dụng loại L. Bảng 7-3 trình bày các đặc tính kỹ thuật của
một số loại ống đồng khác nhau.





Bảng 7-3 : Đặc tính của đường ống đồng

Đường kính danh nghĩa

in mm
Loại Đường kính
trong, mm
Đường kính
ngoài, mm
1.1/4
1.1/2
2
3
4
5
31,75
38,1
50,8
76,2
101,6
127
DWV
DWV
DWV
DWV
DWV
DWV
32,89
39,14
51,84
77,089
101,828
126,517
34,925

41,275
53,975
79,375
104,775
130,185

160
6
8
8
8
8
10
10
10
12
12
12
152,4
203,2
203,2
203,2
203,2
254
254
254
304,8
304,8
304,8
DWV

K
L
M
DWV
K
L
M
K
L
M

151,358
192,6
196,215
197,74
200,83
240
244,475
246,4
287,4
293,75
295,07
155,57
206,375
206,375
206,375
206,375
257,175
257,175
257,175

307,975
307,975
307,975

* Sự giãn nở vì nhiệt của các loại đường ống
Trong quá trình làm việc nhiệt độ của nước luôn thay đổi trong một khoản tương đối rộng,
nên cần lưu ý tới sự giãn nở vì nhiệt của đường ống để có các biện pháp ngăn ngừa thích
hợp.
Trên bảng 7-4 là mức độ giãn nở của đường ống đồng và ống thép, so với ở trạng thái
0
o
C. Mức độ giãn nở hầu như tỷ lệ thuận với khoảng thay đổi nhiệt độ. Để bù giãn nở trong
kỹ thuật điều hoà người ta sử dụng các đoạn ống chữ U, chữ Z và chữ L.

Bảng 7-4 : Mức độ giãn nở đường ống

Mức độ giãn nở, mm/m
Khoảng nhiệt độ
Ống đồng Ống thép
0
10
20
30
40
50
60
70
0
0,168
0,336

0,504
0,672
0,840
1,080
1,187
0
0,111
0,223
0,336
0,459
0,572
0,684
0,805

Ngoài phương pháp sử dụng các đoạn ống nêu ở trên , trong thực tế để bù giãn nở người
ta còn sử dụng các roăn giãn nở, dùng ống mềm cao su nếu nhiệt độ cho phép.

* Giá đỡ đường ống
Để treo đỡ đường ống người ta thường sử dụng các loại sắt chữ L hoặc sắt U làm giá
đỡ. Các giá đỡ phải đảm bảo chắc chắn, dễ lắp đặt đường
ống và có khẩu độ hợp lý. Khi
khẩu độ nhỏ thì số lượng giá đỡ tăng, chi phí tăng. Nếu khẩu độ lớn đường ống sẽ võng,
không đảm bảo chắc chắn. Vì thế người ta qui định khoảng cách giữa các giá đỡ . Khoảng
cách này phụ thuộc vào kích thước đường ống, đường ống càng lớn khoảng cách cho phép
càng lớn.

Bảng 7-5 : Khẩu độ hợp lý của giá đỡ ống thép

Đường kính danh nghĩa
của ống , mm

Khẩu độ
m
Từ 19,05 ÷ 31,75
38,1 ÷ 63,5
76,2 ÷ 88,9
2,438
3,048
3,657

161
101,6 ÷ 152,4
203,2 đến 304,8
355,6 đến 609,6
4,267
4,877
6,096

Bảng 7-6 : Khẩu độ hợp lý của giá đỡ ống đồng

Đường kính danh nghĩa
của ống , mm
Khẩu độ
m
15,875
22,225 ÷ 28,575
34,925 ÷ 53,975
66,675 ÷ 130,175
155,575 ÷ 206,375
1,829
2,438

3,048
3,657
4,267

7.2 Tính toán đường ống dẫn nước và chọn
bơm
7.2.1 Lưu lượng nước yêu cầu
Lưu lượng nước yêu cầu được xác định tuỳ thuộc trường hợp cụ thể
- Nếu nước sử dụng để giải nhiệt bình ngưng máy điều hoà
Kp
k
n
tC
Q
G
∆
=
.
(7-1)
- Lưu lượng nước lạnh
Op
Ok
NL
tC
Q
G
∆
=
.
(7-2)

- Lưu lượng nước nóng
NNp
SI
NN
tC
Q
G
∆
=
.
(7-3)
trong đó:
Q
k
, Q
o
và Q
SI
- Công suất nhiệt bình ngưng, công suất lạnh bình bay hơi và công suất
bộ gia nhiệt không khí, kW.
∆t
n
, ∆t
NL,
∆t
NN
- Độ chênh nhiệt độ nước vào ra bình ngưng, bình bay hơi và bộ sấy.
Thường ∆t ≈ 3 ÷ 5
o
C.

C
p
- Nhiệt dung riêng của nước, C
p
≈4186 J/kg.
o
C
.
Dọc theo tuyến ống lưu lượng thay đổi vì vậy cần phải thay đổi tiết diện đường ống một
cách tương ứng.

7.2.2 Chọn tốc độ nước trên đường ống
Tốc độ của nước chuyển động trên đường ống phụ thuộc 2 yếu tố
- Độ ồn do nước gây ra. Khi tốc độ cao độ ồn lớn , khi tốc độ nhỏ kích thước đường ống lớn
nên chi phí tăng
- Hiện tượng ăn mòn : Trong nước có lẫn cặn bẩn như cát và các vật khác , khi tốc độ cao
khả năng ăm mòn rất lớn

162
Bảng 7-7 : Tốc độ nước trên đường ống

ốc độ của nước Trường hợp T
- Đầu đẩy của bơm
- Đầu hút của
ng lên
g hợp thông thường
2,4 ÷ 3,6
bơm
- Đường xả
- Ống góp

- Đường hướ
- Các trườn
- Nước thành phố
1,2 ÷ 2,1
1,2 ÷ 2,1
1,2 ÷ 4,5
0,9 ÷ 3,0
1,5 ÷ 3
0,9 ÷ 2,1

7.2.3. Xác định đường kính ống dẫn
ến hành xác định đường kính
trong của ống như sau :
trong đó:
V- Lưu lượng thể tích nước chuyển ống đang tính, m
3
/s
ượng riêng của nước, kg/m
3
ảng 7-7, m/s
.2.4. Xác định tổn thất áp suất
ống
- Phương pháp xác định theo công thức
ất áp suất theo công thức


-5)
trong đó
* Hệ số trở lực ma sát
λ

- Khi chảy tầng Re = ωd/ν
<
Trên cơ sở lưu lượng và tốc độ trên từng đoạn ống ti
động qua đoạn
V = L/ρ
L - Lưu lượng khối lượng nước chuyển động qua ống, kg/s
ρ- Khối l
ω- Tốc độ nước chuyển động trên ống, được lựa chọn theo b

7
Có 2 cách xác định tổn thất áp lực trên đường
- Xác định theo đồ thị
7.2.4.1 Xác định tổn th
Tổn thất áp lực được xác định theo công thức
Σ∆p = Σ∆p
ms
+ Σ∆p
cb

(7
2
ρω

2.10
3
- Khi chảy rối Re > 10
4
:
..

λ
d
l
p
ms
=∆
2

163
2
..
2
2
.
2
ρω
λ
ρω
ξ
d
l
p
td
cb
==∆
m
V
d ,
.
.4

ωπ
=
Re
64
=
λ
2
)64,1Relog82,1( −
=
λ
(7-4)

(7-6)

(7-8)

(7-9)

(7-7)

1