一、儲糧機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

    第一、設(shè)計(jì)的基本情況、儲糧品種、倉房尺寸，數(shù)量或堆高；

    第二、依據(jù)通風(fēng)目的，確定單位通風(fēng)量，計(jì)算總風(fēng)量Q；

    第三、依據(jù)通風(fēng)途徑比，確定通風(fēng)形式，計(jì)算風(fēng)道間距，布置風(fēng)道；

    第四、依據(jù)總風(fēng)量，確定風(fēng)道截面尺寸，計(jì)算系統(tǒng)阻力H；

    第五、依據(jù)Q、H值，選擇高效低耗的風(fēng)機(jī)及型號；

    第六、依據(jù)新選風(fēng)機(jī)參數(shù)，再對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算。

   二、儲糧機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

   （一）變截面、出風(fēng)口等靜壓均勻送風(fēng)管道

    空氣在風(fēng)道內(nèi)流動，有靜壓和動壓產(chǎn)生，風(fēng)道內(nèi)的氣體流速用下式表示：

    V_d=(2H_d/γ)^1/2        8-42

    如果風(fēng)道側(cè)壁上開孔，當(dāng)空氣通過側(cè)壁時(shí)，在氣流的靜壓作用下，使靠近側(cè)孔的空氣產(chǎn)生一垂直風(fēng)道的速度Vj為：

    V_j=(2H_j/γ)^1/2       8-43

    如圖8-30所示，側(cè)孔流出氣流速度與風(fēng)道軸線的角度α為：

    tgα=V_j/V_d=(H_j/H_d)^1/2      8-44

    式中：上H_j---風(fēng)道內(nèi)空氣的靜壓；H_d---風(fēng)道內(nèi)空氣的動壓；γ---風(fēng)道內(nèi)空氣的重度。

    側(cè)孔實(shí)際出流速度為：

    V=(V_d²+V_j²)^1/2       8-45

    從式8-44和8-45可以看出，出流實(shí)際速度的大小與孔口所在斷面動壓和靜壓的大小有關(guān)，其方向與靜壓和動壓之比有關(guān)。靜壓越大（相對動壓而言），α越大，即氣流越接近與管壁垂直。

    側(cè)孔a*b實(shí)際流出風(fēng)量

    Q₀=3600μf'V=3600μf₀cosβV=3600μf₀sinαV     8-46

   式中：μ---孔口流量系數(shù)；f₀---孔口面積（米²)；Q₀---通過孔口的風(fēng)量（米³/時(shí)）；f'---與速度V垂直的射流截面面積（米²）。

    由于         sinα=V_j/V      8-47

    將式8-47代入式8-46得： Q₀=3600μf₀V_j=3600μf₀(2H_j/γ)^1/2    8-48

    或式8-48可改寫成為：Q₀/3600f₀=μV_j=V₀     8-49

    側(cè)孔面積為：f₀=Q₀/3600V₀    8-50

    f₀=Q₀/3600μ(2H_j/γ)^1/2=Q₀ξ^1/2/3600*1.29H_j^1/2     8-50

    流量系數(shù)與側(cè)孔阻力系數(shù)的關(guān)系為：ξ₀=1/μ²或μ=1/ξ₀^1/2     8-51

    為了保證均勻送風(fēng)，必須滿足下列條件：

    第一，保證各孔口靜壓相等。要保持各孔口流出的風(fēng)量相等，必須保持每個(gè)孔口截面上的靜壓相等，即兩孔口間的動壓降等于兩孔口間壓力損失，由1-2截面（如圖8-31所示）的伯努利方程可得到：

    H_j1+H_d1=H_j2+H_d2+H_損

    若H_d1-H_d2=H_損

    則H_j1=H_j2

    第二，保持各孔口的流量系數(shù)相等。如果能保證各孔口的靜壓H_j相等，各孔口的流量系數(shù)μ相同，就能保證各孔口的空氣流量Q₀相等。ξ₀和μ由實(shí)驗(yàn)確定，它與孔口形狀、出流角α及流量比（孔口流量與孔口前流量之比，Q₀/Q=q）有關(guān)。對于銳邊孔口，當(dāng)α≥60°時(shí)，流量比q=0.1---0.5范圍內(nèi)可近似取μ=0.6，如圖8-32所示。

    第三，增大出流角α。風(fēng)道中靜壓與動壓之比愈大，氣流在孔口的出流角α也就愈大，使出流方向接近于與風(fēng)道側(cè)面垂直，該比值如減少，出流就會向一個(gè)方向偏斜。出流過于偏斜，也就達(dá)不到均勻送風(fēng)的目的，如圖8-33所示。

    要保持α≥60°，由于式8-45可知，只要使用V_j>1.73Vd，即使H_j>3Hd。當(dāng)然，最好是90°，但在實(shí)際工作中不可能做到，儲糧通風(fēng)中，為了使空氣出流方向垂直于管壁，通常采用在孔口上蓋以竹罩即加分配器罩的方法。

    例1.某倉房長48米，寬18米，小麥堆高5米，糧食水分在安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，試設(shè)計(jì)一個(gè)變截面地槽，各空氣分配器面積相等的等靜壓通風(fēng)系統(tǒng)。

    解：1、總風(fēng)量Q_總的確定

   (1)總風(fēng)量：單位通風(fēng)量選取q=10m³/h.T，容重γ=0.75T/m³

    Q_總=A*B*h*γ*q=48*18*5*0.75*10=32400m³/h

   (2)換氣次數(shù)（小麥孔隙度選取40%）為：

   n=24Q_總/A*B*h*s=24*32400/48*18*5*40%=450次/晝夜

   (3)糧堆表觀風(fēng)速為：

   V_表=Q_總/3600*A*B=32400/3600*48*18=0.0104m/s

    2、倉內(nèi)風(fēng)道布置

    (1)風(fēng)道布置。在倉內(nèi)布置四組U型地槽風(fēng)道，支風(fēng)道間距為4.440米，兩邊支風(fēng)道距墻2.220米，每條支風(fēng)道上設(shè)置8個(gè)空氣分配器，分配器間距為3.130米，如圖8-31所示。

   （2）通風(fēng)途徑比為：

   K=5:(5+2.220)=1:1.44  符合要求。

   3、地槽風(fēng)道截面積的確定

   （1）每個(gè)U型風(fēng)道負(fù)擔(dān)的風(fēng)量為：

    Q₀=Q_總/4=32400/4=8100m³/h

   (2)每根支風(fēng)道負(fù)擔(dān)的風(fēng)量為：

    Q_支=Q₀/2=8100/2=4050m³/h

   (3)每個(gè)空氣分配器負(fù)擔(dān)的風(fēng)量為：

    Q_分=Q_支/8=4050/8=506.25m³/h

    支風(fēng)道初始流速選取ω₁=5m/s，則截面1-1處的動壓：

    H_d1=γω₁²/2=1.2*5²/2=15Pa

   (4)確定截面1-1處的面積，根據(jù)F_n=（Q_支-(n-1)Q_分）/3600ω_n，則：

   F₁=(4050-(1-1)*506.25)/3600*5=0.225m²

   根據(jù)F₁確定截面1-1的尺寸為：a₁*b₁=0.45*0.50m²

   (5)確定截面2-2處的面積：

    計(jì)算管段1-2處的摩擦阻力。

    Q₂=Q_支-（n-1)Q_分=4050-（2-1）*506.25=3543.75m³/h

    該處的管段截面為未知，近似取0.45*0.5m³，其流速當(dāng)量直徑為：

    d₂=2a₁*b₁/(a₁+b₁)=2*0.45*0.5/(0.45+0.5)=0.47m

    按Q₂、d₂值，查金屬風(fēng)道的摩擦阻力線算圖（圖8-4），R1=0.75Pa/m，對于水泥砂漿抺面的風(fēng)道△=1.5mm，查圖8-5風(fēng)道粗糙度修正系數(shù)C=1.275，所以管段1-2的摩擦阻力為：

    H₁=R₁*L₁*C=0.75*3.13*1.275=2.99Pa

    根據(jù)q=Q_分/Q_支=506.3/4050=0.13，查局部阻力系數(shù)表（見附錄），ξ=0.04

    H_局1=ξ*H_d1=0.04*15=0.6Pa

    所以：H_阻1-2=H₁+H_局1=2.99+0.6=3.59Pa

    截面2-2處的動壓

    H_d2=H_d1-H_阻1-2=15-3.59=11.41Pa

    截面2-2處的風(fēng)速

    ω2=（2H_d2/γ)^1/2=(2*1.14/1.2)^1/2=4.36m/s

    截面2-2處的面積

    F₂=（4050-（2-1）*506.25）/3600*4.36=0.226m²

    截面2-2處的尺寸為：a₂*b₂=0.45*0.5m²

    其余各截面尺寸可用同樣方法求得，計(jì)算數(shù)據(jù)匯總在表8-9中。

    4、匯流管處的截面尺寸

    設(shè)匯流管處的管道風(fēng)速為V_匯=11.5米/秒，則管道直徑為：

    D_匯=（4Q₀/3600*π*V_匯）^1/2=(4*8100/3600*3.14*11.5)^1/2=0.499m

    取D_匯=500毫米

    5、空氣分配器面積的確定

    選取分配器平均出流速度為5米/秒，則每個(gè)空氣分配器的面積為：

    F_分=Q_分/3600V_分=506.3/3600*5=0.028m²

    若每個(gè)分配器上鋪有10目鐵絲網(wǎng)（孔眠大小以不漏糧為準(zhǔn)），下墊細(xì)鋼筋作支撐，其開孔率為50%，再加之網(wǎng)上堆放糧食，糧粒堵塞網(wǎng)眠，糧食的孔隙度為40%，故此實(shí)際制作的分配器面積應(yīng)為：

    F_分=0.028/50%*40%=0.14m²

   分配器面積尺寸為a*b=0.45*0.32m²

   6、通風(fēng)系統(tǒng)的阻力計(jì)算

   (1)糧層阻力

    根據(jù)糧堆表觀風(fēng)速V_表=0.0104米/秒，由8-30式得：

   H_糧=9.81*618.4*5*0.0104^1.321=72.85Pa

    (2)管道阻力

    由于：H_d匯=γV_匯²/2=1.2*11.5²/2=79.5Pa

    H_d8=3.08Pa

    所以：H_管=H_d匯-H_d8=79.35-3.08=76.27Pa

    (3)空氣分配器阻力：

    空氣分配器實(shí)際開孔率為50%*40%=20%，由8-29式得局部阻力系數(shù)為：

    ξ=（1-K)+{(1-K)/K}²=16.8

    則空氣分配器阻力為：

    H分=ξγV²_分/2=16.8*1.2*5²/2=252Pa

    (4)其它阻力：

    設(shè)連接件、匯流管以及不可預(yù)見等阻力為：H_其它=200Pa

    (5)通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力

    H_總=∑H=72.85+76.27+252+200=601.12Pa

    (7)風(fēng)機(jī)選擇

    根據(jù)Q₀=8100m³/h，H_總=601帕，與安全、經(jīng)濟(jì)、有效原則，選擇四臺HLT4G-2型軸流式風(fēng)機(jī)，其參數(shù)為：Q=9050m³/h,H=697Pa,N=3KW。

    在實(shí)際使用中，采用分配器加罩的做法，可使其通風(fēng)效果比不加罩明顯提高。

    （二）變截面、變出風(fēng)口等風(fēng)速均勻送風(fēng)管道

    等風(fēng)速均勻送風(fēng)風(fēng)道內(nèi)的氣體流速基本不變，風(fēng)道截面為變截面，設(shè)計(jì)采用假定流速法，按技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求選定風(fēng)道的風(fēng)速，再依據(jù)風(fēng)道的風(fēng)量確定風(fēng)道的截面尺寸。其計(jì)算式為：

    F=Q/3600V    8-52

    式中：F---風(fēng)道最大截面的面積（米²）；Q---流過某一截面的風(fēng)量（米³/時(shí)）；V---管道內(nèi)的平均流速（米/秒）。

    等風(fēng)速均勻送風(fēng)風(fēng)道的空氣分配器面積是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定的。各分配器的面積隨著遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的順序呈等差級數(shù)增加。其等差級數(shù)的首項(xiàng)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式求得：

    f₁=f_總/(2--3)N    8-53

    式中：f₁---第一個(gè)空氣分配器面積（米²）；N---開設(shè)空氣分配器數(shù)，當(dāng)N≤6時(shí)，取系數(shù)2，其余情況取3。f_總---空氣分配器總面積（米²），按下列公式求得：

    f_總=（4--5）F=（4--5）Q/3600V    8-54

    各空氣分配器的面積按下式計(jì)算：

    f_n=f₁+(n-1)d     8-55

    式中：f_n---第n個(gè)空氣分配器出風(fēng)面積（米²）；n---空氣分配器的排列順序號；d---空氣分配器出風(fēng)面積的公差（米²），由下式求得：

    d=2(f_總-nf₁)/n(n-1)    8-56

    例2：某倉房尺寸為17.22*11.64米²，散糧堆裝高度3米，實(shí)際儲存小麥45萬公斤，水分在安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，試設(shè)計(jì)一個(gè)變截面地槽，各空氣分配器面積不等的等風(fēng)速通風(fēng)系統(tǒng)。

    解：1、總風(fēng)量Q_總的確定

    (1)選擇單位通風(fēng)量：q=12m³/T.h

    (2)總風(fēng)量：Q_總=q*G=12*450=5400m³/h

    (3)交換次數(shù)：n=24*5400/17.22*11.64*3*40%=539次/晝夜

    (4)糧堆表觀風(fēng)速：V_表=Q_總/3600F=5400/3600*17.22*11.64=0.0075m/s

    2、管道布置

    在倉內(nèi)布置兩條“U”型風(fēng)道，風(fēng)道間距為4.305米，兩邊距墻2.153米。每根風(fēng)道上布置5個(gè)空氣分配器，其間距為2.31米，兩頭分別距墻1.5米與0.9米，如圖8-34所示。

    通風(fēng)途徑比K=3：（3+2.153）=1：1.72

    3、風(fēng)道截面尺寸的確定

    每個(gè)“U”型風(fēng)道負(fù)擔(dān)的風(fēng)量：Q=Q_總/2=2700m³/h

    匯流處管內(nèi)風(fēng)速取7米/秒，F(xiàn)_匯=Q/3600*V_匯=2700/3600*7=0.107m²

    此處截面為：a*b=0.35*0.31m²

    每根支風(fēng)道負(fù)擔(dān)的風(fēng)量：

    Q_支=Q_總/4=1350m³/h

    各空氣分配器處的管道截面：

    選取支風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速為4.5米/秒，由于風(fēng)道截面底線在一條直線上，因此只需要計(jì)算支風(fēng)道大頭與小頭的截面尺寸，然后用直線連接而成。

    F_支n=(N+1-n）Q_分/3600*V_支

    F_支1=5*270/3600*4.5=0.083m²

    F_支5=270/3600*4.5=0.017m²

    根據(jù)F_支1和F_支5確定：大頭截面0.3*0.28m²；小頭截面0.3*0.053m²

    4、各空氣分配器面積的確定

    選取 F_總=（4--5）F_匯=4.5F_匯=4.5*0.107=0.482m²

         F₁=F_總/（2--3）N=0.482/2*5=0.048m²

    d=2(F_總-nF₁)/n(n-1)=2*(0.480-5*0.048)/5*4=0.024m²

    F₂=F₁+d=0.048+0.024=0.072m²

    F₃=F₂+d=0.072+0.024=0.096m²

    F₄=F₃+d=0.096+0.024=0.120m²

    F₅=F₄+d=0.120+0.024=0.144m²

    地槽寬度為0.3米，因此各空氣分配器的面積為：

    F₁=0.3*0.16m²

    F₂=0.3*0.24m²

    F₃=0.3*0.32m²

    F₄=0.3*0.4m²

    F₅=0.3*0.48m²

    5、通風(fēng)系統(tǒng)阻力計(jì)算

    糧層阻力：H_糧=9.81*618.4*3*0.0075^1.321=28.38Pa

    由于該風(fēng)道風(fēng)速較低，加上采用分配器加罩等措施，整個(gè)系統(tǒng)阻力較小，故此管道與其它阻力為200帕，則總阻力為：

    H_總=28.38+200≈230Pa

    6、風(fēng)機(jī)選擇

    根據(jù)計(jì)算的Q_總、H_總值，選擇兩臺4-72-13型No4.5A離心風(fēng)機(jī)。其參數(shù)為：Q=2860---5280米³/時(shí)，H=422---638帕，N=1.1千瓦，n=1450轉(zhuǎn)/分。

    （三）地上籠沿程泄流均勻送風(fēng)管道

    地上籠風(fēng)道表面一般外鋪篩網(wǎng)，通風(fēng)時(shí)，氣流通過篩網(wǎng)均勻進(jìn)入糧堆，與糧食進(jìn)行濕熱交換，起到通風(fēng)降溫和降水的作用。風(fēng)道開孔率的大小對通風(fēng)系統(tǒng)阻力的值影響較大，生產(chǎn)中地上籠的開孔率一般大于30%。由于地上籠風(fēng)道設(shè)計(jì)、布置、制作容易，所以在糧庫得到廣泛應(yīng)用。

    如圖8-35所示，距起始截面X處的微元管段dx上的流量Qx為：

    Qx=(l-X)q     8-57

    式中：q---單位長度的泄流量（米³/秒.米）；l---風(fēng)管總長度（米）。

    dx段上的水力損失為：

    dH=[q(l-X)²]dx/K²

    式中：K2---流量模數(shù)。

    總水力損失：

    H=∫¹₀q(l-X)²dx/K²=l²Q/3K²     8-58

    如果半圓形風(fēng)道表面上沒有孔口，則空氣從末端流出時(shí)的阻力為l²Q/K²(此項(xiàng)阻力很小，可參見風(fēng)道通風(fēng)阻力計(jì)算的有關(guān)內(nèi)容），可見泄流風(fēng)管的阻力僅為原風(fēng)管的1/3，實(shí)際上可忽略不計(jì)。

    例3：中原地區(qū)某倉房尺寸為20*10米²，玉米散糧堆裝高度為4 米，糧食水分為安全水分。試設(shè)計(jì)一個(gè)地上籠通風(fēng)降溫系統(tǒng)。

    解：（1）總風(fēng)量Q_總的確定

    利用低溫季節(jié)進(jìn)行糧食通風(fēng)，故單位通風(fēng)量q=8m³/h.T,玉米容重取0.75噸/米³。

    糧食數(shù)量：G=20*10*4*0.75=600T

    總風(fēng)量：Q_總=q*G=8*600=4800m³/h

    (2)風(fēng)道布置

    在倉內(nèi)布置一條“U”型風(fēng)道，風(fēng)道間距為5米，兩邊距墻2.5米，風(fēng)道兩頭分別離墻1.5米與0.8米，風(fēng)道布置如圖8-36所示。

    通風(fēng)途徑比K=4：（4+2.5）=1：1.625<1:1.8    符合降溫要求。

   (3)通風(fēng)管道截面尺寸的確定

    “U”型管道的風(fēng)量為Q_總匯流管道（主風(fēng)道）截面形狀為圓形，管內(nèi)風(fēng)速取V_匯=8.39米/秒，則：

    F_匯=Q_總/3600V_匯

    D_匯=（4Q_總/3600*π*V_匯）^1/2=(4*4800/3600*3.14*8.39)^1/2=0.45m

    每條支風(fēng)道負(fù)擔(dān)的風(fēng)量為：

    Q_支=Q_總/2=4800/2=2400m³/h

    當(dāng)?shù)厣匣\截面形狀為圓形時(shí)，管內(nèi)風(fēng)速取V_支=米/秒，風(fēng)道直徑為：

    d_支=（4Q_支/3600*π*V_支）^1/2=（4*2400/3600*3.14*5）^1/2=0.412m

    取d_支=410mm

    在生產(chǎn)中，為了保證通風(fēng)的均勻性、支風(fēng)道與主風(fēng)道的銜接，可將支風(fēng)道做成漸縮管形式，此時(shí)大頭尺寸為430毫米，小頭尺寸為390毫米。

    (4)核算

    為了防止風(fēng)道尺寸過小，造成通風(fēng)穿網(wǎng)時(shí)阻力過大，因此，可用管道表觀風(fēng)速進(jìn)行核算：

    V_管表=Q_支/3600*F_表*C

    式中：F_表---支風(fēng)道出風(fēng)表面積（米²），對于圓管：F_表=πd_支L；L---支風(fēng)道有效長度（米）；C---支風(fēng)道有效出風(fēng)面積修正系數(shù)，對于圓形風(fēng)道取0.8，其它風(fēng)道取1.0。

    V_管表=2400/3600*3.14*0.41*17.7*0.8=0.037m/s<0.1m/s

    符合設(shè)計(jì)要求。

    如地上籠風(fēng)道采用其它截面形式通風(fēng)時(shí)，在設(shè)計(jì)中只需將面積計(jì)算公式換成對應(yīng)公式即可。

    (5)系統(tǒng)阻力的計(jì)算

    糧堆表觀風(fēng)速：V_表=Q_總/3600*F=4800/3600*20*10=0.0067m/s

    糧堆阻力：H_糧=9.81ahV_表^b=9.81*414.04*4*0.0067^1.484=9.65Pa

    系統(tǒng)阻力包括糧層阻力、供風(fēng)導(dǎo)管、通風(fēng)管道的阻力等，由于該通風(fēng)系統(tǒng)較簡單，故供風(fēng)導(dǎo)管與通風(fēng)管道等阻力選取200帕，因此：

    H_阻=H_糧+∑H=9.65+200≈210Pa

    (6)選擇風(fēng)機(jī)

    依據(jù)上述計(jì)算，Q=4800米³/時(shí)，H=210帕，對照風(fēng)機(jī)樣本，選用4-72-11No5A型離心風(fēng)機(jī)一臺，其參數(shù)為：Q=7358米³/時(shí)，H=548帕，n=1450轉(zhuǎn)/分，N=2.2千瓦。

    (7)地上籠的制作

    對圓形地上籠風(fēng)道，可采用竹籠或用鋼筋做骨架，外鋪16目鐵絲網(wǎng)的材料制作而成，孔眼大小以不漏糧為準(zhǔn)。地上籠也可采用其它材料制作，但風(fēng)道開孔率應(yīng)大于25---30%。
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