一、储粮机械通风系统的设计步骤

    第一、设计的基本情况、储粮品种、仓房尺寸，数量或堆高；

    第二、依据通风目的，确定单位通风量，计算总风量Q；

    第三、依据通风途径比，确定通风形式，计算风道间距，布置风道；

    第四、依据总风量，确定风道截面尺寸，计算系统阻力H；

    第五、依据Q、H值，选择高效低耗的风机及型号；

    第六、依据新选风机参数，再对通风系统进行验算。

   二、储粮机械通风系统的设计

   （一）变截面、出风口等静压均匀送风管道

    空气在风道内流动，有静压和动压产生，风道内的气体流速用下式表示：

    V_d=(2H_d/γ)^1/2        8-42

    如果风道侧壁上开孔，当空气通过侧壁时，在气流的静压作用下，使靠近侧孔的空气产生一垂直风道的速度Vj为：

    V_j=(2H_j/γ)^1/2       8-43

    如图8-30所示，侧孔流出气流速度与风道轴线的角度α为：

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

    式中：上H_j---风道内空气的静压；H_d---风道内空气的动压；γ---风道内空气的重度。

    侧孔实际出流速度为：

    V=(V_d²+V_j²)^1/2       8-45

    从式8-44和8-45可以看出，出流实际速度的大小与孔口所在断面动压和静压的大小有关，其方向与静压和动压之比有关。静压越大（相对动压而言），α越大，即气流越接近与管壁垂直。

    侧孔a*b实际流出风量

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

   式中：μ---孔口流量系数；f₀---孔口面积（米²)；Q₀---通过孔口的风量（米³/时）；f'---与速度V垂直的射流截面面积（米²）。

    由于         sinα=V_j/V      8-47

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

    或式8-48可改写成为：Q₀/3600f₀=μV_j=V₀     8-49

    侧孔面积为：f₀=Q₀/3600V₀    8-50

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

    流量系数与侧孔阻力系数的关系为：ξ₀=1/μ²或μ=1/ξ₀^1/2     8-51

    为了保证均匀送风，必须满足下列条件：

    第一，保证各孔口静压相等。要保持各孔口流出的风量相等，必须保持每个孔口截面上的静压相等，即两孔口间的动压降等于两孔口间压力损失，由1-2截面（如图8-31所示）的伯努利方程可得到：

    H_j1+H_d1=H_j2+H_d2+H_损

    若H_d1-H_d2=H_损

    则H_j1=H_j2

    第二，保持各孔口的流量系数相等。如果能保证各孔口的静压H_j相等，各孔口的流量系数μ相同，就能保证各孔口的空气流量Q₀相等。ξ₀和μ由实验确定，它与孔口形状、出流角α及流量比（孔口流量与孔口前流量之比，Q₀/Q=q）有关。对于锐边孔口，当α≥60°时，流量比q=0.1---0.5范围内可近似取μ=0.6，如图8-32所示。

    第三，增大出流角α。风道中静压与动压之比愈大，气流在孔口的出流角α也就愈大，使出流方向接近于与风道侧面垂直，该比值如减少，出流就会向一个方向偏斜。出流过于偏斜，也就达不到均匀送风的目的，如图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。当然，最好是90°，但在实际工作中不可能做到，储粮通风中，为了使空气出流方向垂直于管壁，通常采用在孔口上盖以竹罩即加分配器罩的方法。

    例1.某仓房长48米，宽18米，小麦堆高5米，粮食水分在安全标准以内，试设计一个变截面地槽，各空气分配器面积相等的等静压通风系统。

    解：1、总风量Q_总的确定

   (1)总风量：单位通风量选取q=10m³/h.T，容重γ=0.75T/m³

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

   (2)换气次数（小麦孔隙度选取40%）为：

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

   (3)粮堆表观风速为：

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

    2、仓内风道布置

    (1)风道布置。在仓内布置四组U型地槽风道，支风道间距为4.440米，两边支风道距墙2.220米，每条支风道上设置8个空气分配器，分配器间距为3.130米，如图8-31所示。

   （2）通风途径比为：

   K=5:(5+2.220)=1:1.44  符合要求。

   3、地槽风道截面积的确定

   （1）每个U型风道负担的风量为：

    Q₀=Q_总/4=32400/4=8100m³/h

   (2)每根支风道负担的风量为：

    Q_支=Q₀/2=8100/2=4050m³/h

   (3)每个空气分配器负担的风量为：

    Q_分=Q_支/8=4050/8=506.25m³/h

    支风道初始流速选取ω₁=5m/s，则截面1-1处的动压：

    H_d1=γω₁²/2=1.2*5²/2=15Pa

   (4)确定截面1-1处的面积，根据F_n=（Q_支-(n-1)Q_分）/3600ω_n，则：

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

   根据F₁确定截面1-1的尺寸为：a₁*b₁=0.45*0.50m²

   (5)确定截面2-2处的面积：

    计算管段1-2处的摩擦阻力。

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

    该处的管段截面为未知，近似取0.45*0.5m³，其流速当量直径为：

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

    按Q₂、d₂值，查金属风道的摩擦阻力线算图（图8-4），R1=0.75Pa/m，对于水泥砂浆抺面的风道△=1.5mm，查图8-5风道粗糙度修正系数C=1.275，所以管段1-2的摩擦阻力为：

    H₁=R₁*L₁*C=0.75*3.13*1.275=2.99Pa

    根据q=Q_分/Q_支=506.3/4050=0.13，查局部阻力系数表（见附录），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处的动压

    H_d2=H_d1-H_阻1-2=15-3.59=11.41Pa

    截面2-2处的风速

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

    截面2-2处的面积

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

    截面2-2处的尺寸为：a₂*b₂=0.45*0.5m²

    其余各截面尺寸可用同样方法求得，计算数据汇总在表8-9中。

    4、汇流管处的截面尺寸

    设汇流管处的管道风速为V_汇=11.5米/秒，则管道直径为：

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

    取D_汇=500毫米

    5、空气分配器面积的确定

    选取分配器平均出流速度为5米/秒，则每个空气分配器的面积为：

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

    若每个分配器上铺有10目铁丝网（孔眠大小以不漏粮为准），下垫细钢筋作支撑，其开孔率为50%，再加之网上堆放粮食，粮粒堵塞网眠，粮食的孔隙度为40%，故此实际制作的分配器面积应为：

    F_分=0.028/50%*40%=0.14m²

   分配器面积尺寸为a*b=0.45*0.32m²

   6、通风系统的阻力计算

   (1)粮层阻力

    根据粮堆表观风速V_表=0.0104米/秒，由8-30式得：

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

    (2)管道阻力

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

    H_d8=3.08Pa

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

    (3)空气分配器阻力：

    空气分配器实际开孔率为50%*40%=20%，由8-29式得局部阻力系数为：

    ξ=（1-K)+{(1-K)/K}²=16.8

    则空气分配器阻力为：

    H分=ξγV²_分/2=16.8*1.2*5²/2=252Pa

    (4)其它阻力：

    设连接件、汇流管以及不可预见等阻力为：H_其它=200Pa

    (5)通风系统的总阻力

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

    (7)风机选择

    根据Q₀=8100m³/h，H_总=601帕，与安全、经济、有效原则，选择四台HLT4G-2型轴流式风机，其参数为：Q=9050m³/h,H=697Pa,N=3KW。

    在实际使用中，采用分配器加罩的做法，可使其通风效果比不加罩明显提高。

    （二）变截面、变出风口等风速均匀送风管道

    等风速均匀送风风道内的气体流速基本不变，风道截面为变截面，设计采用假定流速法，按技术经济要求选定风道的风速，再依据风道的风量确定风道的截面尺寸。其计算式为：

    F=Q/3600V    8-52

    式中：F---风道最大截面的面积（米²）；Q---流过某一截面的风量（米³/时）；V---管道内的平均流速（米/秒）。

    等风速均匀送风风道的空气分配器面积是根据生产经验确定的。各分配器的面积随着远离风机的顺序呈等差级数增加。其等差级数的首项，可按下列经验公式求得：

    f₁=f_总/(2--3)N    8-53

    式中：f₁---第一个空气分配器面积（米²）；N---开设空气分配器数，当N≤6时，取系数2，其余情况取3。f_总---空气分配器总面积（米²），按下列公式求得：

    f_总=（4--5）F=（4--5）Q/3600V    8-54

    各空气分配器的面积按下式计算：

    f_n=f₁+(n-1)d     8-55

    式中：f_n---第n个空气分配器出风面积（米²）；n---空气分配器的排列顺序号；d---空气分配器出风面积的公差（米²），由下式求得：

    d=2(f_总-nf₁)/n(n-1)    8-56

    例2：某仓房尺寸为17.22*11.64米²，散粮堆装高度3米，实际储存小麦45万公斤，水分在安全标准以内，试设计一个变截面地槽，各空气分配器面积不等的等风速通风系统。

    解：1、总风量Q_总的确定

    (1)选择单位通风量：q=12m³/T.h

    (2)总风量：Q_总=q*G=12*450=5400m³/h

    (3)交换次数：n=24*5400/17.22*11.64*3*40%=539次/昼夜

    (4)粮堆表观风速：V_表=Q_总/3600F=5400/3600*17.22*11.64=0.0075m/s

    2、管道布置

    在仓内布置两条“U”型风道，风道间距为4.305米，两边距墙2.153米。每根风道上布置5个空气分配器，其间距为2.31米，两头分别距墙1.5米与0.9米，如图8-34所示。

    通风途径比K=3：（3+2.153）=1：1.72

    3、风道截面尺寸的确定

    每个“U”型风道负担的风量：Q=Q_总/2=2700m³/h

    汇流处管内风速取7米/秒，F_汇=Q/3600*V_汇=2700/3600*7=0.107m²

    此处截面为：a*b=0.35*0.31m²

    每根支风道负担的风量：

    Q_支=Q_总/4=1350m³/h

    各空气分配器处的管道截面：

    选取支风管内风速为4.5米/秒，由于风道截面底线在一条直线上，因此只需要计算支风道大头与小头的截面尺寸，然后用直线连接而成。

    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

    根据F_支1和F_支5确定：大头截面0.3*0.28m²；小头截面0.3*0.053m²

    4、各空气分配器面积的确定

    选取 F_总=（4--5）F_汇=4.5F_汇=4.5*0.107=0.482m²

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

    d=2(F_总-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

    地槽宽度为0.3米，因此各空气分配器的面积为：

    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、通风系统阻力计算

    粮层阻力：H_粮=9.81*618.4*3*0.0075^1.321=28.38Pa

    由于该风道风速较低，加上采用分配器加罩等措施，整个系统阻力较小，故此管道与其它阻力为200帕，则总阻力为：

    H_总=28.38+200≈230Pa

    6、风机选择

    根据计算的Q_总、H_总值，选择两台4-72-13型No4.5A离心风机。其参数为：Q=2860---5280米³/时，H=422---638帕，N=1.1千瓦，n=1450转/分。

    （三）地上笼沿程泄流均匀送风管道

    地上笼风道表面一般外铺筛网，通风时，气流通过筛网均匀进入粮堆，与粮食进行湿热交换，起到通风降温和降水的作用。风道开孔率的大小对通风系统阻力的值影响较大，生产中地上笼的开孔率一般大于30%。由于地上笼风道设计、布置、制作容易，所以在粮库得到广泛应用。

    如图8-35所示，距起始截面X处的微元管段dx上的流量Qx为：

    Qx=(l-X)q     8-57

    式中：q---单位长度的泄流量（米³/秒.米）；l---风管总长度（米）。

    dx段上的水力损失为：

    dH=[q(l-X)²]dx/K²

    式中：K2---流量模数。

    总水力损失：

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

    如果半圆形风道表面上没有孔口，则空气从末端流出时的阻力为l²Q/K²(此项阻力很小，可参见风道通风阻力计算的有关内容），可见泄流风管的阻力仅为原风管的1/3，实际上可忽略不计。

    例3：中原地区某仓房尺寸为20*10米²，玉米散粮堆装高度为4 米，粮食水分为安全水分。试设计一个地上笼通风降温系统。

    解：（1）总风量Q_总的确定

    利用低温季节进行粮食通风，故单位通风量q=8m³/h.T,玉米容重取0.75吨/米³。

    粮食数量：G=20*10*4*0.75=600T

    总风量：Q_总=q*G=8*600=4800m³/h

    (2)风道布置

    在仓内布置一条“U”型风道，风道间距为5米，两边距墙2.5米，风道两头分别离墙1.5米与0.8米，风道布置如图8-36所示。

    通风途径比K=4：（4+2.5）=1：1.625<1:1.8    符合降温要求。

   (3)通风管道截面尺寸的确定

    “U”型管道的风量为Q_总汇流管道（主风道）截面形状为圆形，管内风速取V_汇=8.39米/秒，则：

    F_汇=Q_总/3600V_汇

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

    每条支风道负担的风量为：

    Q_支=Q_总/2=4800/2=2400m³/h

    当地上笼截面形状为圆形时，管内风速取V_支=米/秒，风道直径为：

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

    取d_支=410mm

    在生产中，为了保证通风的均匀性、支风道与主风道的衔接，可将支风道做成渐缩管形式，此时大头尺寸为430毫米，小头尺寸为390毫米。

    (4)核算

    为了防止风道尺寸过小，造成通风穿网时阻力过大，因此，可用管道表观风速进行核算：

    V_管表=Q_支/3600*F_表*C

    式中：F_表---支风道出风表面积（米²），对于圆管：F_表=πd_支L；L---支风道有效长度（米）；C---支风道有效出风面积修正系数，对于圆形风道取0.8，其它风道取1.0。

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

    符合设计要求。

    如地上笼风道采用其它截面形式通风时，在设计中只需将面积计算公式换成对应公式即可。

    (5)系统阻力的计算

    粮堆表观风速：V_表=Q_总/3600*F=4800/3600*20*10=0.0067m/s

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

    系统阻力包括粮层阻力、供风导管、通风管道的阻力等，由于该通风系统较简单，故供风导管与通风管道等阻力选取200帕，因此：

    H_阻=H_粮+∑H=9.65+200≈210Pa

    (6)选择风机

    依据上述计算，Q=4800米³/时，H=210帕，对照风机样本，选用4-72-11No5A型离心风机一台，其参数为：Q=7358米³/时，H=548帕，n=1450转/分，N=2.2千瓦。

    (7)地上笼的制作

    对圆形地上笼风道，可采用竹笼或用钢筋做骨架，外铺16目铁丝网的材料制作而成，孔眼大小以不漏粮为准。地上笼也可采用其它材料制作，但风道开孔率应大于25---30%。
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