Расчет площади воздуховодов и фасонных изделий
Прямой участок воздуховода
Площадь воздуховода круглого сечения
Площадь воздуховода прямоугольного сечения
Отвод
Площадь отвода круглого сечения
Площадь отвода прямоугольного сечения
Переход
Площадь перехода круглого сечения
Площадь перехода прямоугольного сечения
Площадь перехода с прямоугольного сечения на прямоугольное
Ширина A, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Высота B, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Ширина a, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Высота b, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Длина L, мм
S, м2
Тройник
Площадь тройника круглого сечения
Площадь тройника круглого сечения
Площадь тройника прямоугольного сечения
Площадь тройника прямоугольного сечения
Ширина A, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Высота B, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Длина L, мм
Ширина a, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Высота b, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Длина l, мм
S, м2
Заглушка
Площадь заглушки круглого сечения
Площадь заглушки прямоугольного сечения
Утка прямоугольного сечения
Площадь утки со смещением в 1-ой плоскости
Площадь утки со смещением в 2-х плоскостях
Зонты
Площадь зонта островного типа
Длина A, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Ширина B, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Длина a, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Ширина b, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Высота h, мм
S, м2
Площадь зонта пристенного типа
Длина a, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Ширина b, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
Высота h, мм
Полка c, мм 5010015020025030035040045050055060065070075080085090095010001100120013001400150016001700180019002000
S, м2
Зонты и дефлекторы
Площадь круглого зонта
Площадь дефлектора
Площадь квадратного зонта
Площадь прямоугольного зонта
Расчет площади воздуховодов и фасонных изделий
На сегодняшний день воздуховоды из стали пользуются наибольшей популярностью. В вентиляции применяются воздуховоды их оциокованнной стали толщиной 0,5-1,0мм (в зависимости от сечения), отличаются гладкой поверхностью, антикоррозийными свойствами, невысокой ценой и долговечностью. Эти воздуховоды характеризуются повышенной огнестойкостью. Применяются как в промышленных, так и в жилых зданиях, ресторанах, клубах и т.д. Жесткие воздуховоды изготавливаются из оцинкованной или нержавеющей стали как круглого, так и прямоугольного сечения, обеспечивая необходимую огнестойкость, долговечность. Применяются в помещениях любой планировки и сложности.
Возможно изготовить воздуховоды и фасонные изделия любого размера и конфигурации
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Оптимальная форма поперечного сечения газо/воздуховодов
Всемирный инженерно-технический журнал Vol. 04 No.03 (2016), ID статьи:72372,6 страниц
10.4236/wjet.2016.43D030
Оптимальная форма поперечного сечения газо/воздуховодов
Yongjian Gu
Департамент морской инженерии США Академия торгового флота США Кингс-Пойнт, Нью-Йорк, США
Поступила в редакцию: 24 сентября 2016 г.; Принято: 22 октября 2016 г.; Опубликовано: 29 октября 2016 г.
АННОТАЦИЯ
На промышленных предприятиях, кораблях и в зданиях большое количество газо- и воздуховодов применяется для соединения оборудования, ОВКВ, среднего транспорта, выхлопа и т. д. Эти воздуховоды могут быть спроектированы в различной формы поперечного сечения, например, круглой или прямоугольной. Путем геометрического расчета формы поперечного сечения воздуховода и инженерного опыта автор показывает, что круглое поперечное сечение является оптимальной формой в системе воздуховодов. Круглый воздуховод имеет более короткий периметр, чем воздуховоды другой формы поперечного сечения, и более прочную конструкцию в тех же рабочих условиях. Количественно определена экономия материала круглого воздуховода за счет меньшего периметра. В статье показано, что круглый воздуховод экономически привлекателен. Экономический анализ экономии материальных затрат проиллюстрирован примером. Для системы длинных воздуховодов экономия материалов и затрат на них значительна. Предполагается, что круглый воздуховод в системе газо- и воздуховодов должен иметь приоритет, пока позволяют полевые условия. В документе экономия материальных затрат также преобразуется в PW, AW и FW, используемые для экономического анализа LCC.
Ключевые слова:
Оптимальные, Воздуховоды, Форма поперечного сечения, Экономический и стоимостной анализ подключение оборудования и средний транспорт, например, в HVAC и выхлопных системах. Формы поперечного сечения воздуховодов часто проектируются и изготавливаются прямоугольными, квадратными или круглыми. Материал воздуховода чаще всего представляет собой оцинкованный металлический лист. В зависимости от целей применения воздуховода используются изоляционные материалы. С геометрической точки зрения круглый воздуховод имеет наименьший периметр по сравнению с прямоугольным и квадратным воздуховодами с одинаковой площадью проходного сечения. Следовательно, материал круглого воздуховода по сравнению с квадратным или прямоугольным воздуховодом с равной площадью поперечного сечения может быть уменьшен. В то время как при равных периметрах круглый воздуховод имеет наибольшую площадь проходного сечения, что, по-видимому, уменьшит трение потока. Тем не менее, круглый воздуховод должен быть оптимальной конструкцией для воздуховодов. Соотношения периметра и площади поперечного сечения этих воздуховодов показаны в Таблице 1. Если система воздуховодов имеет длину в тысячи футов, экономия материала и экономия затрат на материалы будут значительными, и другие преимущества могут быть получены при использовании круглого воздуховода.
2. Экономия материала и преимущества использования круглого воздуховода
При проектировании системы воздуховодов форма поперечного сечения воздуховода может быть круглой или прямоугольной с одинаковым трением потока, что означает одинаковую площадь поперечного сечения потока. Уравнение, связывающее диаметр D круглого воздуховода и длины сторон прямоугольного воздуховода, будет [1]
(1)
Тогда k, отношение периметра круглого воздуховода к прямоугольному воздуховоду, равно 9.0006
(3)
Уравнение (3) становится после преобразования
(4)
где R = a/b = длина длинной стороны/длина короткой стороны , Результаты соотношения периметров k варьируются в зависимости от соотношения сторон Rand. Описание приведено в таблице 2.
Можно видеть, что для круглого воздуховода требуется меньший периметр по сравнению с прямоугольным воздуховодом. Чем больше R, тем меньше k, что означает меньше материала для круглого воздуховода, чем для прямоугольного. Из практики промышленности значение R обычно равно 9.0006
Таблица 1. Отношения периметра и площади.
Таблица 2. Отклонение K от R.
около 2. Таким образом, материал воздуховода можно сэкономить на 20%, используя круглый воздуховод. Другими словами, экономия затрат на материал для круглого воздуховода составляет 20% по сравнению с прямоугольным воздуховодом.
1) Экономия затрат на листовой металл
Оцинкованная металлическая сталь является наиболее распространенным материалом, используемым при изготовлении воздуховодов. Стоимость изготовления воздуховодов обычно зависит от общей массы воздуховода и фитингов. Для прямого воздуховода из оцинкованной металлической стали цена за единицу калибров 26, 24, 22, 20 и 18 менее 454 кг (1000 фунтов) составляет около 5,79 долларов США./ кг (2,63 доллара США за фунт) [2]. В Таблице 3 показана экономия затрат на материал на единицу длины воздуховода 813 мм x 406 мм (32″ × 16″) при R = 2. будет происходить всякий раз, когда на поверхности объекта есть прерывность или неоднородность. Периметр прямоугольного воздуховода имеет резкие повороты, а периметр круглого воздуховода продолжается плавно. Таким образом, круглый воздуховод с меньшей концентрацией напряжений будет иметь более длительный срок эксплуатации.
Стабильность конструкции
Также известно, что когда в воздуховоде течет поток сжатого воздуха или газа, воздуховод будет обозначать внутреннюю силу. Круглый воздуховод имеет более высокую устойчивость конструкции, чем прямоугольный воздуховод, согласно анализу внутренних напряжений. Таким образом, в круглом воздуховоде могут не потребоваться прочностные компоненты, используемые в прямоугольном воздуховоде, например стальные элементы со стороны сечения и направления потока. Это уменьшит материал воздуховода и трудозатраты на изготовление. В результате снижается стоимость материалов и изготовления.
3) Прочая экономия
Если требуется изоляция, воздуховоды обычно облицовываются лицевым стекловолоконным покрытием (внутренняя облицовка воздуховода) или обертываются снаружи многослойным стекловолоконным полотном размером 25 мм на 50 мм (1 дюйм на 2 дюйма) (обертка воздуховода). ). Поскольку периметр круглого воздуховода меньше периметра прямоугольного воздуховода, количество изоляционных материалов будет меньше.
Таблица 3. Экономия затрат на материал на единицу длины.
Стоимость доставки зависит от массы материала, которая обычно составляет около 0,33 долл. США/кг (0,15 долл. США/фунт) [2]. Поскольку масса воздуховода снижается из-за уменьшения материала воздуховода, соответственно снижается стоимость доставки.
Пример:
Система воздуховодов длиной 305 м (1000 футов) будет подавать 102 м 3 воздуха в минуту (3600 CFM). При расчете трение на 305 м (100 футов) воздуховода составляет 2 мм (0,08 дюйма водяного столба), а диаметр круглого воздуховода D = 610 мм (24 дюйма) выбран [3]. При равном трении в качестве альтернативы можно использовать прямоугольный воздуховод размером 813 мм × 406 мм (32 дюйма × 16 дюймов). Следовательно,
Периметр круглого воздуховода равен
L = πD = 1,92 м (6,3 фута)
Периметр прямоугольного воздуховода будет равен
L = 813 мм × 406 мм (32″ × 16″) = 2,4 м (8,0 футов)
Для системы воздуховодов 22 калибра длиной 305 м (1000 футов) общая экономия материала воздуховода составит
Экономия материала на единицу квадратной площади = 305 м × (2,4 м − 1,92 м) = 146,4 м = 305 м × 19,42 $/м = 5923 $
В таблице 4 показана экономия затрат на материалы для системы воздуховодов длиной 305 м (1000 футов) с калибром 26, 24, 22, 20 и 18 при одинаковых проектных условиях соответственно. . Можно увидеть, что для длинной системы воздуховодов экономия на материальных затратах значительна!
3. Экономия затрат на материалы в анализе LCC
Экономия затрат на материалы может применяться вместе с другим анализом экономии в стоимости жизненного цикла (LCC), чтобы получить общую экономию затрат на систему воздуховодов в течение заданного времени подъема системы. Другая экономия, например, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание и ремонт или стоимость MV. Экономия материальных затрат должна быть преобразована в PW, AW и FW в анализе LCC [4]. PW, AW и FW экономии материальных затрат рассчитываются по
(5)
(6)
(7)
В качестве иллюстрации в таблице 5 показаны PW, AW и FW экономии материальных затрат калибра 22 из приведенного выше примера в разделе 2 со следующими назначениями.
Таблица 4. Материал экономия на издержках.
Таблица 5. Экономия при изменении i и n.
Процентная ставка (i) = 6%, 8% и 10% соответственно
Срок службы (n) = 15, 20, 25 и 30 лет соответственно
4. Заключение
Форма поперечного сечения системы газо- и воздуховодов, применяемых для подключения оборудования, ОВиК, среднего транспорта и вытяжки, можно выбрать как круглую, так и прямоугольную. Однако из геометрических расчетов и анализа напряжений следует, что круглый воздуховод имеет меньший периметр и более прочную структуру потока. В результате материал воздуховода может быть сохранен при одинаковом трении потока и других преимуществах, таких как срок службы воздуховода, который может быть получен в тех же рабочих условиях при использовании круглого воздуховода по сравнению с прямоугольным воздуховодом. Расчет из примера показывает, что для большой системы воздуховодов экономия материалов и затрат на материалы значительна.
Сделан вывод, что круглая форма поперечного сечения оптимальна по сравнению с квадратной и прямоугольной формой для газовоздушной системы.
Рекомендуется использовать круглый воздуховод в газо- и воздуховодах, если позволяют полевые условия.
Процитировать эту статью
Gu, YJ (2016) Оптимальная форма поперечного сечения газоходов/воздуховодов. Всемирный журнал инженерии и технологий, 4, 250-255. http://dx.doi.org/10.4236/wjet.2016.43D030
Ссылки
- 1. Линдебург, М. Р. (2006) Справочное руководство по машиностроению, Professional Publications, Inc., 12-е издание, Belmont, Chap. 20, 20-14.
- 2. Томпсон, Дж.А. (2014) Национальный оценщик сантехники и ОВКВ. Книжная компания Craftsman, Нью-Йорк.
- 3. (2015) Бюро испытаний, настройки и балансировки (TABB). www.tabbcertificate.org
- 4. Салливан, В. (2012) Инженерная экономика, Пятнадцатое издание, Prentice Hall. www.pearsonhighered.com
Сокращения
AW: годовая стоимость
CFM: кубический фут в минуту
D: диаметр круглого воздуховода
FW: будущая стоимость
HVAC: отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха по периметру