论水封管内径的计算论文

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1、论水封管内径的计算论文.freelm”。《小型和常压热水锅炉安全监察规定》第二十八条要求：“水封管的内径应当根据锅炉的额定容量和压力确定，且内径不得小于25毫米”。但是，水封管的内径究竟应该根据什么样的公式去计算？这里没有具体加以规定。水封管的内径为何不能小于25mm？这里没有加以说明。1确定水封管内径的一种错误观点有人说，可以按安全阀的排放量计算公式去间接确定水封管的内径。笔者认为这是不对的。理由如下：其一，按流体力学，安全阀的局部阻碍因为其进出口呈直角型式，边壁是突变的，主流与边壁之间形成大尺度旋涡，蒸汽排放时能量损失很大；而水封管的边壁是渐变的，又不出现减速增压现象的部位，故蒸汽排

2、放时的能量损失很小。其二，安全阀的出口之外肯定还有排汽管，它的排放量计算公式应该考虑这一额外的因素；而水封管却只相当于它的排汽管。其三，安全阀在排汽时，汽流还自始至终受到弹簧或者重锤施加的反方向作用力，能量损失非常之大；而水封管在排汽时却不会受到这样的反作用力，无此项能量损失。显然，安全阀排汽与水封管排汽区别太大，不能按安全阀排放量计算公式去确定水封管的内径。2用流体力学理论建立水封管内径计算方法为了正确确定水封管的应有内径，我们有必要按流体力学的理论来分析一下水封管的流动阻力和能量损失。蒸汽流过水封管时的阻力损失ΔP等于水封管进口压力P1与出口压力P2之差。管道的阻力损失ΔP＝Pa（1

3、）式中λ—管道摩擦系数；d—管道内径，m；ρ—流体的密度，kg／m3；u—流体在管内的流速，m／s；L—平直管段的总长度，m；Σξ—管道中各种局部阻力之和。管道的摩擦系数λ值取决于流体流动的雷诺数Re和管壁的相对粗糙度。管壁的相对粗糙度等于管壁的绝对粗糙度（即管壁内凸起高度）K与管内径d之比。雷诺数Re=(2)式中ν－流体运动粘滞系数，m2／s；其他符号说明同上。由于水封管进出口压差通常大于40000Pa，排汽时的流速都大于100m／s，雷诺数Re都大于80000000，所以蒸汽的流动状态为紊流流动，而且位于阻力平方区。在此区域内，摩擦阻力系数λ值仅取决于管壁的相对粗糙度，可以用尼古拉兹

4、公式进行计算：λ＝（3）一般管道的绝对粗糙度K=0.0002m，但是水封管的直接接触大气的，在使用一段时间后，管内壁腐蚀必然较为严重，所以，笔者认为取K=0.0005m才合理。这样，摩擦阻力系数λ值就完全可以确定了。综合参考书2和3，笔者提出表1所列水封管的局部阻力系数ξ值。水封管的局部阻力系数ξ值表1水封管部位名称水封管内径（mm）15171820232526293234364042≥50普通90°弯头1.51.51.51.51.51.01.01.01.01.01.00.50.50.5煨制90°弯头1.51.51.51.51.51.01.01.01.01.01.00.50.50.5U形

5、煨制弯头2.51.51.0插入设备的入口竖向1.0平向1.0平向骑座式入口0.5水封管出口1.0突然缩小0.5套管0.5将式（1）进行数学变换，可以得到水封管内流速u的计算公式：u=m/s(4)至于流体的密度ρ，运动粘滞系数ν则可以从流体的物理参数表上查到。例如，压力为0.04MPa（表压）时，蒸汽的密度ρ=0.7943kg／m3，运动粘滞系数ν=16.06×10－6m2／s；压力为0.1MPa（表压）时，蒸汽的密度ρ=1.121kg／m3，运动粘滞系数ν=11.46×10－6m2／s。水封管的阻力损失等于它的进出口压力之差。这样一来，我们只要根据水封管的进口压力P1（即设备额定压力）与

6、出口压力P2（等于零）就可以计算出ΔP值；再采用试算法预先确定水封管的一个内径值d，根据水封管的结构从表1查得并计算出局部阻力系数之和∑ξ；将d值、K值代入式（3）可计算出摩擦阻力系数λ；根据d值可计算出水封管的横截面积A；然后根据式（4）计算出水封管排汽速度u；最后根据下式就能够计算出水封管的排汽能力Q：Q=3600uAρkg/h(5)只要计算出的排汽能力Q大于设备的最大蒸发量，即额定蒸发量D，就可以认定我们预先确定的管径值是符合要求的。否则，还应加大管径d值重新进行试算，直到计算出的水封管排汽能力Q大于设备的额定蒸发量D。对于水封保险器，笔者认为，只要按全部蒸汽都从主排汽管路通过，计

7、算确定它应有的横截面积；然后计算出水封管排汽速度u；最后核算出水封管的排汽能力即可，不必考虑水箱下的那根小立管排汽所带来的影响。3结论笔者曾对额定压力都是0.04MPa、额定蒸发量分别为100kg/h和50kg/h的小型汽水两用锅炉所用的、从封头竖向插入锅炉中、总高度为4m的水封管，用本文叙述的方法进行计算，规格依次为Φ29×3（内径为23mm）和Φ22×2.5（内径为17mm）的无缝钢管就分别符合要求。这两台锅炉于2001年先后在