上海世博园垃圾气力输送管道压力损失及阻力分析

主机房最远的管段作为计算目标，即最不利环路， 计算其总的压力损失。本系统中最不利环路见图
ｌ，具体参数为：最长管段ｌ
４０２．３
ｒｎ；０弯管５
个；３０。弯头１０个；根据国外经验，垃圾的输送
万方数据
环境卫生工程
第１９卷
速度为１５—２５ ｍ／ｓ，由于我国的垃圾湿度较大、密 度也较大，因此料气混合物在管道里的速度口选 定２０
面有重要影响…。压力损失值的大小直接影响气
力系统的定压力和执行的有效输出力，进而影响 系统的工作性能和可靠性。为此，笔者对基于管 道系统压力损失的重要因素进行分析，对流动参 数的计算、结构参数的选取及特殊管道的设计进 行了系统优化，提出了ｌ套合理的垃圾气力管道 系统设计方法，以使计算结果与实际值较为吻合， 为垃圾气力系统工作压力的设定提供依据。 １上海世博园垃圾气力传输系统概况 上海世博园垃圾气力传输系统主要由主机、 分离器、压缩机、净化器、过滤器、收集箱、密 封管道、阀门、投放站、中央控制系统等组成。 气力输送管道系统共计约６
也为后续相关垃圾气力输送项目提供经验。
参考文献
［１］宋国良，周俊虎，刘建忠．等．浓相气力输送中变径管道优化设计方 法的研究［Ｊ］．浙江大学学报。２００５．３９（１１）：１７８８—１７９１． ［２］万会雄．黄辉．黄海渡．超长液压管道压力损失的计算与试验分析 ［Ｊ］．液压与气动。２００９，１２（１０）：２３，２４． ［３］ＧＢ ５０３３２－－２００２给排水工程管道结构设ｔｆ规戈！ｌ［ｓ］．北京：中国建设工
排到户外。整个流程由电脑程序自动控制，垃圾 输送过程自始至终在全封闭的状态下完成，无需 任何人操作或与垃圾的直接接触。 ２气力输送中压力损失分析 气力输送过程中所需的能量，主要消耗于空 气和被输送物料在输送管中运动所引起的压力损 失。对于超长管道，垃圾气力输送的压力损失为 所有直管段的沿程压力损失与所有弯管（或弯头） 处的局部压力损失之和［２ｌ。目前，在气力输送设
本系统气体净化装置压力损失估算为０．８
ｋＰａ。
３）在弯头转弯处，半径设置为１．８ Ｉｎ以保
持垃圾能顺利通过，同时，管道上升或下降的坡 根据以上各个引起压力损失的压力计算，系
３．９总压力损失分析 统施工管段的垃圾投放站与主机房最远的管段的 总的压力损失经计算后为：
△Ｐ总＝△尸平ｔ△Ｐ起＋△尸弯＋△Ｐ投＋△尸垂＋△Ｐ尘 ＋△Ｐ分离＋ＡＰ净化＝２５．８３ ｋＰａ。
Ｐａ。
速度、弯管结构如内径、弯曲角、曲率半径、空
ｋｇ／ｍ３；
式中：ｐ气为管道中气体密度，近似１．２
间位置及物料的物理性质等有关，可用公式（５）
计算：
ｌ，气为管道中的气体流速，ｍ／ｓ；ｄ为管道内径，ｍ；
ｚ为管道长度，ｍ；Ａ为气体在直管中的摩擦因数。 对于紊流光滑管，Ｒｅ＝３ｘ１０３—１ ｘ１０５；粗糙度
肛（秽加气）２；垂直管中近似取口物刮气吲悬，水平管
中近似取ｔ，物＝（０．７—０．８５）口气。
经计算，当料气混合物在管道里的速度ｖ＝２０
ｍ／ｓ时，物料起动的压力损失△Ｐ起＝４１６．４ ３．４弯管阻力损失分析 当空气和物料的颗粒流通过弯管时，运动方 向发生变化，因惯性力及离心力作用，弯管处受 冲击、摩擦，物料在管道断面上会重新分布和运 动，引起很大的压力损失。这些压力损失与气流
ｍ／ｓ。
△Ｐ垂＝△尸沿（１１毗）＋△Ｐ升；
（２） （３）
△Ｐ升＝鲤进型蔓：。
２
式中：Ａｐ垂为垂直管道中的压力损失，Ｐａ；
ｈ为垃圾提升高度，取５
ｉｎ。
秽物为垂直管中物料颗粒处在稳定运动时的速 度，近似取秽物刮气叫悬，其中秽悬为物料达到悬浮 所需要的速度。经计算，当料气混合物在管道中 的速度ｖ＝２０ ｍ／ｓ时，垂直管道中的压力损失为：
３世博园垃圾气力输送系统压力损失计算 根据垃圾在整个系统中的运输流程分析，该 系统压力损失主要由垃圾投放口压力损失、物料 起动压力损失、阀门阻力损失、分离器压力损失、 过滤器及气体净化装置压力损失造成，选取整个
ｍ，系统利用环
保型抽风机制造气流，通过地下管道网络，将各
个投放口收集的垃圾输送至垃圾收集站，垃圾进
第１９卷第２期 ２０１１年４月
环境卫生工程
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｖ０１．１９ Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ ２０１１
・１．
上海世博园垃圾气力输送管道压力损失及阻力分析・
施至理
（上海环境卫生工程设计院，上海２００２３２） 摘要：简述了上海世博园垃圾气力传输系统概况，通过对垃圾投放口压力损失、物料起动压力损失、阀门阻力 损失、分离器压力损失、过滤器及气体净化装置压力损失的分析和计算，对风机型号和数量进行设计，同时提出减小 压力损失的措施。 关键词：世博园垃圾；气力输送；管道；压力损失 中图分类号：Ｘ７０５；ＴＱ０２２．１１＋５文献标识码：Ａ文章编号：１００５—８２０６（２０１ １）０２－－０００１—０３ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｗａｓｔｅ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ Ｐｉｐｅｓ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ
度保持１０。以下以尽量保持坡度的平滑稳定。
４）通过选择管道防腐机构和预埋管件以保持 管道长时间有效平稳，减小管道的粗糙度以减少 垃圾运输过程中产生的阻力。预埋管道防腐执行
ＳＹ／Ｔ
０４１３—２００２标准，采用３ＰＥ加强级防腐。。
世博园垃圾气力输送系统的动力来源为安装 于垃圾收集系统机房内的风机主机，本套系统选
ｗａｓｔｅ
ｗａｓ
ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｔｙｐｅ
ａｎｄ
ｑｕａｎｔｉｔｙ
ｏｆ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ
ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏｓｓｅｓ ｏｆ
ｉｎｌｅｔ，ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｔａｒｔｉｎｇ，ｓｅｐａｒａｔｏｒ，ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ｇａｓ ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ
ｉｎｓｔａＩｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
８００
计中，对压力损失的计算多采用经验公式。就垃
圾气力输送过程来分析，在输料管中两相流动的
压力损失主要有：①空气和物料在水平输送管道 中的压力损失；②空气和物料在垂直输送管道中 的压力损失；③物料加速时引起的压力损失；④ 弯头等管件处的压力损失；⑤高压风机起动引起 的压力损失；⑥料气分离器、除尘设备、投放口、 气体净化装置等引起的压力损失。
入收集站时先经过旋风分离器，将垃圾从气流中
分开，使其坠入压实机，被压进相连的垃圾收集
箱，经压缩后垃圾的体积只有原来的１／４。运送垃 圾的空气气流经过过滤器和气体净化装置净化后
过程中最不利的点即压力损失最大的点来分析。
在实际计算过程中，以施工管段的垃圾投放站与
・基金项目：住房和城乡建设部“生活垃圾气力输送系统 关键技术与装备研究”研究开发项目（２０１０一 Ｋ６—３３） 收稿日期：２０１１—０２—２５
ｋＰａ。
△Ｐ投＝缸△塑掣螳。
２
式中：如为摩擦因数，一般为１．５－３．０，取
２．５；Ｐ气为空气密度，１．２ ｋｇ／ｍ３；后投为两相流摩 擦因数，取与直管摩擦因数相等ｋ投：０．３６；秽投为 空气流速；ｐ为？昆合比，选定１．５。 所以当物料混合物在管道中的速度为秽＝２０ ｍ／ｓ时，ＡＰａ＝９２４
Ｐａ。
３．６除尘器压力损失 二级除尘，压力损失分别估算为１．０ ３．７分离器压力损失
通过对世博园垃圾输送管道压力损失的分析 和计算，提出有效控制压力损失的措施，对设计 过程中相关设备的选择有重要指导意义，保证了 上海世博园垃圾气力输送系统的正常有效运行，
ｋＰａ，因此，风机能提供的总压力为４０
大于整个系统中最不利点的总压力损失２５．８３
能满足以上整个系统压力损失，垃圾在气力输送 下能正常运转。 ４减小压力损失的措施
△睦＝△嘞（１舢）＋鲤掣＝２２１．７
２
Ｐａ。
３．３物料起动的压力损失分析
图ｌ上海世博园垃圾气力输送系统最不利环路示意
在供料处物料进入输送系统，为了使物料起
动，从零到达稳定速度，必须消耗一定的气流能 量，即产生一定的压力损失。垃圾气力输送系统 采用吸送式，起动压力损失按公式（４）计算：
３．１
空气和物料在水平管道中的压力损失分析 空气和物料在水平管道中的压力损失主要由
园垃圾气力输送系统能良好运行。针对垃圾气力 （６） 输送过程中引起压力损失的环节采取如下措施： １）合理选择管道材料，减小垃圾输送过程中 的沿程损失和局部损失。在管道材料选择上。垃 圾传输管道采用外径５０８ ｍｍ、壁厚１０ ｍｍ直缝 高频焊接钢管，材质Ｑ２３５Ｂ，执行ＳＹ／Ｔ ５０３７— ２０００标准。弯头、三通内径与管道内径相同，壁 厚１２ ｍｍ。其中靠近机房的管道为壁厚１５ ｍｍ的 直缝高频焊接钢管，管道平滑阻力小。通过材料 选择与管径保持一致，尽量减小垃圾输送过程中
空气和物料在运输过程中沿管壁的摩擦、物料颗
粒间的相互摩擦、碰撞以及保持物料颗粒处于悬
浮状态所消耗的压力损失。计算如公式（１）：
△Ｐ
△忙脞挚越。
式中：△Ｐ起为起动的压力损失，Ｐａ；ｐ气为气
体密度，近似１．２ ｋｒＣｍ３；风为起动摩擦因数，
ｘＦ＝△Ｐ沿（１础）。
（１）
式中：△Ｐ平为水平管道的总压力损失，Ｐａ； ＡＰ沿为空气在水平管道里的总压力损失，Ｐａ；肛 为物料混合比，输送一般物料混合比为０．５～５．０， 依据经验本项目取混合比为１．５；后为由试验确 定的摩擦因数，与气流速度、物料颗粒形状大小、 物理性质及管径等有关。 物料在一定的气流速度下，通过试验求得Ｉｊ｝ 值制成曲线图，供设计计算用，对缺乏实验的物 料，根据国外经验后取０．５。 空气沿管的阻力△Ｐ沿＝Ａ三巳型墨：。 列
Ｓｈｉ Ｚｈｉｌｉ
Ｅｘｐｏ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓａｎｉｔａｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｓｈａｎｇｈａｉ