按照《采暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》的要求，當多臺敞開(kāi)式的冷卻塔設計為并聯(lián)運行，而且在沒(méi)有集水箱的情況下，應該讓并聯(lián)中的冷卻塔與水泵之間的管段的壓力損失大致相同，要達到這樣的效果，可以在并聯(lián)冷卻塔之間配置平衡管，或在各塔底部配置聯(lián)通水槽。并聯(lián)冷卻塔由于配置平衡管的辦法簡(jiǎn)單易行，相比較在出水管增加電動(dòng)蝶閥而言，其消耗的費用更少，因而在很多冷卻塔工程中被使用。但是《采暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》并未指出冷卻塔平衡管尺寸應該如何計算。點(diǎn)擊查看【冷卻塔平衡管的作用和優(yōu)點(diǎn)】

　　在中國建筑工業(yè)出版社出版的《簡(jiǎn)明空調設計手冊》中指出“冷卻塔平衡管尺寸應與進(jìn)水管尺寸相同”，但是如何計算也沒(méi)有給出詳細的說(shuō)法。所以本文主要是對平衡管尺寸的計算方法進(jìn)行一些探討，為廣大同行做一個(gè)鋪墊。

　　在實(shí)際的冷卻塔并聯(lián)運行中，當底部配有平衡管，出水管不設電動(dòng)蝶閥，且有部分冷卻塔停止運行時(shí)，經(jīng)常會(huì )出現一臺冷卻塔持續補水，另外一臺冷卻塔溢漏。本文在研究冷卻塔平衡管尺寸計算公式的基礎上，也將會(huì )對此現象作出合理解釋。

　　為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，本文只討論兩臺開(kāi)式冷卻塔并聯(lián)運行的情況，計算模型示意圖如圖1。

　　圖中，MV為電動(dòng)蝶閥，在某一臺機組停止運行時(shí)，起關(guān)斷作用。BV為手動(dòng)蝶閥，平時(shí)開(kāi)啟，檢修時(shí)起關(guān)斷作用。

　　CWP為冷卻水泵，WCC水冷機組。

　　現在先假設冷卻塔1及其進(jìn)水電動(dòng)蝶閥關(guān)閉，冷卻塔2運行。由于冷卻塔2上部有水進(jìn)入，而冷卻塔1和冷卻塔2同時(shí)出水，導致兩臺冷卻塔的水位發(fā)生變化，產(chǎn)生高度差，從而促使水從冷卻塔2經(jīng)平衡管c流入冷卻塔1，當達到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，水位高度差為△h，即圖1所示狀態(tài)。而要想保證不發(fā)生溢漏現象，必須小于溢水管進(jìn)水口所在水位與開(kāi)始補水時(shí)的水位的高度差。而且該高度差△h也是平衡管c中水流流動(dòng)的唯一動(dòng)力。

　　由流體力學(xué)基本理論可知，要計算平衡管c的尺寸，要先知道平衡管c需要承擔的流量。而當水流達到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，管道a與平衡管c之間的流量必須相等。但由于精確計算管道a的流量比較困難，本文試從討論管道a和管道b流量的關(guān)系出發(fā)，來(lái)大致估算流經(jīng)管道a的流量。

　　一、管道a與管道b流量的分析

　　根據流體力學(xué)理論，假設在運行過(guò)程中，水為理想流體，且為定常流動(dòng)。則根據伯努利方程，1-1斷面與3斷面之間的能量方程為:

　　2-2斷面與3斷面之間的能量方程為:

　　式中:Pa1、Pa2—水表面大氣壓力，Pa：

　　ρ—水的密度，kg/m3

　　g—重力加速度，m/S2；P3—3斷面處壓力，Pa；Va—管道a的流速，m/s；λ—沿程阻力系數，無(wú)因次量；la—管道a的長(cháng)度，m；da—管道a的直徑，m；

　　ρξa—管道a的局部阻力系數和，無(wú)因次量；V′2—冷卻塔2集水盤(pán)表面水流速度，m/s；Vb—管道b的流速，m/s；lb—管道b的長(cháng)度，m；db—管道b的直徑，m；ρξb—管道b的局部阻力系數和，無(wú)因次量

　　在對各種冷卻塔樣本進(jìn)行計算后，確知進(jìn)水在經(jīng)過(guò)填料層流至集水盤(pán)上表面時(shí)，流速一般小于0101m/s，故在式(2)中將含V′2的那一項略去。

　　由于運行的冷卻塔風(fēng)機的抽吸作用，Pa2會(huì )小于Pa1，在這里為了簡(jiǎn)化計算，忽略該因素。

　　將(2)-(1)可以得到

　　△h=h2-h1，其最大值為溢水管進(jìn)水口所在水位與開(kāi)始補水時(shí)的水位的高度差。查閱樣本知其值大概在012m-014m之間。

　　在如圖1所示的這種接管方式中，la=lb，da=db，ρξa=ρξb，從而：

　　由式(4)可以判斷，Vb≥Va。而Vb-Va的值受尺寸、管長(cháng)和水位高度差的影響。在進(jìn)行大量實(shí)例計算后，發(fā)現尺寸和管長(cháng)對速度差的影響很小，而水位高度差對速度差的影響則相當大。同時(shí)，當速度的大小不同時(shí)，速度差的變化也很大。速度越大，速度差越小。在常用的速度范圍內(1～215m/s)，速度變化率在25%～5%內。由此可見(jiàn)，流經(jīng)管道b的流量總是大于流經(jīng)管道a的流量，其差額隨著(zhù)具體的情況而有所不同。但若接管方式不同于圖1，則由于阻力系數的不相等，可能會(huì )出現不同于上述分析的現象。

　　二、冷卻塔平衡管c的尺寸計算冷卻塔廠(chǎng)

　　由以上計算可知，流經(jīng)平衡管c的流量總是小于進(jìn)水管總流量的一半。假設進(jìn)水管總流量為Q，若取Q/2為平衡管需要承擔的流量，則可以認為計算出來(lái)的平衡管尺寸是比較安全的尺寸(當然也可以先估算出管道a的流量，并以該流量為平衡管需要承擔的流量來(lái)計算平衡管尺寸)。下面以Q/2作為流經(jīng)平衡管的流量，來(lái)討論平衡管的尺寸。

　　同樣利用伯努利方程:

　　式中

　　:lc—平衡管長(cháng)度，m；dc—平衡管直徑，m；Vc—平衡管中水流速度，m/s；ρξc—平衡管c的局部阻力系數和，無(wú)因次量

　　同樣忽略Pa1與Pa2差值的影響，并將含V′2的那一項忽略不計，則由(5)式可推出

　　又由流量計算公式Q=A×V知:

　　由(7)式有:

　　將(8)式代入(6)式并整理有:

　　式(9)即為計算平衡管尺寸的公式。再將(9)式寫(xiě)成函數的形式:

　　然后求f(d)=0的解即可。而該方程可用牛頓迭代法解，即:

　　在確定其他參數的值以后，以某初始值d0代入(10)式進(jìn)行迭代計算，即可求解。

　　三、冷卻塔平衡管的計算實(shí)例

　　某實(shí)際工程選用兩臺流量為250m3/h的冷卻塔，設計出水管尺寸為200mm。各參數取值如下:λ=01037，ρ彎頭=1，ρ進(jìn)口=019，ρ彎頭=019，ρ蝶閥=015，平衡管計算流量取125m3/h?！鱤分別取012m，013m，014m進(jìn)行模擬計算，結果如表1。

　　觀(guān)察表1的計算結果就會(huì )發(fā)現，在流量固定時(shí)，△h對冷卻塔平衡管尺寸的影響不可忽視。而從樣本查閱，不同冷卻塔的△h值并不完全相同，這就告訴我們設計人員，在為冷卻塔選用平衡管時(shí)，不能簡(jiǎn)單的將主管道的尺寸作為平衡管的尺寸，而應該要根據現場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行詳細的計算。

　　如果在實(shí)際的冷卻塔工程中發(fā)現溢漏現象，我們可以依據此計算公式對其進(jìn)行分析，就會(huì )知道引起溢漏的原因大致如下:

　　(1)、尺寸選擇過(guò)小，流通能力有限。

　　(2)、管道中有污物堵塞，或者碟閥損壞而不能全開(kāi)，導致阻力系數變大，減小流通能力。

　　(3)、并聯(lián)出水干管的阻力本身就不平衡，導致管道a承擔的流量大于管道b承擔的流量，即使平衡管承擔的流量大于總流量的一半。

　　四、結 論

　　本文對敞開(kāi)式冷卻塔并聯(lián)運行時(shí)平衡管尺寸的定位進(jìn)行了理論推導，并得到了相應的計算公式。研究表明，水位高度差對平衡管尺寸具有不可忽視的影響，建議設計師在計算時(shí)，應該結合實(shí)際工況來(lái)進(jìn)行計算。