管路出口形式及其节能优化

管路出口形式主要有三种，如图7-24所示。其中图（a）为断面直径不变的圆管出口，这种形式是最常见的，其出口阻力系数ζ为1.0，若采用图（b）所示的圆锥形收缩出口形式，阻力系数会急剧增加。当出口断面的直径d与收缩前的直径D之比d/D=0.95时，其出口阻力系数就会增加到1.43，当d/D=0.5时，出口阻力系数则增加到5.51。此外，由于管D的收缩，使出口处的流速增加，因此，出口阻力损失h损（=）也会急剧增加。所以，这种收缩形出口形式在泵站不宜采用。

图7-24　管路出口形式

（a）断面不变的圆管出口；（b）圆锥形收缩出口；（c）圆锥形扩散出口

图7-24（c）所示为圆锥形扩散出口形式，其阻力系数与d/D和扩散角θ有关（见表7-9）。当θ＜45°时，其阻力系数均小于图7-24（a）所示出口形式。因为出口的阻力损失h损=管口扩大后不仅可以使ζ出减小而且可以使管口的流速v降低，因此，扩大管口对减小阻力损失、节约能耗也有明显的效果。为了说明这个问题，假定图7-24（a）的管口直径、阻力系数和阻力损失分别为D、ζ、h，图7-24（c）所示扩大后的管口直径、阻力系数和阻力损失分别为D扩、ζ扩，h扩，则管口扩大前后阻力损失的关系如下式：(www.xing528.com)

表7-9　圆锥形扩散出口的阻力系数ζ出

现以扩散前后的直径之比D扩/D=1.5为例，假定扩散角θ=8°，由表7-9查得阻力系数ζ扩=0.24，而管口不扩时的阻力系数ζ=1，代入上式后得h扩==0.047h。这就说明θ=8°，D扩/D=1.5的圆锥形扩大出口后，其阻力损失相当于断面不扩大的出口形式的0.047倍。可见，扩大管口对于节能是很有好处的。对于12in（1in=0.0254m）的水泵（流量为0.35m3/s），若采用350mm不扩大的出口，管口流速为3.64 m/s，阻力系数为1，则阻力损失h==0.675（m）。若采用θ=8°、D/d=1.5的圆锥形扩散出口，其阻力损失可减小到h扩=0.047h=0.047×0.675=0.03（m），即管口阻力损失约减小0.64m。当然，采用扩散出口后，会加大拍门尺寸，也会增加水力损失。但在扩散角较小的情况下，扩散出口仍有显著的节能效果。