EM616 Water piping design - Mahidol University

01/11/2019

1

ME TUMechanical Engineering DepartmentFaculty of Engineering, Thammasat University


การออกแบบระบบท่อนํา

ดุลยโชติ ชลศกึษ ์ภาควชิาวศิวกรรมเครอืงกล คณะวศิวกรรมศาสตร ์

มหาวทิยาลยัธรรมศาสตร ์

ME TUMechanical Engineering DepartmentFaculty of Engineering, Thammasat Universityการออกแบบระบบท่อนํา 2

หวัข้อการบรรยาย1. ปัมและขนาดท่อ

2. ระบบท่อประปา

3. ระบบหมุนเวียนนํา

4. การอนุรกัษ์พลงังาน

5. สรปุ

01/11/2019

2

ME TUMechanical Engineering DepartmentFaculty of Engineering, Thammasat University3

ปัม

1• เสน้โคง้ของระบบ• การตอ่ปัมแบบตา่งๆ



หลกัการ

เมอืความดนัตน้ทางไม่เพยีงพอ จะใชปั้มเพอืเพมิความดนั

SOURCE PIPING SYSTEM END USERS


01/11/2019

3


ชนิดของปัม

DISPLACEMENT PUMPS DYNAMICS PUMPS

CENTIFUGRALTURBINERECIPROCATING ROTARY

High head High flow



ผงัแจกแจงชนิดของปัม

Lobe/gearPiston Diaphragm

ปรมิาตรแทนทีเชงิบวก

แรงเหวยีง


01/11/2019

4


ช่วงการทาํงาน



เส้นโค้งสมรรถนะ


01/11/2019

5


ปัมลูกสบู



ปัญหาการไหลเป็นช่วงๆ

Install receiver tank to reduce fluctuation


01/11/2019

6


DIAPHARGM PUMP

To avoid contact between fluid and pump mechanism


ME TUMechanical Engineering DepartmentFaculty of Engineering, Thammasat Universityการออกแบบระบบท่อนํา

01/11/2019

7


ROTARY GEAR PUMP

For high viscosity fluid



https://www.globalspec.com/learnmore/flow_transfer_control/pumps/gear_pumps_positive_displacement

External GEAR PUMP


01/11/2019

8



Internal GEAR PUMP





01/11/2019

9


ROTARY SCREW PUMP

For very high viscosity fluid



For very high viscosity fluid


01/11/2019

10


ปัมหอยโข่ง - CENTRIFUGAL PUMP

End suction Split-case



01/11/2019

11


โครงสร้างของปัมหอยโข่ง

End suction pump



ใบพดัปัมแบบต่างๆ


01/11/2019

12


การรวัไหลภายในปัม



Pump input and output

Output = Flow rate and Pressure rise.

Flow rate

Input energy

500 lpm @ 10bar / eff. 50% = ? kW


01/11/2019

13


เส้นโค้งสมรรถนะของปัมแรงเหวียง

= 0.57 (Ns = 1,550) = 3.66 (Ns= 10,000)



Steep vs. flat curves

▪ Flat curve for closed loop system with variable flow rate▪ Steep curve for high head and constant flow rate


01/11/2019

14


กฎของความเสมือน (Affinity law)

Impeller Diameter Impeller Speed



ตวัอย่างย่านการทาํงานของปัม


01/11/2019

15


ตวัอย่างเส้นโค้งสมรรถนะของปัม



พิกดัมาตรฐานของมอเตอร์hp kW

1/8 0.09

1/6 0.12

1/4 0.18

1/3 0.25

1/2 0.37

3/4 0.55

1 0.75

1.5 1.1

2 1.5

2.5 1.85

3 2.2

hp kW

4 3

5.5 4

7.5 5.5

10 7.5

15 11

20 15

25 18.5

30 22

40 30

50 37

60 45


01/11/2019

16


Net Positive Suction Head



Net Positive Suction Head Required

At low pressure, water can become vapor, causing cavitations.

TemperatureT (oC)

Vapor Pressure(kPa)**

0 0.87

5 0.92

10 1.18

20 2.29

30 4.27

40 7.43

50 12.36

60 19.89

70 31.10

80 47.32

90 70.16

100 101.3

Suction pressure must be maintained above NPSHRto avoid cavitation


01/11/2019

17


Net Positive Suction Head Available

z

Suction lift

Vapor pressure

Pressure drop in suction piping

MUST Maintain NPSHA > NPSHR



01/11/2019

18


35

Patm vs Elevation


36

Example

01/11/2019

19


37


จดุทาํงาน


01/11/2019

20



การเติมนําจากก้นถงั


01/11/2019

21


การเติมนําจากด้านบนของถงั

Which way fill faster?



การหรีวาลว์ด้านส่งเพือลดอตัราการไหล


01/11/2019

22


การปรบัความเรว็รอบเพือลดอตัราการไหล


VSD = “Variable Speed Drive”


การปรบัความเรว็รอบเพือควบคมุแรงดนัในท่อร่วม


01/11/2019

23


ขีดจาํกดัของการลดความเรว็รอบ



การต่อปัมแบบขนาน และแบบอนุกรม


01/11/2019

24


การขนานปัมในระบบท่อทีมีความต้านทานสงู



การขนานปัมทีมีขนาดต่างกนั


01/11/2019

25


การใช้ถงัความดนั



การเลือกปัม

Best Efficiency

ในระยะยาว ค่าพลงังานคดิเป็นหลายสบิเท่าของราคาปัม


01/11/2019

26


PIPE SIZING


Recommended Velocity

Type of pipe Velocity (m/s)

Pump discharge 2.4 – 3.6

Pump suction 1.2 – 2.1

Drain pipe 1.2 – 2.1

Header 1.2 – 4.6

Riser 0.9 – 3.0

General water supply 1.2 – 3.0

Main potable water supply 0.9 – 2.1

Boiler feed water 2.5 – 4.6

01/11/2019

27


Maximum Velocity to Prevent Erosion

Service hours per year Max. Velocity (m/s)

1500 3.66

2000 3.51

3000 3.35

4000 3.05

6000 2.74

8000 2.44


Maximum Velocity to Prevent Erosion

01/11/2019

28


Recommend velocity for different pipe sizes

Small pipe higher drop at same velocity


Size by velocity

1. Determine flow rate in each section2. Sizing pipe according to velocity3. Compute pressure drop

Flowrate

(lpm)

DN

(mm)

Velocity

(m/s)

Pressure Drop

(m/100m)

9 (14)* 15 0.8 (1.2) 6.24 (14.2)

20 (24)* 20 1.0 (1.2) 6.72 (9.45)

39 25 1.2 6.98

78 32 1.4 6.98

120 40 1.5 6.73

230 50 1.8 6.57

390 65 2.1 6.88

670 80 2.3 6.88

1,200 100 2.4 5.31

1,850 125 2.4 3.88

01/11/2019

29


Size by velocity


ตวัอย่างที 1.1 (1)

01/11/2019

30





01/11/2019

31


200 lpm

5.04m/100m




01/11/2019

32



เลอืกปัมสาํหรบัตวัอยา่งที 1.1 จากครงัทแีลว้

200 lpm @ 50.85m.WG.




200 lpm

50.85 m

Possible selections: NM12 and NM25/20


01/11/2019

33


ตวัอย่างที 1.2 (3)Select NM12: Trim Diameter to 198 mm




Pump has efficiency of 49.5%

Power consumption 3.2 kW

Max power consumption 4kW

Select Motor size: 5.5kW

Note: follow standard motor size


01/11/2019

34



hp kW

1/8 0.09

1/6 0.12

1/4 0.18

1/3 0.25

1/2 0.37

3/4 0.55

1 0.75

1.5 1.1

2 1.5

2.5 1.85

3 2.2

hp kW

4 3

5.5 4

7.5 5.5

10 7.5

15 11

20 15

25 18.5

30 22

40 30

50 37

60 45




Dimension of NM12


01/11/2019

35


ตวัอย่างที 2

[email protected].

จากระบบดงัรูป จงทํานายจุดทํางานหากเดนิปัมขนาน 2 ตวั โดยปัมแต่ละตวัมสีมรรถนะตามกราฟดา้นล่าง



ตวัอย่างที 2 (2)

23.1m.WG.

= 21.6m.WG → แปรผนักบัอตัราไหล+ 1.5 m. WG. Elevation → คงที


01/11/2019

36



2 pumpsin parallel

Singlepump



การติดตงัปัม


01/11/2019

37


แบบการติดตงัโดยทวัไป

ระวงัตําแหน่งทไีม่เท่ากนัของมาตรวดัความดนั



การดดูจากทีตาํ

More suction lift = Less NPSHA → Cavitation5 Meter lift is the maximum possible value

Foot Valve

Submersible pump


01/11/2019

38


การดดูจากถงั

แผ่นกนันําวนVortex prevention plate

Drain

Make-up

Vent

Ove

rflo

w



การใช้ข้อลดเยืองศนูย์

ผิด

ถูก


01/11/2019

39


รปูการติดตงัทวัไป



ระบบท่อประปาในอาคาร

2o การประเมนิความตอ้งการนําo การออกแบบระบบท่อในหอ้งนําo การออกแบบระบบจา่ยนําในอาคาร


01/11/2019

40


เป้าหมายในการออกแบบ

สง่นําประปา ดว้ยอตัราการไหลและความดนัทเีพยีงพอ

SHUR

WC

HB

BD



การประเมินความต้องการนําต่อวนั

ประเภทของอาคาร ความตอ้งการนํา หน่วย ลติร/วนั ต่อ

อาคารทีพกัอาศยั 100-300 คน

อาคารสาํนักงาน 40-75 คน

โรงพยาบาล 600-1200 เตียง

โรงเรียน 50-80 คน

โรงแรม 200-400 ห้อง

หอพกั 200-300 คน

ซกัรีด 20-40 กก. ของผ้า

สนามบิน 15-25 คน


01/11/2019

41


การประเมินความต้องการนําสงูสดุ (อตัราการไหล)

▪ สุขภณัฑท์งัหมดในอาคาร ไม่ไดใ้ชพ้รอ้มกนั▪ ตอ้งใชว้ธิกีารทางสถติปิระเมนิ % ทใีชง้านพรอ้มกนั▪ ฮนัเตอร ์ศกึษาไวแ้ลว้เมอืปี 1941

หน่วยสุขภณัฑ ์→ อตัราการไหล(Fixture Units)



PLUMBING FIXTURES

LAVATORY URINAL WATER CLOSET(FLUSH TANK)

WATER CLOSET(FLUSH VALVE)

LAV UR WC WC

01/11/2019

42


PLUMBING FIXTURE (2)

BATH TUB SHOWER BIDET

BT SH BD


หน่วยสขุภณัฑ์ (1)

อปุกรณท์ใีชนํ้า คําย่อหน่วย

สขุภณัฑ ์ขนาดท่อ

นํา

อตัราการไหลทีตอ้งการ

ความดนั

(FU) (DN) (lpm) (bar)

อ่างอาบนําแบบไม่มฝัีกบวั Bath tub

BT 2 15 19

อ่างลา้งมอืในบา้น Lavatory (private) LAV 1 10 8 0.34

อ่างลา้งมอืสาธารณะ Lavatory (public)LAV 2 10 8 0.55-0.85

ฝักบวัอาบนํา Shower SH 2 15 11 0.82

โถปัสสาวะชาย (วาลว์ชกัโครก) Urinal (flush valve)UR 5 20 38-76 1

โถสว้ม (ถงัชกัโครก) Water closet (flush tank)WC 5 15 11-19 0.7-1.4

โถสว้ม (วาลว์ชกัโครก) Water closet (flush valve)

WC 10 25 57-150


01/11/2019

43





นํา



(FU) (DN) (lpm) (bar)กอ๊กนําดมื Drinking fountain

0.5 15 2

อ่างลา้งมอืในคลนิิก Clinic sink2 15 11

อ่างลา้งมอืทนัตกรรม Dental sink1 15 4

อ่างลา้งจานในครวั Kitchen sink2 15 11

เครอืงซกัผา้ Washing machine2 15 19






นํา



(FU) (DN) (lpm) (bar)กอ๊กสนามสาธารณะ Hose bib (public) HB 5 20 19

อปุกรณอ์นืๆ ตามขนาดท่อนําประปา1 10

2 15

3 20

10 25


01/11/2019

44


กราฟของฮนัเตอร์



HUNTER’S CURVE (ZOOM)

01/11/2019

45


กราฟของฮนัเตอร์ (ตาราง)



ตวัอย่างการประเมินความต้องการนํา

สุขภณัฑ์ FU จาํนวน FU รวม

WC

UR

LAV

รวม FU

อตัราการไหล


01/11/2019

46


ตวัอย่างการประเมินความต้องการนํา (2)

ห้องนํา FU FU รวม อตัรา

การไหล

ขนาดท่อ

1

2

3

รวม FU

อตัราการไหล

1

2

3




01/11/2019

47





01/11/2019

48


การประเมินความต้องการความดนั

▪ สุขภณัฑท์วัไปทํางานทคีวามดนั 0.5-1 บาร ์▪ การประปาส่งนําทคีวามดนัประมาณ 2 บาร ์▪ อาคารจดัเกบ็นําไวใ้นถงัสํารอง▪ พจิารณาระบบการจ่ายนําทเีหมาะสม



01/11/2019

49


ระบบจ่ายขึน



ระบบจ่ายลง


01/11/2019

50


ระบบหลายถงัและระบบผสม

(รูปจาก วรทิธิ 2551)



การออกแบบระบบท่อ

▪ ทอ่ประปาในหอ้งนํา มกัเดนิอยู่เหนือฝ้าหรอืซอ่นในผนงั▪ เดนิดว้ยทอ่ PVC หรอื ทอ่เหล็กอาบสงักะสี (GSP)▪ ควรจดัใหม้ตีวัดกัคอ้นนํา (water hammer arrester) โดยเฉพาะทอ่เหล็ก


01/11/2019

51


ค้อนนําและการป้องกนั

▪ คอืคลนืความสนัสะเทอืนทเีกดิจากการเปลยีนแปลงความเรว็ในการไหลอย่างฉบัพลนั▪ อาจเกดิจากวาลว์ชนิด เปิด-ปิด เรว็▪ หากคลนืสะทอ้นไปมาแลว้เกดิการแทรกสอด (resonant) จะเกดิเสยีงดงั หรอืแรงกระแทก▪ ป้องกนัโดยใชโ้พรงอากาศ

(รูปจาก วรทิธิ 2551)



การกาํหนดขนาดท่อ

▪ จดุต่อกบัสุขภณัฑใ์ชข้นาดทอ่ตามสุขภณัฑ ์▪ ทอ่รว่มในหอ้งนํา ใชข้นาดตามตาราง▪ ทอ่เมนเขา้หอ้งนํา คดิตามอตัราการไหล


01/11/2019

52



แนะนําระบบท่อนําทิง

▪ เป็นการไหลดว้ยแรงโน้มถว่ง ตอ้งเดนิทอ่ใหม้คีวามลาดเอยีง▪ ตอ้งมทีอ่อากาศเพอืรกัษาแรงดนัภายในทอ่▪ ไม่ใชพ้ลงังาน


01/11/2019

53



01/11/2019

54


ระบบหมนุเวียนนํา

3

• ระบบนําเย็นเพอืการปรบัอากาศ• การปรบัสมดลุ• ฉนวน



ระบบท่อนําเยน็Expansion tank(open or closed)

จดัเป็นระบบปิด(มจีดุสมุผสักบัภายนอกไม่เกนิ 1 จดุ)


01/11/2019

55


อตัราการไหลโดยประมาณ

(2.4 gpm/tonR)

(3 gpm/tonR)

(lpm/tonR)



วงจรนําเยน็แบบพืนฐาน


01/11/2019

56


วงจรนําเยน็แบบปฐมภมิูและทุติยภมิู



ท่อกลบัแบบย้อน


01/11/2019

57


วาลว์ปรบัสมดลุ



วาลว์ควบคมุ

สนิเปลอืงพลงังานในการปัมถา้▪วาลว์ควบคุมเสยี (เปิดคา้ง )▪ใชว้าลว์ควบคุมแบบสามทาง▪วาลว์บายพาสเสยี (เปิดคา้ง)

variable flow rate constant flow rate


01/11/2019

58


ระบบท่อนําหล่อเยน็

▪ เป็นระบบเปิดเกดิตะไครนํ่าได ้▪ มกีารบําบดันํา▪ อุณหภูมสูิงเกดิตะกรนัได ้▪ ใชท่้อใหญ่กว่าปกติ 1 ขนาด▪ เตมินําดว้ยอตัรา 1-1.5% ของอตัราหมุนเวยีนนํา

▪ ท่อนําทงิ 2 เท่าของท่อเตมินํา



การใช้ Glycol ในระบบทีอณุหภมิูตาํกว่า 4°C


01/11/2019

59


ผลของ Glycol ในระบบทีอณุหภมิูตาํกว่า 4°C (2)



ผลของ Glycol ในระบบทีอณุหภมิูตาํกว่า 4°C (3)


01/11/2019

60


ฉนวนความเยน็



ความหนาทีเหมาะสมของท่อนําเยน็ในอาคาร (5°C)


01/11/2019

61


ความหนาทีเหมาะสมของท่อนําเยน็ในอาคาร (5°C)(2)



การอนุรกัษ์พลงังานในระบบท่อนํา

4

• มาตรการทเีป็นไปได ้


01/11/2019

62


มาตรการอนุรกัษ์พลงังานในระบบท่อนํา

1. การหาจุดทํางานทเีหมาะสม (ลดอตัราการไหล)2. การปรบัปรุงอุปกรณ์3. การลดคา่ความตอ้งการกําลงัไฟฟ้า4. บํารุงรกัษา



การหาจดุทาํงานทีเหมาะสม (ลดอตัราการไหล)

▪ การหรวีาลว์ด่านจา่ย▪ การทรมิใบพดัปัม▪ การเปลยีนปัม▪ การปรบัความเรว็รอบของปัม

ใชไ้ดก้บัระบบสง่หรอืหมุนเวยีนนําทุกชนิด โดยเฉพาะระบบนําเย็นและนําหล่อเย็นในการปรบัอากาศ ซงึผูอ้อกแบบมกัเผอืไวม้าก


01/11/2019

63


สญัญาณบ่งชีว่าอตัราการไหลเกิน

ความแตกตา่งระหวา่งอณุหภูมิดา้นส่งกบัอุณหภูมดิา้นกลบันอ้ยกวา่คา่ทอีอกแบบ



การปรบัปรงุอปุกรณ์

▪ การใชสุ้ขภณัฑป์ระหยดันํา▪ การใชถ้งัชกัโครกแทนวาลว์ชกัโครกเพอืลดแรงดนัทตีอ้งการในระบบ (อาจยกเลกิปัมได ้ ในกรณีอาคารชนัเดยีว)

▪ ปรบัปรุงฉนวนท่อนําเย็น


01/11/2019

64


การลดค่าความต้องการกาํลงัไฟฟ้า

▪ การเปลยีนเวลาการปัมนําขนึถงัสูง▪ การใชร้ะบบจ่ายนําแบบ cascade▪ การลดขนาดปัม

การบํารุงรกัษา▪ ซอ่มแซมรอยรวัทซีลีและในระบบท่อ▪ ซอ่มวาลว์ควบคมุ▪ ลา้งกรอง



สรปุ

5


01/11/2019

65


สรปุ

▪ ราคาของระบบท่อมกัเป็นเพียง 7% - 10% ของต้นทุน

ทงัหมด แต่มีความสาํคญัมาก

▪ การออกแบบต้องมองปลายทางก่อนเสมอ (Demand)

▪ ในกาํหนดขนาดท่อหรือปัมถ้าลงัเลระหว่าง 2 ขนาดให้

เลือกขนาดทีปลอดภยัไว้ก่อนเสมอ → oversize

▪ การอนุรกัษ์พลงังานในระบบทีเกียวกบันํา มกัทาํได้ง่าย

(เนืองจากผูอ้อกแบบมกั oversize ระบบไว้เสมอ) แต่ต้อง

อาศยัความรู้ทางวิศวกรรมเพือหาจุดทีเหมาะสม


Date post:	18-Dec-2021
Category:	Documents
Upload:	others
View:	3 times
Download:	0 times

EM616 Water piping design - Mahidol University

Documents