Для проведения гидравлических расчетов трубопроводов, транспортирующих любой энергоноситель, должны быть предварительно определены и заданы:

• схема трубопроводной системы с указанием материалов, из которых они изготовлены; состояние их внутренней поверхности (эквивалентная шероховатость);
• предельные значения давлений и температур энергоносителя, которые они могут выдержать без разрушения;
• местоположение энергетического источника и каждого потребителя;
• геометрические длины каждого участка трубопроводов, а также количество и типы установленных на участке местных сопротивлений;
• расчетные (максимальные) потребности каждого потребителя в транспортируемом энергоносителе;
• требующиеся каждому потребителю параметры теплоносителей;
• табличные или графические материалы для определения зависимостей физических свойств теплоносителя (плотность, вязкость и др.) от изменения его параметров при движении по трубопроводу.

В задачу гидравлических расчетов входят:

• определение диаметров всех участков трубопровода, обеспечивающих доставку каждому потребителю необходимое ему расчетное количество теплоносителя (энергоносителя);
• определение потерь давления энергоносителя при прохождении через соответствующий участок трубопроводной системы.
• определение величины давления энергоносителя в каждом сечении рассчитываемого трубопровода.

Падение давления Δр у, Па, или напора Δh у = Δр у /ρg, м, энергоносителя при движении через участок трубопровода, транспортирующего энергоноситель в виде сжимаемой (пар) или несжимаемой (вода) жидкости вызывается затратой энергии на преодоление сил трения между слоями жидкости и стенками трубопровода (так называемое линейное падение давления Δр у.л. или напора Δh у.л.) и затратой энергии на вихреобразование при прохождении потоком элементов трубопроводного участка, вызывающих изменение его направления и скорости (так называемое падение давления Δр у.м. или напора Δh у.м. в местных сопротивлениях, размещенных на участке трубы). Величины полных потерь давления и напора на участке получают суммированием

Δр у = Δр у.л + Δр у.м или Δh у = Δh у.л + Δh у.м.

Линейное падение давления –

Δр у.л = R л ×l у, Па,

а напора –

Δh у.л = i l у, м,

где l у – длина участка трубопровода, м; R л – удельное падение давления на одном метре длины участка, Па/м; i – гидравлический уклон, т.е. потеря напора на одном метре длины трубопровода (величина безразмерная).

Удельное линейное падение давления R л, Па/м, так же, как и гидравлический уклон i, определяются по уравнению Дарси – Вейсбаха:

где λ– коэффициент гидравлического трения; θ – усредненная по сечению трубы скорость энергоносителя, м/с; ρ– плотность энергоносителя, кг/м 3 ; d в – внутренний диаметр трубопровода, м; G – массовый расход энергоносителя, кг/с; g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

Из (3.76) и (3.77) следуют формулы для вычисления внутреннего диаметра труб

а также зависимости для вычисления массового расхода G, кг/с:

Величина коэффициента гидравлического трения l зависит от режима течения потока (характеризуемого значением числа Рейнольдса – Re) и от состояния внутренней поверхности стенки трубы (которое характеризуется отношением величины выступов эквивалентной шероховатости стенки D к внутреннему диаметру трубы). Данные о значениях эквивалентных абсолютных шероховатостях D труб, изготовленных из различных материалов, приведены в табл.3.8. Для вычисления l в гидравлических расчетах трубопроводов тепловых сетей целесообразно использовать формулы, приведенные в табл.3.9.

Потери давления или напора при прохождении потока через местное сопротивление, размещенное на трубопроводе, определяются по выражениям

Таблица 3.12.

Значения коэффициентов местных сопротивлений элементов тепловых сетей

	Значение []	Характеристика местного сопротивления	Значение []
Отводы Гнутые гладкие под углом 90° при: R гн d в = 1 R гн d в = 3 R гн d в = 4 R гн d в > 4 Гнутые со складками по углом 90° при: R гн /d в = 3 R гн /d в = 4 Сварные под углом 90°: одношовные двухшовные трехшовные Сварные одношовные под углом: 60° 40° 30°	1,0 0,5 0,3 0,1¸0,2 0,8 0,5 0,6 0,5 0,7 0,3 0,2	Тройники При разделении потоков: для прямого прохода для ответвления При слиянии потоков: для прямого прохода для встречных потоков Арматура: задвижки нормальные клапаны проходные клапаны с косым шпинделем обратные клапаны поворотные обратные клапаны подъемные водоотделитель грязевик компенсатор сальниковый компенсатор волнистый	1,0 1,5 1,2¸1,8 3,0 0,5* 4¸8 6,5¸7 8¸12 4¸10 0,2¸0,3 2,5
*Коэффициент сопротивления нормальной задвижки при ее частичном прикрытии определяется по выражению ζ={(1,17-n)/[(0,67-0,57n)n-1} 2 , где n = доля открытия задвижки. Открытая: n = 1, ζ= 0,5; закрытая: n = 0, ζ= ∞; открыта на 50%: n = 0,5, ζ= 6,2; открыта на 10%: n = 0,1. ζ= 270.

Приведенные выше зависимости и табличные данные применимы для гидравлического расчета трубопроводных систем с разнообразными энергоносителями. Ниже излагается методика гидравлического расчета на примере разветвленной двухтрубной закрытой водяной тепловой сети (рис. 3.17, а), состоящей из 4 потребителей и 7 участков тепловой сети в двухтрубном исполнении.

При проектировании тепловой сети диаметры подающей и обратной труб на каждом участке должны быть одинаковы и рассчитаны на пропуск к каждому i-му потребителю максимального расчетного расхода сетевой воды G di , кг/с.

При качественном регулировании отпуска теплоты как в открытых, так и в закрытых системах теплоснабжения величина расхода G di , кг/с:

G в.р.i – расчетный расход воды для системы вентиляции i-го потребителя:

• в закрытых системах теплоснабжения при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

Значение коэффициента k з, учитывающего ту долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение, которая проходит через участок тепловой сети, в расчете его диаметра трубы данного участка следует принимать:

а) при качественном регулировании отпуска теплоты по отопительной нагрузке:

• в открытых системах с тепловым потоком до 100 МВт – k з = 0,8, а при тепловом потоке в 100 и более МВт – k з = 1,0
• в закрытых системах с тепловым потоком до 100 МВт – k з = 1,2, а при тепловом потоке в 100 и более МВт – k з = 1,0;

б) при качественном регулировании отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения – k з = 0.

Расчетное количество пара, необходимое i-му потребителю для обеспечения технологической нагрузки Q т.р.i , кВт:

G т.р.i =Q т.р.i /;

(3.92)

где х – доля возвращаемого конденсата.

Значения величин τ 1ор,τ 2ор,τ 2вр,τ " 1 ,τ " 2г, t г, t х, t пр, t s приведены в разд. 2.

Используя рис.3.17, определяют количество и расположение всех потребителей, длины всех участков, типы и количества местных сопротивлений каждого участка сети.

По выражениям (3.86)¸(3.91) определяют расчетные расходы ко всем потребителям G d1 , G d2 , G d3 , G d4 . Используя табл.3.8, принимают значение эквивалентной шероховатости стальных труб D э = 0,0005 м.

Так как по сети движется несжимаемая жидкость (сетевая вода), значение температуры которой при движении воды по длине трубы фактически не меняется, а определение диаметров тепловой сети проводят при режиме, когда температура сетевой воды τ 1 " °С, то принимают для всех участков значение плотности воды ρ = 975 кг/м 3 , а значение ее кинематической вязкости ν = 0,416×10 -8 м 2 /с.

Учитывая, что скорость движения воды в трубах лежит в пределах 0,5¸3,5 м/с, а диаметры применяемых в тепловых сетях труб лежат в пределах 0,1¸1,4 м, то проведение несложных расчетов показывает, что в тепловых сетях при расчетных режимах на любом участке Re > 568d в /Δ э.

Поэтому формулы (3.76)¸(3.81) преобразуются в более удобные для расчетов виды:

Порядок гидравлического расчета двухтрубных разветвленных водяных сетей

Расчет главной магистрали

1.Так как диаметры подающей и обратной труб на каждом участке одинаковы, то проводят определение диаметров только подающей линии. 2.Выбирают за главную магистраль последовательность участков от энергетического источника до самого удаленного потребителя. На рис. 3.17 это потребитель 1 и участки l 1 +l 5 + l 6 . 3.Для всех участков главной магистрали принимают (из технико-экономических соображений) численное значение удельного линейного падения давления R л.эк. , Па/м. 4.По (3.94) определяют диаметр d в1 , м, последнего участка магистрали l 1 . Используя данные табл.2.35, округляют полученное значение в сторону ближайшего стандартного диаметра d в.1.ст, м. 5.Уточняют по (3.93) величину реального удельного линейного падения давления на участке 1 при течении потока через диаметр стандартного размера R л.1.d . Если система закрытая, то и в обратной трубе будут такой же диаметр, расход, величины R л1d и Δр л1 = R л1 ×l 1 . 6. Используя схему на рис. 3.17 и данные табл. 3.12, определяют потери в местных сопротивлениях на подающей трубе участка 1 Δр м1п по формуле (3.82) (один клапан ζ к = 6; одна задвижка ζ з = 0,5; один сальниковый компенсатор ζ ск = 0,2; один тройник раздающий на проход ζ тр = 1; один грязевик ζ гр = 7) и их долю a 1 =Δр м1п /Δр л1 . 7. Вычисляют общие потери давления на участке 1 Δр 1d =R л1d l 1 (1+a 1). 8. Аналогично проводится расчет и остальных участков главной магистрали.

Рис.3.17. Схемы разветвленной тепловой сети

а – водяная двухтрубная; б – паровая однотрубная; 1–4 – потребители теплоты; – клапан; – нормальная задвижка; – компенсатор; П – то же гибкий П-образный; I – сетевой насос; II – подпиточный насос; III – водоподогреватель; IV – регулятор подпитки; V – паровой котел

Расчет ответвлений

1. Из схемы на рис.3.17 очевидно, что общие потери давления на участке ответвления 2 совпадают с общими потерями на участке главной магистрали 1, который расположен после точек присоединения ответвления. Отсюда, так как R л2 =Δр 2 /l 1 (1+a 2), то задаются значением а 2 и подставив Δр 1д =Δр 2 , определяют R л2 =Δр 1д /l 2 (1+a 2) 2. По (3.94) определяют диаметр d в2 и округляют его в сторону ближайшего большего диаметра d в.2.ст.б. Далее расчет ведется по изложенной выше методике расчета участка главной магистрали с целью определения R p2o , Δр м2п, а 2 , Δр 2д.

При расчете открытых двухтрубных водяных сетей в данную методику вносят некоторые изменения:

1)Диаметры и подающей и обратной трубы участка открытой двухтрубной водяной сети выбирают по единому расчетному расходу

G di = √[(G o.p.i +G в.р.i) 2 +(G o.p.i +G в.р.i)G г.ср.i _0,5G г.ср.i ]

и округляют до одинаковых стандартных значений d в.сг.i . Однако в реальных условиях по ним протекают расходы, отличающиеся на величину G г.ср.i . Поэтому, начиная с пункта 6 расчета главной магистрали, возникают отличия от расчета закрытой системы теплоснабжения.

2)Уточняют по (3.93) величины удельного линейного падения давления на участке 1 раздельно для подающей

R л1д n =13,62*10 -6 (G o.p.1 +G в.р.1 +G г.ср.1) 2 /d в.ст1 5,25 ; Δp л1 n =R л1д n *l 1 ;

и обратной линий

R л1д o =13,62*10 -6 (G o.p.1 +G в.р.1 +G г.ср.1) 2 /d в.ст1 5,25 ; Δp л1 o =R л1д o *l 1 .

3)Раздельно учитывают сумму коэффициентов местных сопротивлений для подающей трубы Σζ n

И для обратной трубы Σζ o , а также величины потерь давления в их местных сопротивлениях:

Δp м.1.n =0,8106Σζ n (G o.p.1 +G в.р.1 +G г.ср.1) 2 /ρd в.ст1 4 ; a 1n =Δp м.1.n /Δp л1 n ;

Δp м.1.o =0,8106Σζ o (G o.p.1 +G в.р.1 +G г.ср.1) 2 /ρd в.ст1 4 ; a 1o =Δp м.1.o /Δp л1 o .

4)Общие потери давления на участке считают суммарно по подающей и обратной трубам

ΣΔp 1д =l 1 ; и так на всех остальных участках главной магистрали.

Расчет ответвлений в открытой системе теплоснабжения

1.Задаются величиной а 2 и вычисляют удельное линейное падение давления на ответвлениях R л2 =ΣΔp 1д /2]l 2 (1+a 2)]. 2.Определяют одинаковые диаметры подающей и обратной трубы d в2 участка 2 по G д2 и R л2 , используя (3.94), и округляют каждый из них в сторону ближайшего большего стандартного d в2.ст. Естественно, что и d в2.ст.n =d в2.ст.o . 3.Так как реальные расходы через подающую и обратную трубы участка различаются, то вычисляют по (3.93) величины удельного падения давления на участке 2 раздельно для подающей и обратной трубы.

При гидравлическом расчете разветвленных паропроводов кроме исходных данных, необходимых для расчета водяных тепловых сетей, должны быть заданы дополнительно параметры пара р и, МПа, и t и, °С, отходящего от источника теплоты, а также величины р i и t i , требующиеся каждому потребителю.

Методика гидравлического расчета паропроводов совпадает с вышеизложенной методикой гидравлического расчета подающего трубопровода закрытой системы теплоснабжения и отличается от нее лишь в следующих моментах:

4.Направление главной магистрали выбирается по направлению к тому потребителю, для которого требуется наименьшая величина удельного линейного падения давления. С этой целью по направлению к каждому потребителю вычисляют значение удельного линейного падения давления R лi =10 6 (p и -p i)/Σl и-i , Па/м; где Σl и-i – сумма длин участков сети, через которые пар поступает к i-му потребителю от источника теплоты, м. На том направлении, где R лi будет наименьшим из всех сравниваемых R лi , ему присваивается обозначение R л.эк. Например, на схеме паропровода рис.3.17 в качестве главной принята l г.м =l 6 +l 7 +l 4 . 5.Плотность пара при движении по паропроводу существенно меняется, и для каждого участка паропровода должно вычисляться значение средней плотности пара ρ ср.i кг/м 3 . С этой целью для каждого участка главной магистрали предварительно вычисляется среднее по его длине давление пара p ср.i . Применительно к схеме однотрубного паропровода, представленного на рис. 3.17,б, это производится следующим образом:

p ср.6 =p и -(R л.эк *0,5l 6)10 -6 ; p ср.7 =p и -(R л.эк *(l 6 +0,5l 7)10 -6 ;

p ср.4 =p и -(R л.эк *(l 6 +l 7 +0,5l 4)10 -6 .

Затем для этих же участков предварительно вычисляют среднее значение температуры пара на участке – t ср.i ,°С:

t ср.6 =t ср.и -δt m.n 0,5l 6 ; t ср.7 =t ср.и -δt m.n (l 6 +0,5l 7); t ср.4 =t ср.и -δt m.n (l 6 +l 7 +0,5l 4);

Где δt m.n – опытное значение падения температуры перегретого пара при движении по теплоизолированному паропроводу. Обычно δt m.n = 0,02°С/м.

При движении насыщенного пара его температура t ср.i s находится по давлению. По найденным значениям p ср.i и t ср.i определяют среднюю плотность пара ρ ср.i , кг/м 3 .

6.По данным табл.3.8 принимают величину эквивалентной шероховатости паропроводов D=0,0002 м. 7.Внеся соответствующие коррективы по значениям D и ρ ср.i в (3.93) – (3.95), гидравлический расчет паропровода проводят по методике расчета закрытых водяных тепловых сетей.

Изложенная методика гидравлического расчета позволяет определить диаметры всех участков водяных или паровых тепловых сетей и падение давления на каждом из них, но для водяных тепловых сетей не даст ответа на вопрос: какая истинная величина давления теплоносителя будет наблюдаться в каждом конкретном сечении подающей и обратной труб? Ответ может быть получен только после построения и анализа пьезометрического графика тепловой сети.

Пьезометрический график – это график, на котором в масштабе по оси абсцисс откладываются длины участков главной магистрали и ответвлений тепловой сети, а по оси ординат наносятся: рельеф местности, по которой проложена тепловая сеть, высоты зданий, присоединенных к тепловой сети, а также величины напора теплоносителя в каждом сечении подающего и обратного теплопровода.

Методика построения пьезометрического графика излагается применительно к схеме тепловой сети, представленной на рис.3.17,а, а сам график представлен на рис.3.18.

Рис.3.18. Пьезометрический график

Приняв за начало координат оси ординат (отметка 0) уровень размещения источника теплоснабжения, а оси абсцисс (отметка 0) точку выхода магистрали тепловой сети, откладывают по ней последовательно длины участков главной магистрали: l 6 , l 5 , l 1 , а из точек соответствующих ответвлений – их длины l 2 , l 7 , l 3 и l 4 . Проводят линию рельефа местности, по которой расположен каждый участок, и в конце каждого ответвления и главной магистрали высота рельефа обозначается соответственно: z 1 , z 2 , z 3 , z 4 , м. От отметок рельефа откладывают высоты зданий в метрах, обозначенные 1Н, 2Н, 3Н, 4Н, м.

Затем приступают к построению графика давлений.

Целесообразная область давлений в обратных трубах главной магистрали и ответвлений от них определяется из соображений:

• максимальный уровень давлений (напоров) теплоносителей, движущихся через обратные трубопроводы, не должен разрушать элементы присоединенных к ним систем потребителей. При зависимом присоединении отопительных систем самым слабым элементом являются отопительные приборы, которые выдерживают напор не выше 60 м водяного столба. Следовательно, максимальный напор в обратных трубах не может быть выше 60 м;
• минимальный уровень давлений в обратной магистрали при зависимой схеме присоединения систем отопления не может быть ниже геометрической высоты здания плюс 5 м водяного столба, чтобы обеспечить циркуляцию теплоносителя через отопительные приборы верхнего этажа.
• максимальный уровень давлений в подающих трубах ограничен прочностью трубопроводов использованного сортамента. На практике это составляет 160 или 250 м водяного столба;
• минимальный уровень давления (напора) теплоносителя в подающей трубе должен обеспечивать невскипание его при самой высокой температуре τ 1.o.p . Максимальное значение используемых температур τ 1.o.p = 150°С, поэтому напор в подающей трубе не должен быть ниже 55 м водяного столба.

С учетом выделенных областей выбирают значение напора в конце обратной трубы главной магистрали в точке О max (ниже верхнего предела и выше нижнего). Из напора в точке О min – h о,max , вычитают Δp 1д /ρg=Δh 1д и находят напор в обратной трубе в точке a " - h a " . Соединяя их прямой, получают графики напоров на участке l 1 " . Вычтя из напора в точке a " величину Δh 5 , находят напор в обратной трубе в точке в " - h в " и, соединив а " и b " , получают график напоров на участке l 5 " . Далее, вычитая из напора в точке b " Δh 7д, получают напоры в точке с " , а прибавляя к напору в точке b " Δh 7д, получают напор в точке d " . Продолжая аналогично, получают полную картину графика напоров в обратных трубах.

В закрытой системе теплоснабжения график напоров в подающей линии является зеркальным отображением графика в обратной, но в области, пределы которой ограничивают 160¸55 м вод. ст.

Как видно из рис.3.18, из-за отличия рельефа местности и различий в собственной высоте зданий не всегда обслуживаемые здания можно присоединить к сети по стандартной схеме, а именно:

а). У потребителя 1 напор в обратной линии (точка О max) обеспечивает циркуляцию воды через верхние этажи и одновременно не разрушает отопительные приборы. Тем не менее разница напоров h n min и h о max менее 10 м и не обеспечивает работу элеваторов. Поэтому присоединение потребителя 1 зависимое, но с насосом смешения.

б). У потребителя 2 верхняя отметка здания вместе с отметкой рельефа z 2 больше 60 м, поэтому при нарушении циркуляции в тепловой сети гидростатический напор от этого здания может разрушить приборы нижних этажей соседних зданий. Присоединение потребителя 2 по независимой схеме предотвратит возможное разрушение приборов.

в). У потребителя 3 высота здания и геодезической отметки z 3 менее 60 метров, но выше давления в обратной линии в точке присоединения. Для нормальной циркуляции через верхние этажи здания на обратном стояке устанавливают клапан подпора.

У потребителя 4 все обеспечено, и здание присоединяется по нормальной зависимой схеме с элеватором.

Из построения линий напоров в подающей и обратной магистрали тепловой сети легко определить напоры теплоносителя на входе в источник теплоснабжения – h с " и на выходе из него – h с " , однако определенная часть напора – Δh ист – необходима для преодоления сопротивлений водоподогревателей III и внутренних трубопроводов источника. Поэтому для циркуляции теплоносителя напор, развиваемый сетевым насосом, должен составлять

ΔH с.н =h с h с " +Δh ист.

При плановой или аварийной остановке циркуляции сетевой воды уровень напоров во всех участках тепловой сети выровняется. Во избежание опорожнения отопительных систем (если он будет очень низким) или разрушения отопительных приборов (если он будет чересчур велик) на обводной линии сетевого насоса между установленными на ней клапанами к 1 и к 2 , регулируя степень их открытия, создают необходимый уровень статического напора – h ст. Заданная величина этого напора подводится к регулятору расхода IV, который будет обеспечивать необходимый уровень подпитки тепловой сети водой от подпиточного насоса II для поддержания h ст постоянным. При прекращении работы сетевого насоса I этот постоянный статический напор установится и будет поддерживаться во всей сети.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

В задачу гидравлического расчета входят:

Определение диаметра трубопроводов;

Определение падения давления (напора);

Определение давлений (напоров) в различных точках сети;

Увязка всех точек сети при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

По результатам гидравлического расчета можно решить следующие задачи.

1. Определение капитальных затрат, расхода металла (труб) и основного объема работ по прокладке тепловой сети.

2. Определение характеристик циркуляционных и подпиточных насосов.

3. Определение условий работы тепловой сети и выбора схем присоединения абонентов.

4. Выбор автоматики для тепловой сети и абонентов.

5. Разработка режимов эксплуатации.

a. Схемы и конфигурации тепловых сетей.

Схема тепловой сети определяется размещением источников тепла по отношению к району потребления, характером тепловой нагрузки и видом теплоносителя.

Удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика, поскольку потребители пара – как правило, промышленные потребители – находятся на небольшом расстоянии от источника тепла.

Более сложной задачей является выбор схемы водяных тепловых сетей вследствие большой протяженности, большого количества абонентов. Водяные ТС менее долговечны, чем паровые вследствие большей коррозии, больше чувствительны к авариям из-за большой плотности воды.

Рис.6.1. Однолинейная коммуникационная сеть двухтрубной тепловой сети

Водяные сети разделяют на магистральные и распределительные. По магистральным сетям теплоноситель подается от источников тепла в районы потребления. По распределительным сетям вода подается на ГТП и МТП и к абонентам. Непосредственно к магистральным сетям абоненты присоединяются очень редко. В узлах присоединения распределительных сетей к магистральным устанавливаются секционирующие камеры с задвижками. Секционирующие задвижки на магистральных сетях обычно устанавливаются через 2-3 км. Благодаря установке секционирующих задвижек уменьшаются потери воды при авариях ТС. Распределительные и магистральные ТС с диаметром меньше 700 мм делаются обычно тупиковыми. В случае аварий для большей части территории страны допустим перерыв в теплоснабжении зданий до 24 часов. Если же перерыв в теплоснабжении недопустим, необходимо предусматривать дублирование или закольцовку ТС.

Рис.6.2. Кольцевая тепловая сеть от трех ТЭЦ Рис.6.3. Радиальная тепловая сеть

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ путем соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае получается кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания. Подобная схема имеет более высокую надежность, обеспечивает передачу резервирующих потоков воды при аварии на каком-либо участке сети. При диаметрах магистралей, отходящих от источника тепла 700 мм и менее, обычно применяют радиальную схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра трубы по мере удаления от источника и снижения присоединенной нагрузки. Такая сеть наиболее дешевая, но при аварии теплоснабжение абонентов прекращается.

b. Основные расчетные зависимости

Рис.6.1. Схема движения жидкости в трубе

Скорость жидкости в трубопроводах невелика, поэтому кинетической энергией потока можно пренебречь. Выражение H =p /rg называется пьезометрическим напором, а сумма высоты Z и пьезометрического напора называют полным напором.

H 0 =Z + p /rg = Z + H. (6.1)

Падение давления в трубе представляет собой сумму линейных потерь давления и потерь давления на местных гидравлических сопротивлениях.

Dp = Dp л + Dp м. (6.2)

В трубопроводах Dp л =R л L , где R л – удельное падение давления, т.е. падение давление единицы длины трубы, определяемое по формуле д"Арси.

. (6.3)

Коэффициент гидравлического сопротивления l зависит от режима течения жидкости и абсолютной эквивалентной шероховатости стенок трубы к э . Можно в расчетах принимать следующие значения к э – в паропроводах к э =0.2 мм; в водяных сетях к э =0.5 мм; в конденсатопроводах и системах ГВС к э =1 мм.

При ламинарном течении жидкости в трубе (Re < 2300)

В переходной области 2300 < Re < 4000

. (6.5)

При

. (6.6)

Обычно в тепловых сетях Re > Re пр , поэтому (6.3) можно привести к виду

, где . (6.7)

Потери давления на местных сопротивлениях определяются по формуле

. (6.8)

Значения коэффициента местного гидравлического сопротивления x приводятся в справочниках. При гидравлических расчетах можно учитывать потери давления на местных сопротивлениях через эквивалентную длину.

Тогда , где a=l экв /l – доля местных потерь давления.

a. Порядок гидравлического расчета

Обычно при гидравлическом расчете задаются расход теплоносителя и суммарное падение давления на участке. Требуется найти диаметр трубопровода. Расчет состоит из двух этапов – предварительного и поверочного.

Предварительный расчет.

2. Задаются долей местных падений давления a =0.3...0.6.

3. Оценивают удельные потери давления

. Если падение давления на участке неизвестно, то задаются величиной R л < 20...30 Па/м.

4. Рассчитывают диаметр трубопровода из условия работы в турбулентном режиме Для водяных тепловых сетей плотность принимают равной 975 кг/м 3 .

Из (6.7) найдем

, (6.9)

где r – средняя плотность воды на данном участке. По найденному значению диаметру выбирают по ГОСТ трубу с ближайшим внутренним диаметром. При выборе трубы указывают либо d у и d , либо d н и d .

2. Поверочный расчет.

Для концевых участков следует проверить режим движения. Если окажется, что режим движения переходный, то, если есть возможность, нужно уменьшить диаметр трубы. Если это невозможно, то нужно вести расчет по формулам переходного режима.

1. Уточняются значения R л ;

2. Уточняются типы местных сопротивлений и их эквивалентные длины. Задвижки устанавливаются на выходе и входе коллектора, в местах присоединения распределительных сетей к магистральным, ответвлений к потребителю и у потребителей. Если длина ответвления менее 25 м, то допускается устанавливать задвижку только у потребителя. Секционирующие задвижки устанавливаются через 1 – 3 км. Кроме задвижек возможны и другие местные сопротивления – повороты, изменения сечения, тройники, слияние и разветвление потока и т.д.

Для определения количества температурных компенсаторов длинны участков делятся на допустимое расстояние между неподвижными опорами. Результат округляется до ближайшего целого числа. Если на участке есть повороты, то они могут быть использованы для самокомпенсации температурных удлинений. При этом количество компенсаторов уменьшается на число поворотов.

5. Определяются потери давления на участке. Для закрытых систем Dp уч =2R л (l+l э).

Для открытых систем предварительный расчет ведется по эквивалентному расходу

При поверочном расчете удельные линейные потери давления рассчитываются отдельно для подающего и обратного трубопроводов для действительных расходов.

, .

По окончании гидравлического расчета строится пьезометрический график.

a. Пьезометрический график тепловой сети

На пьезометрическом графике в масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети. По этому графику легко определить напор и располагаемый напор в любой точке сети и абонентских системах.

За горизонтальную плоскость отсчета напоров принят уровень 1 – 1. Линия П1 – П4 – график напоров подающей линии. Линия О1 – О4 – график напоров обратной линии. Н о1 – полный напор на обратном коллекторе источника; Нсн – напор сетевого насоса; Нст – полный напор подпиточного насоса, или полный статический напор в тепловой сети; Нк – полный напор в т.К на нагнетательном патрубке сетевого насоса; DHт – потеря напора в теплоприготовительной установке; Нп1 – полный напор на подающем коллекторе, Нп1= Нк - DHт. Располагаемый напор сетевой воды на коллекторе ТЭЦ Н1=Нп1-Но1. Напор в любой точке сети i обозначается как Нпi, Hoi – полные напоры в прямом и обратном трубопроводе. Если геодезическая высота в точке i есть Zi, то пьезометрический напор в этой точке есть Нпi – Zi, Hoi – Zi в прямом и обратном трубопроводах, соответственно. Располагаемый напор в точке i есть разность пьезометрических напоров в прямом и обратном трубопроводах – Нпi – Hoi. Располагаемый напор в ТС в узле присоединения абонента Д есть Н4 = Нп4 – Но4.

Рис.6.2. Схема (а) и пьезометрический график (б) двухтрубной тепловой сети

Потеря напора в подающей линии на участке 1 – 4 есть . Потеря напора в обратной линии на участке 1 – 4 есть . При работе сетевого насоса напор Нст подпиточного насоса регулируется регулятором давления до Но1. При остановке сетевого насоса в сети устанавливается статический напор Нст, развиваемый подпиточным насосом. При гидравлическом расчете паропровода можно не учитывать профиль паропровода из-за малой плотности пара. Потери напора у абонентов, например зависит от схемы присоединения абонента. При элеваторном смешении DН э= 10…15 м, при безэлеваторном вводе – Dнб э =2…5 м, при наличии поверхностных подогревателей DН п=5…10 м, при насосном смешении DН нс= 2…4 м.

Требования к режиму давления в тепловой сети:

b. в любой точке системы давление не должно превышать максимально допустимой величины. Трубопроводы системы теплоснабжения рассчитаны на 16 ата, трубопроводы местных систем – на давление 6-7 ата;

c. во избежание подсосов воздуха в любой точке системы давление должно быть не менее 1.5 ата. Кроме того это условие необходимо для предупреждения кавитации насосов;

d. в любой точке системы давление должно быть не меньше давления насыщения при данной температуре во избежание вскипания воды;

6.5. Особенности гидравлического расчета паропроводов.

Диаметр паропровода рассчитывают исходя либо из допустимых потерь давления, либо из допустимой скорости пара. Предварительно задается плотность пара на расчетном участке.

Расчет по допустимым потерям давления.

Оценивают , a = 0.3...0.6. По (6.9) рассчитывают диаметр трубы.

Задаются скоростью пара в трубе. Из уравнения для расхода пара – G=wrF находят диаметр трубы.

По ГОСТу подбирается труба с ближайшим внутренним диаметром. Уточняются удельные линейные потери и виды местных сопротивлений, рассчитываются эквивалентные длины. Определяется давление на конце трубопровода. Рассчитываются потери тепла на расчетном участке по нормируемым потерям тепла.

Qпот=q l l , где q l – потери тепла на единицу длины при заданной разности температур пара и окружающей среды с учетом потерь тепла на опорах, задвижках и т.п. Если q l определено без учета потерь тепла на опорах, задвижках и т.п., то

Qпот=q l (tср – to)(1+b), где tср - средняя температура пара на участке, to – температура окружающей среды, зависящая от способа прокладки. При наземной прокладке to = tнo , при подземной бесканальной прокладке to = tгр (температура грунта на глубине укладки), при прокладке в проходных и полупроходных каналах to =40…50 0 С. При прокладке в непроходных каналах to = 5 0 С. По найденным потерям тепла определяют изменение энтальпии пара на участке и значение энтальпии пара в конце участка.

Diуч=Qпот/D, iк=iн - Diуч.

По найденным значениям давления и энтальпии пара в начале и конце участка определяется новое значение средней плотности пара rср = (rн + rк)/2 . Если новое значение плотности отличается от ранее заданного более чем на 3 %, то поверочный расчет повторяют с уточнением одновременно и Rл .

a. Особенности расчета конденсатопроводов

При расчете конденсатопровода необходимо учитывать возможное парообразование при понижении давления ниже давления насыщения (вторичный пар), конденсацию пара за счет тепловых потерь и пролетный пар после конденсатоотводчиков. Количество пролетного пара определяется по характеристике конденсатоотводчика. Количество сконденсировавшегося пара определяется по потере тепла и теплоте парообразования. Количество вторичного пара определяется по средним параметрам на расчетном участке.

Если конденсат близок к состоянию насыщения, то расчет нужно вести как для паропровода. При транспорте переохлажденного конденсата расчет выполняется так же, как и для водяных сетей.

b. Режим давления в сети и выбор схемы абонентского ввода.

1. Для нормальной работы потребителей тепла напор в обратной линии должен быть достаточен для заполнения системы, Ho > DHмс.

2. Давление в обратной линии должно быть ниже допустимого, po > pдоп.

3. Действительный располагаемый напор на абонентском вводе должен быть не меньше расчетного, DHаб DHрасч.

4. Напор в подающей линии должен быть достаточен для заполнения местной системы, Hп – DHаб > Hмс.

5. В статическом режиме, т.е. при выключении циркуляционных насосов, не должно быть опорожнения местной системы.

6. Статическое давление не должно превышать допустимое.

Статическое давление это давление, которое устанавливается после отключения циркуляционных насосов. Уровень статического давления (напора) обязательно указывается на пьезометрическом графике. Величина этого давления (напора) устанавливается исходя из ограничения величины давления для отопительных приборов и не должна превышать 6 ати (60 м). При спокойном рельефе местности уровень статического давления может быть одним и тем же для всех потребителей. При больших колебания рельефа местности может быть два, но не более трех статических уровней.

Рис.6.3. График статических напоров системы теплоснабжения

На рис.6.3 изображен график статических напоров и схема системы теплоснабжения. Высота зданий A, B и С одинакова и равна 35 м. Если провести линию статического напора на 5 метров выше здания С, то здания В и А окажутся в зоне напора в 60 и 80 м. Возможны следующие решения.

7. Отопительные установки зданий А присоединяются по независимой схеме, а в зданиях В и С – по зависимой. В этом случае для всех зданий устанавливается общая статическая зона. Водо-водяные подогреватели будут находиться под напором в 80 м, что допустимо с точки зрения прочности. Линия статических напоров – S - S.

8. Отопительные установки здания С присоединяются по независимой схеме. В этом случае полный статический напор можно выбрать по условиям прочности установок зданий А и В – 60 м. Этот уровень обозначен линией М – М.

9. Отопительные установки всех зданий присоединены по зависимой схеме, но зона теплоснабжения разделена на две части – одна на уровне М-М для зданий А и В, другая на уровне S-S для здания С. Для этого между зданиями В и С устанавливается обратный клапан 7 на прямой линии и подпиточный насос верхней зоны 8 и регулятор давления 10 на обратной линии. Поддержание заданного статического напора в зоне С осуществляется подпиточным насосом верхней зоны 8 и регулятором подпитки 9. Поддержание заданного статического напора в нижней зоне осуществляется насосом 2 и регулятором 6.

При гидродинамическом режиме работы сети вышеперечисленные требования тоже должны соблюдаться в любой точке сети при любой температуре воды.

Рис.6.4. Построение графика гидродинамических напоров системы теплоснабжения

10. Построение линий максимальных и минимальных пьезометрических напоров.

Линии допустимых напоров следуют за рельефом местности, т.к. принято, что трубопроводы прокладываются в соответствии с рельефом. Отсчет – от оси трубы. Если оборудование имеет существенные размеры по высоте, то минимальный напор отсчитывают от верхней точки, а максимальный – от нижней.

1.1. Линия Пmax – линия максимально допустимых напоров в подающей линии.

Для пиковых водогрейных котлов максимал ьно допустимый напор отсчитывают от нижней точки котла (принимают, что она находится на уровне земли), а минимально допустимый напор – от верхнего коллектора котла. Допустимое давление для стальных водогрейных котлов 2.5 Мпа. С учетом потерь принято на выходе из котла Hmax=220 м. Максимально допустимый напор в подающей линии ограничен прочностью трубопровода (рmax=1.6 Мпа). Поэтому на входе в подающую линию Нmax=160 м.

a. Линия Оmax – линия максимально допустимых напоров в обратной линии.

По условию прочности водоводяных подогревателей максимальное давление не должно быть выше 1.2 Мпа. Поэтому максимальное значение напора равно 140 м. Величина напора для отопительных установок не может превышать 60 м.

Минимально допустимый пьезометрический напор определяют по температуре кипения, превышающую на 30 0 С расчетную температуру на выходе из котла.

b. Линия Пmin – линия минимально допустимого напора в прямой линии

Минимально допустимый напор на выходе из котла определяется из условия невскипания в верхней точке – для температуры 180 0 С. Устанавливается 107 м. Из условия невскипания воды при температуре 150 0 С минимальный напор должен быть 40 м.

1.4. Линия Оmin – линия минимально допустимого напора в обратной линии. Из условия недопустимости подсосов воздуха и кавитации насосов принят минимальный напор в 5 м.

Действительные линии напоров в прямой и обратной линиях ни при каких режимах не могут выходить за пределы линий максимальных и минимальных напоров.

Пьезометрический график дает полное представление о действующих напорах при статическом и гидродинамическом режимах. В соответствии с этой информацией выбирается тот или иной метод присоединения абонентов.

Рис.6.5. Пьезометрический график

Здание 1. Располагаемый напор больше 15 м, пьезометрический – меньше 60 м. Можно отопительную установку присоединить по зависимой схеме с элеваторным узлом.

Здание 2. В этом случае также можно применить зависимую схему, но т.к. напор в обратной линии меньше высоты здания в узле присоединения нужно установить регулятор давления "до себя". Перепад давления на регуляторе должен быть больше разницы между высотой установки и пьезометрическим напором в обратной линии.

Здание 3. Статический напор в этом месте больше 60 м. Лучше всего применить независимую схему.

Здание 4. Располагаемый напор в этом месте меньше 10 м. Поэтому элеватор работать не будет. Нужно устанавливать насос. Его напор должен быть равен потерям напора в системе.

Здание 5. Нужно использовать независимую схему – статический напор в этом месте больше 60 м.

6.8. Гидравлический режим тепловых сетей

Потери давления в сети пропорциональны квадрату расхода

Пользуясь формулой для расчета потерь давления, найдем S.

.

Потери напора в сети определяются как , где .

При определении сопротивления всей сети действуют следующие правила.

1. При последовательном соединении элементов сети суммируются их сопротивления S .

S S =Ssi .

11. При параллельном соединении элементов сети суммируются их проводимости.

. .

Одна из задач гидравлического расчета ТС – определение расхода воды у каждого абонента и в сети в целом. Обычно известны: схема сети, сопротивление участков и абонентов, располагаемый напор на коллекторе ТЭЦ или котельной.

Рис. 6.6. Схема тепловой сети

Обозначим S I – S V – сопротивления участков магистрали; S 1 – S 5 – сопротивления абонентов вместе с ответвлениями; V – суммарный расход воды в сети, м 3 /с; Vm – расход воды через абонентскую установку m ; SI-5 – сопротивление элементов сети от участка I до ответвления 5; SI-5 =S I + S 1-5, где S 1-5 – суммарное сопротивление абонентов 1-5 с соответствующими ответвлениями.

Расход воды через установку 1 найдем из уравнения

, отсюда .

Для абонентской установки 2

. Разность расходов найдем из уравнения

, где . Отсюда

.

Для установки 3 получим

Сопротивление тепловой сети со всеми ответвлениями от абонента 3 до последнего абонента 5 включительно; , - сопротивление участка III магистрали.

Для некоторого m -го потребителя из n относительный расход воды находится по формуле

. По этой формуле можно найти расход воды через любую абонентскую установку, если известен суммарный расход в сети и сопротивления участков сети.

12. Относительный расход воды через абонентскую установку зависит от сопротивления сети и абонентских установок и не зависит от абсолютного значения расхода воды.

13. Если к сети присоединены n абонентов, то отношение расходов воды через установки d и m , где d < m , зависит только от сопротивления системы, начиная от узла d до конца сети, и не зависит от сопротивления сети до узла d .

Если на каком-либо участке сети изменится сопротивление, то у всех абонентов, расположенных между этим участком и концевой точкой сети, расход воды изменится пропорционально. В этой части сети достаточно определить степень изменения расхода только у одного абонента. При изменении сопротивления любого элемента сети изменится расход как в сети, так и у всех потребителей, что приводит к разрегулировке. Разрегулировки в сети бывают соответственные и пропорциональные. При соответственной разрегулировке совпадает знак изменения расходов. При пропорциональной разрегулировке совпадает степень изменения расходов.

Рис. 6.7. Изменение напоров сети при отключении одного из потребителей

Если от тепловой сети отключится абонент Х, то суммарное сопротивление сети увеличится (параллельное соединение). Расход воды в сети уменьшится, потери напора между станцией и абонентом Х уменьшатся. Поэтому график напора (пунктир) пойдет положе. Располагаемый напор в точке Х увеличится, поэтому расход в сети от абонента Х до концевой точки сети увеличится. У всех абонентов от точки Х до концевой точки степень изменения расхода будет одинакова – пропорциональная разрегулировка.

У абонентов между станцией и точкой Х степень изменения расхода будет разной. Минимальная степень изменения расхода будет у первого абонента непосредственно у станции – f =1. По мере удаления от станции f > 1 и увеличивается. Если на станции изменится располагаемый напор, то суммарный расход воды в сети, а также расходы воды у всех абонентов изменятся пропорционально корню квадратному из располагаемого напора на станции.

6.9. Сопротивление сети.

Суммарная проводимость сети

, отсюда

.

По аналогии

и

. Расчет сопротивления сети ведется от наиболее удаленного абонента.

a. Включение насосных подстанций.

Насосные подстанции могут устанавливаться на подающем, обратном трубопроводах,

а также на перемычке между ними. Сооружение подстанций вызывается неблагоприятным рельефом, большой дальностью передачи, необходимостью увеличения пропускной способностью и т.д.

а). Установка насоса на подающей или обратной линиях.

Рис.6.8. Установка насоса на подающей или последовательной линиях (последовательная работа)

При установке насосной подстанции (НП) на подающей или обратной линиях расходы воды у потребителей, расположенных между станцией и НП уменьшаются, а у потребителей после НП – возрастают. В расчетах насос учитывается как некоторое гидравлическое сопротивление. Расчет гидравлического режима сети с НП ведут методом последовательных приближений.

Задаются отрицательным значением гидравлического сопротивления насоса

Рассчитывают сопротивление в сети, расходы воды в сети и у потребителей

Уточняются расход воды и напор насоса и его сопротивление по (*).

Рис.6.10. Суммарные характеристики последовательно и параллельно включенных насосов

При параллельном включении насосов суммарная характеристика получается путем суммирования абсцисс характеристик. При последовательном включении насосов суммарная характеристика получается суммированием ординат характеристик. Степень изменения подачи при параллельном включении насосов зависит от вида характеристики сети. Чем меньше сопротивление сети, тем эффективнее параллельное включение и наоборот.

Рис.6.11. Параллельное включение насосов

При последовательном включении насосов суммарная подача воды всегда больше, чем подача воды каждым из насосов в отдельности. Чем больше сопротивление сети, тем эффективнее последовательное включение насосов.

б). Установка насоса на перемычке между подающей и обратной линиях.

При установке насоса на перемычке температурный режим до и после НП неодинаков.

Для построения суммарной характеристики двух насосов предварительно характеристику насоса А переносят в узел 2, где установлен насос Б (см.рис.6.12). На приведенной характеристике насоса А2 - 2 напоры при любом расходе равны разности действительного напора этого насоса и потери напора в сети С для этого же расхода.

. После приведения характеристик насосов А и Б к одному и тому же общему узлу они складываются по правилу сложения параллельно работающих насосов. При работе одного насоса Б напор в узле 2 равен , расход воды . При подключении второго насоса А напор в узле 2 возрастает до , а суммарный расход воды увеличивается до V> . Однако непосредственная подача насоса Б при этом уменьшается до .

Рис.6.12. Построение гидравлической характеристики системы с двумя насосами в разных узлах

a. Работа сети с двумя источниками питания

Если ТС питается от нескольких источников тепла, то в магистральных линиях возникают точки встречи потоков воды от разных источников. Положение этих точек зависит от сопротивления ТС, распределения нагрузки вдоль магистрали, располагаемых напоров на коллекторах ТЭЦ. Суммарный расход воды в таких сетях, как правило, задан.

Рис.6.13. Схема ТС, питаемой от двух источников

Точка водораздела находится следующим образом. Задаются произвольными значениями расхода воды на участках магистрали исходя их 1-го закона Кирхгофа. Определяют невязки напора на основе 2-го закона Кирхгофа. Если при предварительно выбранном распределении расхода водораздел выбран в т.К, то второе уравнение Кирхгофа запишется в виде

, .

По 2-му закону Кирхгофа определяется невязка потерь давления Dp . Чтобы сделать невязку давления равной нулю, нужно ввести в расчет поправку расхода – увязочный расход. Для этого в уравнении полагают Dp =0 и вместо V вводят V+dV или V-dV . Получим

. Знак Dp равен знаку dV . Далее уточняется распределение расхода на участках сети. Для поиска точки водораздела проверяются два расположенных рядом потребителя.

Рис.6.14. Определение положения точки водораздела

а). Точка водораздела находится между потребителями m и m+1 . В этом случае . Здесь - перепад давления у потребителя m при питании от станции А. - перепад давления у потребителя m+1 при питании от станции В.

Пусть точка водораздела находится между потребителями 1 и 2. Тогда

; . Если эти два перепада давления равны, то точка водораздела находится между потребителями 1 и 2. Если нет, то проверяется следующая пара потребителей, и т.д. Если ни для одной пары потребителей не обнаружено равенство располагаемых напоров, это означает, что точка водораздела находится у одного из потребителей.

a. Кольцевая сеть.

Кольцевую сеть можно рассматривать как сеть с двумя источниками питания с равными напорами сетевых насосов. Положение точки водораздела в подающей и обратной магистралях совпадает, если сопротивления подающей и обратной линий одинаковы и нет подкачивающих насосов. В противном случае положения точки водораздела в подающей и обратной линиях нужно определять отдельно. Установка подкачивающего насоса приводит к смещению точки водораздела только в той линии, на которой он установлен.

Рис.6.15. График напоров в кольцевой сети

В этом случае НА = НВ .

b. Включение насосных подстанций в сети с двумя источниками питания

Для стабилизации режима давления при наличии подкачивающего насоса на одной из станций напор на входном коллекторе поддерживается постоянным. Эту станцию называют фиксированной, другие станции – свободными. При установке подкачивающего насоса напор во входном коллекторе свободной станции меняется на величину .

a. Гидравлический режим открытых систем теплоснабжения

Основная особенность гидравлического режима открытых систем теплоснабжения заключается в том, что при наличии водоразбора расход воды в обратной линии меньше, чем в подающей. Практически эта разность равна водоразбору.

Рис.6.18. Пьезометрический график открытой системы

Пьезометрический график подающей линии остается постоянным при любом водоразборе из обратной линии, так как расход в подающей линии поддерживается постоянным с помощью регуляторов расхода на абонентских вводах. С увеличением водоразбора уменьшается расход в обратной линии и пьезометрический график обратной линии становится более пологим. Когда водоразбор равен расходу в подающей линии, расход в обратной равен нулю и пьезометрический график обратной линии становится горизонтальным. При одинаковых диаметрах прямой и обратной линий и отсутствии водоразбора графики напора в прямой и обратной линиях симметричны. При отсутствии водоразбора на ГВС расход воды равен расчетному расходу на отопление – V .

Из уравнения (***) можно найти f .

1. При разборе воды на ГВС из подающей линии расход через систему отопления падает. При разборе из обратной линии – растет. При b =0.4 расход воды через систему отопления равен расчетному.

2. Степень изменения расхода воды через систему отопления –

3. Степень изменения расхода воды через систему отопления тем больше, чем меньше сопротивление системы.

Увеличение водоразбора на ГВС может привести к ситуации, когда вся вода после системы отопления будет поступать на водоразбор ГВС. При этом расход воды в обратном трубопроводе будет равен нулю.

Из (***): , откуда (****)

Гидравлический расчет - один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в гидравлический расчет входят следующие задачи:

1)определение диаметров трубопроводов;

2)определение падения давления (напора);

3)определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4)увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета дают следующий исходный материал:

1)для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2)установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3) выяснения условий работы источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение источников теплоты и потребителей и расчетные нагрузки.

Схема тепловой сети определяется размещением источников теплоты (ТЭЦ или котельных) по отношению к району теплового потребления, характером тепловой нагрузки потребителей района и видом теплоносителя. Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети, - надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует, как правило, стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины теплопроводов

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентрирована. Водяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое число потребителей, измеряемое нередко тысячами и даже десятками тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, измеряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистральные и распределительные. К магистральным обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой. Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляюшим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к магистральным сетям не следует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий.

Уравнение Бернулли для установившегося движения по трубопроводу несжимаемой жидкости, выражающее, отнесенный к единице массы, энергетический баланс этой жидкости без учета ее энтальпии, может быть записано в виде:

Где Z 1 и Z 2 - геометрическая высота оси трубопровода в сечениях 1 и 2 по отношению к горизонтальной плоскости отсчета,

w 1 , и w 2 - скорости движения жидкости в сечениях 1 и 2, м/с;

р 1 и р 2 - давления жидкости, измеренные на уровне оси трубопровода в сечениях 1 и 2, Па;

δр - падение давления на участке 1 - 2;

ρ - плотность жидкости, кг/м3;

g- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

Первый член в Z 1 g - удельная энергия высоты в данном сечении, (отнесенная к единице массы жидкости), Дж/кг;

w 2 /2 - удельная кинетическая энергия жидкости в данном сечении, Дж/кг;

р/ρ - удельная потенциальная энергии жидкости в данном сечении, Дж/кг;

δр /ρ - удельная потеря потенциальной энергии жидкости из-за трения и местных сопротивлений на участке трубопровода 1-2, Дж/кг, которая переходит в теплоту, что приводит к увеличению удельной энтальпии жидкости в процессе ее движения по трубопроводу.

Наряду с удельной энергией в гидравлическом расчете тепловых сетей широко используется другой параметр - напор, м:

где р - давление в трубопроводе, Па

ρ/γ=H - пьезометрический напор, м;

γ – удельный вес жидкости, Н/м 3 .

При гидравлическом расчете трубопроводов обычно заданы расход теплоносителя и суммарное паление давления на участке. Требуется определить диаметр трубопровода. Расчет состоит из двух этапов: предварительного и проверочного. Гидравлический расчет упрощается при использовании номограмм.

Предварительный расчет.

1.Задаются долей местных потерь или вычисляют ее.

2.Находят удельное линейное падение давления.

3.Определяют среднюю плотность теплоносителя на участке.

4.Определяют диаметр трубопровода из предположения его работы в квадратичной области.

Проверочный расчет.

1.Предварительно рассчитанный диаметр округляют до ближайшего по стандарту. Используя для этого таблицу стандартных диаметров труб, применяемых при транспортировке воды и водяного пара.

2.Определяют число Re. сравнивают его с предельным Re пр, рассчитанным ранее. Устанавливают расчетную область, в которой работает трубопровод.

3. При расчете паропроводов сопоставляют полученное значение ρ ср с предварительно принятым. При большом расхождении задаются более близкими значениями этих величин и вновь осуществляют проверочный расчет.

По результатам расчета строится пьезометрический график сети.

Водяные системы теплоснабжения представляют собой сложные гидравлические системы, в которых работа отдельных звеньев находится во взаимной зависимости. Одним из важных условий работы таких систем является обеспечение в тепловой сети перед центральными или местными тепловыми пунктами располагаемых напоров, достаточных для подачи в абонентские установки расходов воды, соответствующей их тепловой нагрузке.

Гидравлический расчет – один из важных разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети. При проектировании тепловой сети в гидравлический расчет входят следующие задачи: определение диаметров трубопроводов, определение падение давления, определение давлений в различных точках сети, увязка всей системы при различных режимах работы сети. Результаты гидравлического расчета дают следующие исходные данные:

1) Для определения капиталовложений, расход металла труб и основного объема работ на сооружение тепловой сети;

2) Установление характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количество насосов и их размещение;

3) Выяснения условия работы условий источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

5) Разработка режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

В качестве исходных данных для расчёта обычно задаются: схема тепловой сети, параметры теплоносителя на входе в рассчитываемый участок, расход теплоносителя и длина участков сети. Поскольку в начале расчёта неизвестен ряд величин, задачу приходиться решать методом последовательных приближений в два этапа: приближенный и проверочный расчёты.

Предварительный расчёт

1. Определяется располагаемая потеря напора в сети исходя из обеспечения необходимого статического напора на абонентском вводе. Определяется тип пьезометрического графика.

2. Выбирается самая отдалённая точка тепловой сети (расчётная магистраль).

3. Магистраль разбивается на участки по принципу постоянства расхода теплоносителя и диаметра трубопровода. В некоторых случаях в пределах участка с равным расходом изменяется диаметр трубопровода. На участке находится сумма местных сопротивлений.

4. Вычисляется предварительное падение давления на данном участке, оно же является максимально возможным падением давления на рассматриваемом участке.

5. Определяется доля местных потерь данного участка и удельное линейное падение давления. Доля местных потерь представляет собой отношение падения давления в местных сопротивлениях к линейному падению давления прямолинейных участков.

6. Предварительно определяется диаметр трубопровода рассчитываемого участка.

Проверочный расчёт

1. Предварительно рассчитанный диаметр трубы округляется до ближайшего стандартного типоразмера трубы.

2. Уточняется линейное падение давление и вычисляется эквивалентная длина местных сопротивлений. Эквивалентная длина местных сопротивлений – прямолинейный трубопровод линейное падение давления на котором равно падению давления в местных сопротивлениях.

3. Рассчитывается истинное падение давления на участке, которое является полным сопротивлением данного участка.

4. Определяется потеря напора и располагаемый напор в конечной точки участка между подающий и обратной линиях.

Все участки тепловой сети рассчитываются по данной методике и увязываются между собой.

Для проведения гидравлического расчета обычно задаются схемой и профилем тепловой сети, а затем выбирают наиболее удаленную точку, которые характеризуется наименьшим удельным падением магистрали. Расчетная температура сетевой воды в подающей и обратной линиях тепловой сети: t1=150 °С, t2=70 °С. Расчетная схема тепловой сети показана на рис. 5.1.

Располагаемый напор в точке ввода м. вод. ст. Располагаемый напор на всех абонентских вводах м. вод. ст. Средний удельный вес воды γ =9496 Н/м 2 , длина расчетной магистрали, L(0-11)=820 м.

Определяем расходы воды на участках в соответствии с расчетной схемой и результаты сводим в в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Расход воды по участкам

№ участка	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10
G,т/ч	65,545	60,28	47,1175	31,3225	26,6425	18,745	9,6775	6,1675	3,8275
№ участка	10-11	1-1.1	2-2.1	3-3.1	3.1-3.2	3.1-3.3	3.3-3.4	3.3-3.5	3.5-3.6
G,т/ч	1,755	0,585	0,585	9,945	0,585	8,19	0,585	5,5575	3,51
№ участка	3.5-3.7	4-4.1	5-5.1	6-6.1	7-7.1	8-8.1	9-9.1	10-10.1	11-1.1
G,т/ч	1,17	0,585	0,8775	0,585	0,8775	0,8775	0,8775	2,6325	0,8775

Предварительный расчет

Располагаемая потеря напора м. вод. ст. Распределяем поровну эту потерю напора между подающей и обратной линиями тепловой сети, поскольку тепловая сеть выполнена в двух трубном исполнение, одинаковый профиль труб . вод. ст.

Падение давления на участке 1-2, Па:

δP1-2 = δH*ƴ*L1-2/L1-27=4748

∑Ƹ=∑Ƹзадв+∑Ƹ90ᵒ+∑Ƹкомп=2,36

Определяем долю местных сопротивлений

0,20

где коэффициент при эквивалентом шероховатости ..

Предварительно вычисляем удельное линейное падение давления, Па/м и диаметр участка 1-2, м:

Па/м;

,

где коэффициент при эквивалентой шероховатости для стальных труб, .

Поверочный расчет

Выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр, мм по ГОСТ 8731-87 "Трубы стальные" .

Dв.1-2 = 0,261 мм.

Определяем удельное линейное падение давления, Па/м:

11,40Па/м,

где коэффициент при эквивалентом шероховатости, .

Рассчитываем эквивалентную длину местных сопротивлений, м участка трубопровода на участке 1-2

28,68м,

где – коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости .

Потеря давления на участке трубопровода 0-1, Па:

Потеря напора на участке трубопровода 0-1, м. вод.ст.:

0,13м.

Так как потеря напора в подающей и обратной линиях тепловой сети одинакова, то располагаемый напор в точке 1, можно вычислить по формуле:

Для остальных участков рассматриваемой магистрали расчеты проводятся аналогично, их результаты представлены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Гидравлический расчет магистрали теплопровода

Предварительный	Поверочный
№	L,м	δP,Па	Σξ	А	Rл, Па/м	d, м	d", м	R", Па/м	Lэ, м	δP",Па	δH", м	ΔH", м
0-1			1,34	0,46	40,69	0,29	0,313	9,40	17,05	348,14	0,04	29,93
1-2			2,36	0,20	49,38	0,28	0,261	11,40	28,68	1238,73	0,13	29,74
2-3		3264,25	1,935	0,24	47,83	0,28	0,261	11,04	23,69	868,90	0,09	29,82
3-4		3857,75	2,105	0,22	48,58	0,28	0,261	11,21	25,68	1016,91	0,11	29,79
4-5		10979,75	4,145	0,15	51,46	0,27	0,261	11,88	49,87	2789,63	0,29	29,41
5-6		3857,75	2,105	0,22	48,58	0,28	0,261	11,21	25,68	1016,91	0,11	29,79
6-7		7418,75	3,125	0,17	50,68	0,27	0,261	11,70	37,74	1903,62	0,20	29,60
7-8			3,38	0,17	50,93	0,27	0,261	11,76	40,77	2125,15	0,22	29,55
8-9		2670,75	1,765	0,27	46,79	0,28	0,261	10,80	21,72	720,73	0,08	29,85
9-10		1483,75	1,425	0,39	42,69	0,28	0,313	9,86	17,92	423,17	0,04	29,91
10-11		890,25	1,255	0,57	37,74	0,29	0,313	8,72	16,25	272,45	0,03	29,94

Ответвление рассчитываться как транзитные участки с заданным падением давления (напора). При расчете сложных ответвлений, сначала находиться расчетное направление как направление с минимальным удельным падением давления, а затем проводят все остальные операции.

Гидравлический расчет ответвления теплопровода показан в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Результаты гидравлического расчета ответвлений

№	L,м	δP,Па	Σξ	А	Rл, Па/м	d, м	d", м	R", Па/м	Lэ, м	δP",Па	δH", м	ΔH", м
3-3.1			1,34	0,458607	25,36	0,31	0,313	5,86	19,07	229,1455	0,02	29,95
3.1-3.2		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
3.1-3.3		2077,25	1,595	1,224859	22,87	0,32	0,313	5,29	23,27	308,2111	0,03	29,94
3.3-3.4		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
3.3-3.5		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
3.5-3.6			2,02	0,230444	19,65	0,33	0,313	4,55	30,55	411,7142	0,04	29,91
3.5-3.7			1,34	0,458607	25,36	0,31	0,313	5,86	19,07	229,1455	0,02	29,95
4-4.1		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
5-5.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
6-6.1		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
7-7.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
8-8.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
9-9.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
10-10.1		2670,75	1,765	0,268471	21,46	0,32	0,313	4,97	26,14	353,213	0,04	29,93
11-11.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96

Пьезометрический график показан на рис. 5.2.

6.Расчет толщины изоляции

Среднегодовая температура теплоносителя t 1 =100, t 2 =56,9

Определим внутренний d в.э и наружный d н.э эквивалентные диаметры канала по внутренним (0,9×0,6 м) и наружным (1,15×0,78 м) размерам его поперечного сечения:

м

м

Определим термическое сопротивление внутренней поверхности канала

Определим термическое сопротивление стенки канала Rк, приняв коэффициент теплопроводности железобетона λст = 2,04 Вт/(м · град):

Определим при глубине заложения оси труб h = 1,3 м и теплопроводности грунта λгр = 2,0 Вт/(м · град), термическое сопротивление грунта

Приняв температуру поверхности теплоизоляции 40 °С , определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего t т.п и обратного t т.о трубопроводов:

Определим также, используя прил. , коэффициенты

теплопроводности тепловой изоляции (Теплоизоляционные изделия

из пенополиуретана) для подающего λ к1 и обратного λ к2 трубопроводов:

λ к 1 = 0,033 + 0,00018 t т.п = 0,033 + 0,00018 ⋅ 70 = 0,0456 Вт/(м⋅°С);

λ к2 = 0,033 + 0,00018 t т.о = 0,033 + 0,00018 ⋅ 48,45 = 0,042 Вт/(м⋅ °С).

Определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя:

Примем по прил. нормируемые линейные плотности тепловых потоков для подающего ql1 = 45 Вт/м и обратного ql2 = 18 Вт/м трубопроводов. Определим суммарные термические сопротивления для подающего Rtot1 и обратного Rtot2 трубопроводов при К1 = 0,9 :

Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего ϕ1 и обратного ϕ2 трубопроводов:

Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего Rк.п и обратного Rк.о трубопроводов, м ⋅°С/Вт:

R к.п = R tot1 − R п.c − (1+ϕ 1)(R п.к + R к + R гр)=

2,37− 0,1433− (1+ 0,4)(0,055 + 0,02+ 0,138) =1,929 м⋅ °С /Вт;

R к.о = R tot2 − R п.c − (1+ϕ 1)(R п.к + R к + R гр)=

3,27− 0,1433− (1+ 2,5)(0,055 + 0,02 + 0,138) = 2,381 м ⋅ °С /Вт.

Определим значения В для подающего и обратного трубопроводов:

Определим требуемые толщины слоев тепловой изоляции для подающего δк1 и обратного δк2 трубопроводов:

Принимаем толщину основного слоя изоляции для подающего мм, обратного трубопроводов мм.

Расчет компенсатора

Компенсаторы предназначены для компенсации температурных удлинений и деформаций для предотвращения разрушения трубопроводов. Компенсаторы располагаются между неподвижными опорами.

Расчет компенсатора для 3го участка.

Приняв коэффициент температурного удлинения α=1,25 10⋅ − 2 мм/(м ⋅°С) , используя данные табл. 14.2 прил. 14 , определим максимальную длину участка, на которой может обеспечить компенсацию один сильфонный компенсатор:

Здесьλ– амплитуда осевого хода, мм, λ = 60мм

Необходимое количество компенсаторов n на расчетном участке составит

шт

Примем одинаковые пролеты между неподвижными опорами

83/2= L ф = 41,5м.

Определим фактическую амплитуду компенсатора λ ф при длине пролета между неподвижными опорами L ф = 41,5 м.

R с. к, приняв одинаковые пролеты между неподвижными опорами L = 41,5 м:

R c.к = R ж + R р,

где R ж – осевая реакция, возникающая вследствие жесткости осевого хо- да, определяется по формуле (1.85)

R ж = С λ λ ф = 278 · 36,31 =10094,2 Н

где С λ – жесткость волны, Н/мм, (С λ = 278 Н/мм);

R р – осевая реакция от внутреннего давления, Н , определяемая

Определим реакцию компенсатора Р с. к

R c.к = R ж + R р = 10094,2+ 17708 = 27802,2 Н.

В системе теплоснабжения тепловой пункт, связывающий тепловую сеть с потребителем теплоты, занимает важное место. Посредством теплового пункта (ТП) осуществляется управление местными системами потребления (отоплением, горячим водоснабжением, вентиляцией), в нем также производится трансформация параметров теплоносителя (температуры, давления, поддержание постоянства расхода, учет теплоты и др.). Одновременно в тепловом пункте осуществляется управление самой сетью, так как в нем производится по отношению к тепловой сети распределение теплоносителя и контроль его параметров

Проект теплового пункта выполняем для 5 этажного дома, подключенного на участке 6.

Схема индивидуального теплового пункта приведена

Подбор смесительных насосов

Подача насоса определяется согласно СП 41-101-95 по формуле:

где –расчетный максимальный расход воды на отопление из тепловой сети кг/с;

u – коэффициент смешения, определя­емый по формуле:

где – температура воды в подающем трубо­проводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для про­ектирования отопления t н.о, °С;

–тоже, в подающем трубопроводе сис­темы отопления, °С;

– то же, в обратном трубопроводе от сис­темы отопления, °С;

;

Напор смесительного насоса при таких схемах установки определяется в зависимости от давления в тепловой сети, а так же требующегося давления в системе отопления и принимается с запасом в 2 -3 м.

Выбираем циркуляционные насосы WiloStratos ECO 30/1-5-BMS. Это стандартные насосы с мокрым ротором и фланцевым присоединением. Насосы предназначены для использования в системах отопления, промышленных циркуляционных системах, системах водоснабжения и кондиционирования.

WiloStratos ECO успешно используются в системах, где температура перекачиваемой жидкости составляет широкий диапазон: от -20 до +130°С. Многоступенчатый (2-х, 3-х) переключатель частоты вращения позволяет оборудованию подстраиваться под текущие условия системы отопления.

Устанавливаем 2 насоса фирмы Wilo марки ECO 30/1-5-BMSс подачей 3 м^3/ч, напором 6 м. Один из насосов находится в резерве.

Подбор циркуляционного насоса

Выбираем циркуляционный насос типа GrundfosComfort. Эти насосы обеспечивают циркуляцию воды в системе ГВС. Благодаря этому горячая вода течет сразу же после того, как открывается кран. Этот насос комплектуется встроенным термостатом, автоматически поддерживающим заданную температуру воды в диапазоне от 35 до 65 °С. Это насос с «мокрым ротором», но благодаря его сферической форме практически невозможна блокировка рабочего колеса вследствии загрязнения насоса содержащимися в воде примесями. Выбираем насос Grundfos UP 15-14 B с подачей 0,8 м 3 /час, напор 1,2 м, мощностью 25 Вт.

Выбор магнитных фланцевых фильтров

Магнитные фильтры предназначены для улавливания стойких механических примесей (в том числе ферромагнетиков) в неагрессивных жидкостях с температурой до 150 °С и давлением 1,6 МПа (16 кгс/см 2). Они устанавливаются перед счетчиками холодной и горячей воды. Принимаем фильтр ФМФ.

Выбор грязевика

Грязевики предназначены для очистки воды в системах теплоснабжения от взвешенных частиц грязи, песка и других примесей.

Устанавливаем грязевик серии Ду65 Ру25 Т34.01 с.4.903-10 на подающем трубопроводе при вводе в тепловой пункт.

Выбор регулятора расхода и давления

Регулятор применяют как регулятор прямого действия для автоматизации абонентских вводов жилых зданий. Он подбирается по коэффициенту пропускной способности клапана:

где DР = 0,03…0,05 МПа – перепад давления на клапане, принимаем DР = 0,04 МПа.

м 3 /ч.

Выбор регулятора расхода и давленияDanfoss AVP с условным диаметром, D y – 65 мм, - 2 м 3 /ч

Выбор терморегулятора

Предназначен для автоматического регулирования температуры в открытых системах ГВС. Регулятор снабжен блокировочным устройством, защищающим систему отопления от опорожнения в часы пиковых нагрузок ГВС и в аварийных ситуациях.

Выбираем терморегуляторDanfossAVT/VGс условным диаметром, D y – 65 мм, - 2 м 3 /ч.

Выбор обратных клапанов

Обратные клапаны являются запорной арматурой. Они предотвращают обратный ток воды.

Обратные клапаны типа 402 фирмы Danfoss устанавливаем на трубопроводе после РР, на перемычке после насосов, после циркуляционного насоса, на трубопроводе ГВС.

Выбор предохранительного клапана

Предохранительные клапаны – это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для автоматической защиты технологической системы и трубопроводов от недопустимого повышения давления рабочей среды путем частичного ее сброса из защищаемой системы. Наиболее распространены пружинные предохранительные клапаны, в которых давлению рабочей среды противодействует сила сжатой пружины. Направление подачи рабочей среды - под золотник. Клапан предохранительный чаще всего присоединяется к трубопроводу с помощью фланца, колпаком вверх.

Выбираем клапан предохранительный пружинный без ручного подрыва 17нж21нж (СППК4) с D у = 65 мм.

Выбор шаровых кранов

На подающем трубопроводе из тепловой сети, а также на обратке, на трубопроводах к терморегулятору и после него устанавливаем шаровые краны, из углеродистой стали (шар – нержавеющая сталь), сварные, с рукояткой, фланцевые, (Р у = 2,5 МПа) типа Jip, фирмы Danfoss, с D у = 65 мм. На циркуляционном трубопроводе линии ГВС до и после циркуляционного насоса, устанавливаем шаровые краны с D у = 65 мм. Перед подающей линии системы отопления и после обратной линии шаровые краны с D у = 65 мм и с D у = 65 мм. На перемычке насосов смешения устанавливаем шаровые краны с D у = 65 мм.

Выбор теплосчетчика

Теплосчетчики для закрытых систем теплоснабжения предназначены для измерения суммарного количества тепловой энергии и суммарного объемного количества теплоносителя. Устанавливаем тепловычислитель Логика 9943-У4 срасходомером SONO 2500 CT; Dу= 32 мм.

Тепловычиситель рассчитан на работу в открытых и закрытых системах водяного теплоснабжения от 0 до 175 ºС и давления до 1,6 МПа. Разность температур воды в подающем и обратном трубопроводе системы от 2 до 175 ºС. Прибор обеспечивает подключение двух однотипных платиновых термопреобразователей сопротивления и одного или двух расходомеров. Обеспечивает регистрацию показаний параметров в электронном архиве. Прибор формирует месячные и суточные отчеты, где в табличной форме представлены все необходимые сведения о потреблении тепловой энергии и теплоносителя.

Комплект термопреобразователей КТПТР-01-1-80 платиновый предназначен для измерения разности температур в подающем и обратном трубопроводах систем теплоснабжения. Применяется в составе теплосчетчиков. Принцип работы комплекта основан на пропорциональном изменении электрического сопротивления двух подобранных по сопротивлению и температурному коэффициенту термопреобразователей в зависимости от измеряемой температуры. Диапазон измерения температуры от 0 до 180 о С .

Заключение

Целью работы являлась разработка системы теплоснабжения жилого микрорайона. Район состоит из тринадцати зданий, одиннадцать жилых, один детский сад и одна школа., место расположения района г. Омск.

Разрабатываемая система теплоснабжения закрытая с центральным качественным регулированием с температурным графиком 130/70 . По роду подачи тепла двухступенчатая – здания непосредственно присоединяются к тепловой сети через автоматизированные ИТП, ЦТП отсутствуют.

При разработке тепловой сети были выполнены следующие необходимые расчеты:

Определенны тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС всех абонентов. В качестве метода определения нагрузок отопления и вентиляции использован метод по укрупненным показателям. Исходя из типа и объема здания задавались удельными тепловыми потерями здания. Расчетные температуры приняты согласно наружной температуре по СНиП «Строительная климатология». Температура внутри помещения по справочным данным согласно СанПиН исходя из назначения помещения. Нагрузку на ГВС определяли по нормативному расходу горячей воды на одного человека согласно справочных данных исходя из типа здания.

Рассчитан график центрального качественного регулирования

Определенны расчетные расходы сетевой воды (абонентов)

Разработана гидравлическая схема тепловой сети и выполнен гидравлический расчет, цель которого определить диаметры трубопроводов и падение давления на участках тепловой сети

Выполнен тепловой расчет теплопроводов, т.е. расчет изоляции для снижения теплопотерь в сети. Расчет выполнен по методу непревышения нормируемых тепловых потерь. В качестве теплопроводов выбрана предизолированная труба с изоляцией из пенополиуретана. Способ прокладки трубопровода бесканальный

Выполнен подбор компенсаторов для компенсации удлинения трубопроводов вследствие температурного расширения. В качестве компенсаторов применены сильфонные компенсаторы.

-был разработана схема индивидуального теплового пункта и подобраны основные элементы, т.е. насосы, регулирующие клапана, терморегуляторы и.т.д.

Библиографический список

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети/ Е.Я.Соколов; .– М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.:ил.

2. Тихомиров А.К. Теплоснабжение района города: учеб. Пособие/ А.К. Тихомиров.- Хабаровск: Изд-во Тхоокеан. Гос. Ун-та, 2006.-135с.

3. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник./ В.И. Манюк, Э.Б.Хиж и др. М.:Стройиздат,1988. 432с.

4. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей./Под.ред. А.А. Николаева. М. 1965. 359с.

5. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986. 320с.

6. Златопольский А.Н. Экономика, организация и планирование теплосилового хозяйства промышленного предприятия/ Златопольский А.Н., Прузнер С.Л., Калинина Е.И., Ворошилов Б.С. М.: Энергоатомиздат, 1995. 320с.

7. Сборник №24 «Теплоснабжение и газопроводы – наружные сети» ТЕР 81-02-24-2001 (г. Омск), 2002г.

8. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция.

9. И.В. Беляйкина Водяные тепловые сети/ И.В. Беляйкина, В.П. Витальев, Н.К. Громов и др.; Под ред. Н.К.Громова, Е.П. Шубина. М.: Энергоатомиздат, 1988г. 376с.

10. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети.

11. Козин В.Е. Теплоснабжение/ Козин В.Е., Левина Т.А., Марков А.П., Пронина И.Б., Слемзин В.А. М.: Высшая школа, 1980. 408с.

12.Теплоснабжение (курсовое проектирование): Учебное пособие/ В. М. Копко, Н.К. Зайцев, Г. И. Базыленко-Мн,1985-139 с.

13. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»

14 Применение средств автоматизации Danfoss в тепловых пунктах систем централизованного теплоснабжения зданий, В.В. Невский, 2005г.

15. Cтандартные автоматизированные блочные тепловые пункты фирмы Danfoss, В.В. Невский, Д.А. Васильев, 2008г.

16 Проектирование распределительных сетей теплоснабжения микрорайона,
Е.В. Корепанов, М.:Высш.школа, 2002г.,

17. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20

Здравствуйте! Основной целью гидравлического расчета на стадии проектирования является определение диаметров трубопроводов по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давления в сети, или на отдельных участках теплосети. В процессе же эксплуатации сетей приходиться решать обратную задачу – определять расходы теплоносителя на участках сети или давления в отдельных точках при изменении гидравлических режимов. Без расчетов по гидравлике не построить пьезометрический график теплосети. Также этот расчет необходим для выбора схемы подключения внутренней системы теплоснабжения непосредственно у потребителя и выбора сетевых и подпиточных насосов.

Как известно, гидравлические потери в сети складываются из двух составляющих: из гидравлических линейных потерь на трение и потерь даления в местных сопротивлениях. Под местными сопротивлениями подразумеваются – задвижки, повороты, компенсаторы и т.п.

То есть ∆P = ∆Pл + ∆Pмест,

Линейные потери на трение определяют из формулы:

где λ – коэффициент гидравлического трения; l – длина трубопровода, м; d – диаметр трубопровода внутренний, м; ρ – плотность теплоносителя, кг/м³; w² — скорость движения теплоносителя, м/с.

В этой формуле коэффициент гидравлического трения определяем по формуле А.Д.Альтшуля:

где Re — число Рейнольдса, kэ/d — эквивалентная шероховатость трубы. Это справочные величины. Потери в местных сопротивлениях определяем по формуле:

где ξ – суммарный коэффициент местных сопротивлений. Его необходимо просчитать вручную используя таблицы со значениями коэффициентов местных сопротивлений. В прилагаемом к статье расчете в формате Exel я добавил таблицу с коэффициентами местных сопротивлений.

Для выполнения гидравлического расчета вам обязательно потребуется схема тепловой сети, вот примерно в таком виде:

На самом деле схема, конечно, должна быть более развернутой и подробной. Эту схемку я привел только в качестве примера. Из схемы теплосети нам нужны такие данные как: длина l трубопровода, расход G, и диаметр трубопровода d.

Как выполнять гидравлический расчет? Вся тепловая сеть, которую необходимо просчитать, делится на так называемые расчетные участки. Расчетный участок – это участок сети, на котором расход не изменяется. Сначала гидравлический расчет ведут по участкам в направлении главной магистрали, которая соединяет теплоисточник с наиболее удаленным потребителем тепла. Затем уже рассчитывают второстепенные направления и ответвления теплосети. Мой гидравлический расчет участка тепловой сети можно скачать здесь:

Это, конечно, расчет только одной ветки теплосети (гидравлический расчет теплосети большой протяженности достаточно трудоемкое дело), но достаточно для того, чтобы понять, что такое расчет гидравлики, и даже неподготовленному человеку начать считать гидравлику.

Буду рад комментариям к статье.