Расчет насоса тепловой сети пример. Гидравлический расчет тепловых сетей

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.

Страница 1

Гидравлический расчёт является важнейшим элементом проектирования тепловых сетей.

В задачу гидравлического расчёта входят:

1. Определение диаметров трубопроводов,

2. Определение падения напора в сети,

3. Установление величин напоров (давлений) в различных точках сети,

4. Увязка напоров в различных точках системы при статическом и динамическом режимах её работы,

5. Установление необходимых характеристик циркуляционных, подкачивающих и подпиточных насосов, их количества и размещение.

6. Определение способов присоединения абонентских вводов к тепловой сети.

7. Выбор схем и приборов автоматического регулирования.

8. Выявление рациональных режимов работы.

Гидравлический расчёт производят в следующем порядке:

1) в графической части проекта вычерчивают генплан района города в масштабе 1:10000, в соответствии с заданием наносят место расположения источника теплоты (ИТ);

2) показывают схему тепловой сети от ИТ к каждому микрорайону;

3) для гидравлического расчёта тепловой сети на трассе трубопроводов выбирают главную расчётную магистраль, как правило, от источника тепла до наиболее удалённого теплового узла;

4) на расчётной схеме указывают номера участков, их длины, определяемые по генплану с учётом принятого масштаба, и расчётные расходы воды;

5) на основании расходов теплоносителя и, ориентируясь на удельную потерю давления до 80 Па/м, назначают диаметры трубопроводов на участках магистрали;

6) по таблицам определяют удельную потерю давления и скорость теплоносителя (предварительный гидравлический расчёт);

7) рассчитывают ответвления по располагаемому перепаду давлений; при этом удельная потеря давления не должна превышать 300 Па/м, скорость теплоносителя – 3,5 м/с;

8) вычерчивают схему трубопроводов, расставляют отключающие задвижки, неподвижные опоры, компенсаторы и другое оборудование; расстояния между неподвижными опорами для участков различного диаметра определяются на основании данных таблицы 2;

9) на основании местных сопротивлений определяют эквивалентные длины для каждого участка и вычисляют приведённую длину по формуле:

10) вычисляют потери давления на участках из выражения

,

Где α – коэффициент, учитывающий долю потерь давления на местных сопротивлениях;

∆pтр – падение давления на трение на участке тепловой сети.

Окончательный гидравлический расчет отличается от предварительного тем, что падение давления на местных сопротивлениях учитывается более точно, т.е. после расстановки компенсаторов и отключающей арматуры. Сальниковые компенсаторы применяют при d ≤ 250 мм, при меньших диаметрах – П-образные компенсаторы.

Гидравлический расчёт выполняется для подающего трубопровода; диаметр обратного трубопровода и падение давления в нём принимают такими же, как и в подающем (п. 8.5 ).

Согласно пункту 8.6 , наименьший внутренний диаметр труб должен приниматься в тепловых сетях не менее 32 мм, а для циркуляционных трубопроводов горячего водоснабжения – не менее 25 мм.

Предварительный гидравлический расчёт начинают с последнего от источника теплоты участка и сводят в таблицу 1.

Таблица 6 – Предварительный гидравлический расчёт

№ участка							lпр=lх (1+α), м	∆Р=Rхlпр, Па
МАГИСТРАЛЬ
РАСЧЕТНОЕ ОТВЕТВЛЕНИЕ
								∑∆Ротв =

Расчетная схема теплосети от источника теплоты (ТЭЦ) до районных тепловых пунктов (РТП) приведена на рис. 2.5. Для компенсации температурных деформаций используем сальниковые компенсаторы. Удельные потери давления по главной магистрали примем в размере 30−80 Па/м.

Рис. 2.5. Расчетная схема магистральной тепловой сети

Выполним расчет для подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную и загруженную ветвь теплосети от ТЭЦ (участки 1, 2, 3, 4, 9). По таблицам гидравлического расчета, приведенным в литературе , а также в прил. 6, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3, 4, 9 диаметры трубопроводов d н xS , мм, фактические удельные потери давления R , Па/м и скорости воды V , м/с.

По известным диаметрам на участках главной магистрали определим сумму коэффициентов местных сопротивлений Sx и их эквивалентные длины L э. Так, на участке 1 имеется головная задвижка (x = 0,5), поворот (x = 0,3), тройник на проход при разделении потока (x = 1,0); количество сальниковых компенсаторов (x = 0,3) на участке определим в зависимости от длины участка L и максимального допустимого расстояния между неподвижными опорами l . Согласно приложения 7 для D у = 500 мм это расстояние составляет 140 метров. Следовательно, на участке 1 длиной 2000 м следует предусмотреть пятнадцать сальниковых компенсаторов. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит:

L п = L + L э = .

Затем определим потери давления DP на участке 1:

DP = R × L п = .

Аналогично выполним гидравлический расчет участков 2, 3 и 4 главной магистрали (см. табл. 2.6, 2.7).

Далее приступаем к расчету ответвлений. По принципу увязки потери давления DP от точки деления потоков до концевых точек (РТП) для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Поэтому при гидравлическом расчете ответвлений необходимо стремиться к выполнению следующих условий:

∆P 5 = ∆P 6 ;∆P 6 = ∆P 2+ 7 ; DP 7 = DP 3+8 ;DP 8 = DP 4+9 ;DP 9 = DP 10 .

Исходя из этих условий найдем ориентировочные удельные потери давления для ответвлений. Так, для ответвления 7 получим:

.

Коэффициент a, учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления, определяем по таблице 6.2 приложения 6:

Па/м.

Ориентируясь на R = 142 Па/м, определим по таблицам гидравлического расчета диаметр трубопровода, удельные потери давления R , скорость V , потери давления DР на участке 7. Аналогично выполним расчет ответвлений 5, 6, 8 и 10, определив предварительно для них ориентировочные значения R :

Таблица 2.6

Расчет эквивалентных длин местных сопротивлений.

Таблица 2.7

Гидравлический расчет магистральных трубопроводов

Определим невязку потерь давления на ответвлениях.

Трасса тепловой сети

На плане жилого района нанести трассу тепловой сети от источника теплоснабжения до каждого квартала. Рекомендуется применять радиальную схему тепловой сети. При трассировке следует стремиться к наименьшей протяженности сети и двухсторонней нагрузке магистралей. В каждый квартал следует предусматривать по одному вводу и только в отдельные крупные кварталы допускается по два ввода. Подключение противолежащих кварталов целесообразно осуществлять в одной точке.

В пределах городской застройки прокладку тепловых сетей по архитектурным условиям следует принять подземную канальную. По территории вне городской черты прокладку тепловой сети студент может выбрать по своему усмотрению подземную или надземную на низких опорах.

Задачей гидравлического расчета является определение диаметров труб и потерь давления в них.

Расчетный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием этих расходов .

Расчетный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

а) на отопление

б) на вентиляцию

; (2.41)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:

среднечасовой

; (2.42)

максимальный

; (2.43)

г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:

среднечасовой, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

; (2.44)

максимальный, при параллельной схеме присоединении водоподогревателей

; (2.45)

среднечасовой, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

; (2.46)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

; (2.47)

В формулах (2.40 - 2.47) расчетные тепловые потоки приведены в Вт,

теплоёмкость с принимается равной 4,198 кДж/(кг °С).

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле

Коэффициент k 3, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, следует принимать по таблице 4. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k 3 принимается равным нулю.

Таблица 4 – Значения коэффициента k 3

Для проведения гидравлического расчета составляется расчетная схема сети, на которой показывается источник теплоснабжения, трасса тепловой сети и подсоединяемые к ней ЦТП или узловые камеры кварталов. Трассу разбивают на расчетные участки, указывая на каждом номер, длину и расход теплоносителя.

Рис.3. Расчётная схема тепловой сети (пример).

Расход сетевой воды по жилым кварталам распределяют пропорционально их тепловой нагрузке (или площади).

В целях сокращения однотипных расчетов разрешается выполнить гидравлический расчет магистрального направления (от источника до самого удаленного квартала) и одного ответвления трассы.

Для предварительного расчета удельные потери давления (R Λ) могут быть приняты для участков магистрального направления до 80 Па/м, для участков ответвления трассы до 300 Па/м.

Расчет начинают с головного участка, т.е. от источника до первого ответвления. По расчетному расходу теплоносителя на участке и предварительно принятым удельным потерям давления по номограмме для гидравлического расчета, согласно приложения 5 данного учебного пособия, а также по таблицам и номограммам находят диаметр трубопровода. По таблицам 3.4 и 3.7 «Трубы стальные» выбирают стандартный диаметр трубы близкий к предварительно полученному по номограмме. Для стандартной трубы уточняют удельные потери давления и скорость движения теплоносителя. Для рассматриваемого участка разрабатывают монтажную схему, на которой указывают трубопроводы, арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы, углы поворота, переходы. Выделяют виды местных сопротивлений и подсчитывают эквивалентную длину участка . Расчеты сводят в таблицу 5.

Таблица 5 – Гидравлический расчет водяной тепловой сети

Трубопроводы тепловой сети на схеме показываются двумя параллельными линиями и обозначаются Т1 и Т2. Подающий трубопровод Т1 располагается обязательно справа по ходу теплоносителя от источника. Все точки ответвлений закрепляются неподвижными опорами и обозначаются УТ – узлы трубопроводные. На ответвлениях тепловой сети устанавливается запорная арматура – стальные задвижки, для обслуживания которых предусматриваются тепловые камеры [приложение 16 данного учебного пособия].

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.