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:

,

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

При гидравлическом расчете тепловых сетей устанавливают общий расход магистральной горячей воды отопления, кондиционирования, вентиляции и ГВС. На базе такого расчета определяются необходимые параметры насосного оборудования, теплообменников и диаметров труб магистральной сети.

Немного о теории и задачах

Главной задачей гидравлического расчета тепловых сетей является выбор геометрических параметров трубы и типоразмеров элементов управления, чтобы обеспечить:

• качественно-количественное распределения теплоносителя на отдельные отопительные приборы;
• тепло-гидравлическую надежность и экономическую целесообразность замкнутой тепловой системы;
• оптимизацию инвестиционных и эксплуатационных расходов теплоснабжающей организации.

Гидравлический расчет создает предпосылки, чтобы приборы отопления и ГВС достигали требуемой мощности при заданном температурном перепаде. Например, при Т-графике 150-70 о С, он будет равен 80 о С. Это достигается с помощью создания в каждой точке нагрева требуемого водяного напора или давление теплоносителя.

Такое обязательное условие работы тепловой системы реализуется путем грамотной настройки сетевого оборудования в соответствии с проектными условиями, монтажом оборудования на основании результатов гидравлического расчета тепловых сетей.

Этапы гидравлики сети:

1. Предпусковой расчет.
2. Эксплуатационное регулирование.

Первоначальная гидравлика сети выполняется:

• с помощью расчетов;
• измерительным способом.

В РФ метод расчета является преобладающим, в нем определяются все параметры элементов системы теплоснабжения в отдельно взятом расчетном районе (дом, квартал, город). Без этого сеть будет разрегулирована, а теплоноситель не будет подан на верхние этажи многоэтажных домов. Вот почему начало строительства любого объекта теплоснабжения, даже самого малого, начинается с гидравлического расчета тепловых сетей.

Составление схемы тепловых сетей

Перед расчетами гидравлики выполняют предварительную схему магистрали с указанием протяженности L в метрах и D инженерных водоводов в мм и расчетных объемов сетевой воды по проектным участкам схемы. Потери напора в системах теплоснабжения делятся на линейные, возникающие в связи с тернием носителя о стенки труб, и потерь на участках, вызванных местными конструкционными сопротивлениями, из-за наличия тройников, отводов, компенсаторов, поворотов и прочих устройств.

Пример расчета гидравлический расчет тепловых сетей:

1. Вначале выполняется укрупненный расчет, с целью определения максимальных показателей сети, способных полностью обеспечить жителей услугами отопления.
2. По завершению устанавливают качественные и количественные показатели магистральных и внутриквартальных сетей, в том числе итоговое давление и температуру носителя на вводных узлах потребителей тепла, с учетом тепловых потерь.
3. Выполняют проверочный гидравлический расчет теплосети отопления и ГВС.
4. Устанавливают фактические расходы на участках схемы и на вводах к жилым объектам, объем тепла, получаемого абонентами при температурном расчете теплоносителя в подающем водопроводе систем отопления и располагаемом напоре в выходном коллекторе, обоснование гидротеплового режимов, прогнозируемую температуру внутри жилых помещений.
5. Определяют необходимую температуру теплоснабжения на выходе.
6. Устанавливают предельный размер Т нагретой воды на выходе из котельной или другого теплового источника, полученного на базе гидравлического расчета теплосети. Она должна обеспечивать санитарные нормы внутри помещений.

Применения нормативного метода

Гидравлику сетей выполняют на базе таблиц предельных часовых нагрузок тепла и схемы теплоснабжения города или района с указанием источников, расположения магистральных, внутриквартальных и внутридомовых инженерных систем, с обозначением границ балансовой принадлежности собственников сетей. Гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей каждого участка до вышеуказанной схемы производится отдельно.

Данная методика расчета применяется не только для сетей отопления, но также для всех трубопроводов, транспортирующих жидкие среды, в том числе газоконденсата и других химических жидких сред. Для трубопроводных систем теплоснабжения должны быть внесены изменения с учетом кинематической вязкости и плотности носителей. Это связано с тем, что эти характеристики оказывают влияние на показатель удельной потери напора в трубах, а скорость потока связана с плотностью транзитной среды.

Параметры гидравлического расчета водяной тепловой сети

Расход тепла Q и количество теплоносителя G для участков указывается в таблице максимальных показателей часового потребления тепла за зимний и летний сезоны в отдельности и соответствует сумме потребления тепла для кварталов, включенных в схему.

Пример оформления гидравлического расчета тепловой сети представлен ниже.

Поскольку расчеты зависят от многих показателей, они выполняются с использованием многочисленных таблиц, диаграмм, графиков, номограмм, итоговое значение расхода тепла Q для внутридомовых систем теплоснабжения получают путем интерполяции.

Количество жидкости, циркулирующей в отопительной сети м 3 /час, при расчете гидравлического режима тепловой сети определяют по формуле:

G = (D2 / 4) х V,

• G - расход носителя, м 3 /час;
• D - диаметр трубопровода, мм;
• V - скорость потока, м/с.

Линейные падения напора при гидравлическом расчете тепловых сетей берутся из специальных таблиц. При монтаже систем отопления в них устанавливаются десятки и сотни вспомогательных элементов: клапаны, арматура, воздушники, отводы и прочие, создающие сопротивления транзитной среде.

К причинам падения давления в трубопроводах также можно отнести внутреннее состояние материалов труб и наличие солевых отложений на них. Значения коэффициента, используемые в технических расчетах, приводятся в таблицах.

Стандартная методика и стадии процесса

Согласно методике гидравлического расчета тепловых сетей, его осуществляют в две стадии:

1. Построение схемы теплосетей, на которой нумеруются участки, вначале в области центральной магистрали - более длинной и объемной по нагрузке линии сети от места подсоединения до более удаленного объекта потребления.
2. Расчет потерь напора каждого участка трубы, схемы. Его осуществляют с использованием таблиц и номограмм, которые обозначены требованиями государственных норм и стандартов.

Первым осуществляют вычисления для основной магистрали по расходам, установленным по схеме. При этом пользуются справочными данными удельных потерь напора в сетях.

1. Численность компенсаторов по схеме.
2. Сопротивления на фактически установленных элементах теплосети.

Потери напора высчитывают по формулам и номограммам. Затем, имея эти данные по всей сети, рассчитывают гидромеханический режим отдельных участков от места дробления потока вплоть до конечного абонента.

Расчеты увязывают с выбором диаметров труб ответвлений. Нестыковка не более 10 %. Лишний напор в теплосети погашается на элеваторных узлах, дроссельными соплами или авторегуляторами во внутридомовых исполнительных пунктах.

При имеющемся располагаемом давлении магистральной теплосети и ответвлений, вначале устанавливают приблизительные удельные сопротивления Rm, Па/м.

В расчетах используют таблицы, номограммы для тепловых сетей и другую справочную литературу, обязательную для всех этапов, ее легко найти в интернете и специальной литературе.

Алгоритм схемы расчета установлен нормативно-технической документацией, государственными и санитарными нормами и выполняется в строгом соответствии с установленным порядком.

В статье приведен пример расчета гидравлического расчета теплосети. Процедуру выполняют в следующей последовательности:

1. На утвержденной города и района отмечаются узловые точки расчета, источник тепла, трассировку инженерных систем с указанием всех ответвлений, подключенных объектов потребителей.
2. Уточняют границы балансовой принадлежности сетей потребителя.
3. Присваивают номера участку по схеме, начиная нумерацию от источника к конечному потребителю.

Система нумерации должна четко подразделять виды сетей: магистральные внутриквартальные, междомовые от теплового колодца и до границ балансовой принадлежности, при этом участок устанавливается как отрезок сети, заключенный двумя ответвлениями.

На схеме указывают все параметры гидравлического расчета магистральной тепловой сети от ЦТП:

• Q - ГДж/час;
• G м 3 /час;
• Д - мм;
• V - м/с;
• L - длина участка, м.

Эта тепловая сеть предназначена для системы теплоснабжения с помощью теплоносителя в виде пара.

Отличия этой схемы от предыдущей вызваны температурными показателями и давлением среды. Конструктивно эти сети отличаются более короткой протяженностью, в крупных городах к ним обычно относятся только магистральные, т. е. от источника до центрального теплового пункта. Они не применяются в качестве внутрирайонных и внутридомовых сетей, разве что на небольших промышленных площадках.

Принципиальная схема выполняется в той же очередности, что и с водяным теплоносителем. На участках указываются все параметры сети для каждого ответвления, данные берутся из сводной таблицы предельных часовых расходов тепла, с поэтапным суммированием расходных показателей от конечного потребителя к источнику.

Геометрические размеры трубопроводов устанавливаются по результатам гидравлического расчета, который выполняется в соответствии с государственными нормами и правилами, а в частности СНиП. Определяющей величиной является потеря давления газоконденсатной среды от источника теплоснабжения к потребителю. При большей потере давления и меньшем расстоянии между ними скорость движения будут большой, а диаметр паропровода потребуется меньший. Выбор диаметра осуществляют по специальным таблицам, исходя из параметров теплоносителя. После чего данные вносят в сводные таблицы.

Теплоноситель для конденсатной сети

Расчет для такой тепловой сети значительно отличается от предыдущих, поскольку конденсат одновременно пребывает в двух состояниях - в паре и в воде. Это соотношение меняется по мере продвижения к потребителю, т. е пар становится все более влажным и в конечном итоге полностью превращается в жидкость. Поэтому расчеты для труб каждой их этих сред имеют отличия и учитываются уже другими нормами, в частности СНиП 2.04.02-84.

Порядок расчета конденсатопроводов:

1. По таблицам устанавливают внутреннюю эквивалентную шероховатость труб.
2. Показатели потери давления в трубах на участке сети, от выхода теплоносителя с насосов теплоснабжения до потребителя, принимаются по СНиП 2.04.02-84.
3. В расчете этих сетей не учитывается расход тепла Q, а только расход пара.

Конструкционные особенности данного вида сети существенно влияют на качество измерений, поскольку трубопроводы для этого типа теплоносителя изготавливаются из черной стали, участки сети после сетевых насосов из-за подсосов воздуха быстро коррозируют от избытка кислорода, после чего образуется конденсат низкого качества с окисями железа, который вызывает коррозию металла. Поэтому на этом участке рекомендовано к установке трубопроводов из нержавеющих сталей. Хотя окончательный выбор будет сделан после завершения технико-экономического обоснования тепловой сети.

Потери энергии из-за клапанов, фитингов и изгибов вызываются локализованными нарушениями потока. Потеря энергии происходит по конечному и не обязательно короткому участку трубопровода, однако для гидравлических расчетов принято считать, что весь объем этой потери учитывается в месте расположения устройства. Для трубопроводных систем с относительно длинными трубами часто бывает, что итоговые потери будут незначительными по отношению к общей потере давления в трубе.

Потери трубопроводов измеряются с использованием реальных экспериментальных данных и затем анализируются для определения локального коэффициента потерь, который может быть использован для расчета потерь при подгонке, поскольку он изменяется скоростью прохождения жидкости через это устройство.

Программные продукты Pipe Flow Software позволяют легко определять фитинговые потери и другие потери при расчете перепада давления, поскольку они поставляются с предварительно загруженной базой данных арматуры, которая содержит множество стандартных факторов для клапанов и фитингов различного размера. Внутри трубопроводной системы часто используется насос, который добавляет дополнительное давление для преодоления потерь при трении и других сопротивлениях.

Производительность насоса определяется по кривой. Напор, создаваемый насосом, изменяется в зависимости от скорости потока, поиск рабочей точки на кривой производительности насоса не всегда является легкой задачей.

Если использовать программу для гидравлического расчета тепловых сетей Pipe Flow Expert, то довольно просто можно найти точную рабочую точку на кривой насоса, с гарантией того, что потоки и давление будут сбалансированы по всей системе, чтобы принять точное решение по выбору конструкции трубопроводов.

Расчет онлайн производится с целью избрания оптимального диаметра, обеспечивающего наилучшие параметры работы, низкие показатели потерь напора и высокие скорости движения сред, что обеспечит хорошие технико-экономические показатели тепловых сетей в целом.

Он минимизирует усилия и обеспечивает более высокую точность. В него включены все необходимые справочные таблицы и номограммы. Так, потери на одном метре труб приняты в размере 81 - 251 Па/м (8,1- 25,1 мм вод. ст.), что зависит от материала труб. Скорость воды в системе зависит от диаметра установленных труб и выбирается в конкретном диапазоне. Наибольшая скорость воды для тепловых сетей составляет 1,5 м/с. Расчетом предлагаются граничные значения скорости воды в трубопроводах с внутренним диаметром:

1. 15,0 мм - 0,3 м/с;
2. 20,0 мм - 0,65 м/с;
3. 25,0 мм - 0,8 м/с;
4. 32,0 мм - 1,0 м/с.
5. Для остальных диаметров не более 1,5 м/с.
6. Для трубопроводов противопожарных систем разрешена скорость среды до 5,0 м/с.

ГИС Zulu — геоинформационная программа гидравлического расчета тепловых сетей. Компания специализируется на исследованиях ГИС-приложений, которым необходима визуализация 3D-геоданных в векториальном и растровом варианте, топологическом изучении и их взаимосвязи со смысловыми базами данных. Zulu разрешает создавать разные планы и рабочие схемы, включая тепловые и паровые сети с помощью топологии, может выполнять работу с растрами и приобретать данные из разных баз, например BDE или ADO.

Вычисления проводят в тесной интеграции с геоинформационной системой, они исполнены в варианте расширенного модуля. Сеть элементарно и живо вносится в ГИС мышью либо по данным координатам. После чего незамедлительно создается расчетная схема. После устанавливаются параметры схем, и подтверждается начало процесса. Вычисления применяются для тупиковых и кольцевых теплосетей, включая сетевые насосные установки и дросселирующие приспособления, запитанных от одного либо многих источников. Расчет отопления имеет возможность выполняться с учетом утечек из распределительных сетей и тепловых потерь в трубах отопления.

Для того чтобы установить специальную программу на ПК, скачивают в Интернете через торрент "Гидравлический расчет тепловых сетей 3.5.2".

Структура этапов определения:

1. Определение коммутации.
2. Поверочный гидромеханический расчет теплосети.
3. Наладочный теплогидравлический расчет магистральных и внутриквартальных труб.
4. Конструкторский выбор оборудования теплосети.
5. Расчет пьезометрического графика.

Microsoft Excel для гидравлического расчета в тепловых сетях - самый доступный для пользователей инструмент. Его всеобъемлющий табличный редактор может разрешить много вычислительных задач. Впрочем, при выполнении расчетов тепловых систем требуется выполнения специальных требований. К таковым можно перечислить:

• нахождение предшествующего участка в направлении движения среды;
• расчет диаметра трубы по данному условному показателю и обратное вычисление;
• установление коэффициента поправки к размеру удельных потерь напора по данным и эквивалентной шероховатости материала трубы;
• вычисление плотности среды по ее температуре.

Конечно, применение Microsoft Excel для гидравлического расчета в тепловых сетях никак не дает возможность абсолютно упростить ход вычислений, который изначально создает сравнительно большие трудозатраты.

ПО для гидромеханического расчета сетей или пакет ГРТС — компьютерное приложение, которое исполняет гидромеханические подсчеты многотрубных сетей, включая тупиковую конфигурацию. Платформа ГРТС содержит языковый функционал формул, позволяющий установить необходимые характеристики расчета и подобрать формулы для точности их определения. Вследствие применения этого функционала, расчетчик имеет возможность независимо найти технологию вычислений и установить требуемую сложность.

Имеется две модификации приложения ГРТС: 1.0 и 1.1. По окончанию пользователь получит следующие результаты:

• расчет, в котором тщательно расписана методология вычислений;
• отчет в табличном виде;
• передачу вычислительных баз данных в Microsoft Excel;
• пьезометрический график;
• график температуры теплоносителя.

Приложение ГРТС 1.1 считается наиболее современной модификацией и поддерживает новейшие стандарты:

1. Расчет диаметров труб по данным напорам в концевых точках тепловой схемы.
2. Модернизирована справочная платформа. Команда "?" открывает справочную область приложения на экране монитора.

Гидравлический расчет тепловых сетей

Пример расчета представлен ниже.

Минимальные базовые параметры, необходимые для проектирования системы трубопроводов, включают:

1. Характеристики и физические свойства жидкости.
2. Требуемый массовый расход (или объем) транзитной среды, подлежащей транспортировке.
3. Давление, температура в начальной точке.
4. Давление, температура и высота в конечной точке.
5. Расстояние между двумя точками и эквивалентная длина (потери давления), установленными клапанами и фитингами.

Эти основные параметры необходимы для проектирования системы трубопроводов. Предполагая стационарный поток, существует ряд уравнений, основанных на общем энергетическом уравнении, которое может быть использовано для проектирования системы трубопроводов.

Переменные, связанные с жидкостью, паром или двухфазным потоком конденсата, влияют на результат расчета. Это приводит к выводу и разработке уравнений, применимых к конкретной жидкости. Хотя системы трубопроводов и их конструкция могут стать сложными, подавляющее большинство проблем проектирования, с которыми сталкивается инженер, могут быть решены стандартными уравнениями потока Бернулли.

Основным уравнением, разработанным для представления стационарного потока жидкости, является уравнение Бернулли, которое предполагает, что полная механическая энергия сохраняется для устойчивого, несжимаемого, невязкого изотермического потока без передачи тепла. Эти ограничительные условия действительно могут быть репрезентативными для многих физических систем.

Потери напора, связанные с клапанами и фитингами, также могут быть рассчитаны путем учета эквивалентных «длин» отрезков труб для каждого клапана и фитинга. Другими словами, расчетная потеря напора, вызванная жидкостью, проходящей через задвижку, выражается в виде дополнительной длины трубы, которая добавляется к фактической длине трубы при расчете перепада давления.

Все эквивалентные длины, вызванные клапанами и фитингами в сегменте трубы, будут добавлены вместе, чтобы вычислить падение давления для расчетного сегмента трубы.

Подводя итог, можно сказать, что целью гидравлического расчета тепловой сети в конечной точке является справедливое распределение тепловых нагрузок между абонентами тепловых систем. Тут действует простой принцип: каждому радиатору - по необходимости, то есть больший радиатор, который предназначен для обеспечения большего объема нагрева помещения, должен получать больший поток теплоносителя. Обеспечить этот принцип может правильно выполненный расчет 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 (****)

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

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.