Гидравлический расчет тепловой сети.

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 производят в следующей последовательности:

    Выбирают на трассе тепловых сетей главную магистраль – наиболее протяженную и загруженную, соединяющую источник теплоснабжения с дальними потребителями.

    Разбивают тепловую сеть на расчетные участки, проставляют номера (сначала по главной магистрали, затем по ответвлениям), определяют расчетные расходы теплоносителя и измеряют длину участков.

    Задавшись удельными потерями давлений на трение, исходя из расходов теплоносителя на участках, по номограмме (приложение 10) , составленным для труб с коэффициентом эквивалентной шероховатости k e = 0,0005 мм, находят диаметр трубопроводов, действительные удельные потери на трение и скорость движения теплоносителя, которая должна быть не более 3,5 м/c.

    Определив диаметры расчетных участков тепловой сети, разрабатывают монтажную схему теплопроводов, размещая по трассе запорную арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы.

    По монтажной схеме устанавливают местные сопротивления на расчетных участках и находят сумму коэффициентов местных сопротивлений и их эквивалентные длины, в зависимости от диаметра трубопровода.

    Определяют приведённую длину расчетного участка тепловой сети

    Находят потери давления на расчетных участках тепловой сети

4.1 Определение расходов сетевой воды

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

На отопление :

где и – температуры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования систем отопления и вентиляции.

На вентиляцию :

Расчетные расходы сетевой воды на горячее водоснабжение, т/ч зависят от схемы присоединения водоподогревателей. При двухступенчатой схеме присоединения расход воды определяют по следующим формулам:

где среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, т/ч.

И температура в подающем и обратном теплопроводах в точке излома графиков температур воды.

Формулы для определения расчетного расхода сетевой воды при параллельной схеме присоединения подогревателей приведены в .

Суммарный расчетный расход сетевой воды, т/ч, в двухтрубных тепловых сетях при качественном регулировании по отопительной нагрузке:

где коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение, принимается в зависимости от мощности системы теплоснабжения (k=1,0 при k=1,0 при ).

Для потребителей с тепловым потоком 10 МВт и менее суммарный расчетный расход воды следует определять по формуле:

При центральном качественном регулировании отпуска теплоты по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения расчетный расход сетевой воды определяется как сумма расходов воды на отопление и вентиляцию без учета нагрузки горячего водоснабжения:

Расчетный расход сетевой воды в неотопительный период, т/чопределяется по формуле:

где определяют по формуле (33), с учётом того, что максимальную тепловую нагрузку на горячее водоснабжение определяют с учётом повышения температуры холодной воды до 15 o C;

Коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному, принимаемый для жилищно-коммунального сектора равным 0,8. Для курортных и южных городов , для промышленных предприятий .

ПРИМЕР 4. Для двух кварталов района города определить расчетный суммарный расход сетевой воды. Данные по расчетным тепловым потокам взять из примера 1. Температура воды в подающем трубопроводе , в обратном Регулирование отпуска теплоты производится по совмещенной нагрузке на отопление и горячее водоснабжение.

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.

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

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

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

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

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

5) Разработка режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

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

Предварительный расчёт

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

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

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

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

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

6. Предварительно определяется диаметр трубопровода рассчитываемого участка.

Проверочный расчёт

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 5.1.

Расход воды по участкам

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

Предварительный расчет

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

Падение давления на участке 1-2, Па:

δP1-2 = δH*ƴ*L1-2/L1-27=4748

∑Ƹ=∑Ƹзадв+∑Ƹ90ᵒ+∑Ƹкомп=2,36

Определяем долю местных сопротивлений

0,20

где коэффициент при эквивалентом шероховатости ..

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

Па/м;

,

где коэффициент при эквивалентой шероховатости для стальных труб, .

Поверочный расчет

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

Dв.1-2 = 0,261 мм.

Определяем удельное линейное падение давления, Па/м:

11,40Па/м,

где коэффициент при эквивалентом шероховатости, .

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

28,68м,

где – коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости .

Потеря давления на участке трубопровода 0-1, Па:

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

0,13м.

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

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

Таблица 5.2

Гидравлический расчет магистрали теплопровода

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

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

Гидравлический расчет ответвления теплопровода показан в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Результаты гидравлического расчета ответвлений

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

Пьезометрический график показан на рис. 5.2.

6.Расчет толщины изоляции

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

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

м

м

Определим термическое сопротивление внутренней поверхности канала

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

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

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

Определим также, используя прил. , коэффициенты

теплопроводности тепловой изоляции (Теплоизоляционные изделия

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

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

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

Определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя:

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

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

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

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

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

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

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

Определим значения В для подающего и обратного трубопроводов:

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

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

Расчет компенсатора

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

Расчет компенсатора для 3го участка.

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

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

Необходимое количество компенсаторов n на расчетном участке составит

шт

Примем одинаковые пролеты между неподвижными опорами

83/2= L ф = 41,5м.

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

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

R c.к = R ж + R р,

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

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

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

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

Определим реакцию компенсатора Р с. к

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

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

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

Схема индивидуального теплового пункта приведена

Подбор смесительных насосов

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

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

u – коэффициент смешения, определя­емый по формуле:

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

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

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

;

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

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

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

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

Подбор циркуляционного насоса

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

Выбор магнитных фланцевых фильтров

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

Выбор грязевика

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

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

Выбор регулятора расхода и давления

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

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

м 3 /ч.

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

Выбор терморегулятора

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

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

Выбор обратных клапанов

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

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

Выбор предохранительного клапана

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

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

Выбор шаровых кранов

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

Выбор теплосчетчика

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

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

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

Заключение

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

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

При разработке тепловой сети были выполнены следующие необходимые расчеты:

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

Рассчитан график центрального качественного регулирования

Определенны расчетные расходы сетевой воды (абонентов)

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

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

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

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

Библиографический список

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

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

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

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

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

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

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

8. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция.

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

10. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети.

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

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

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

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

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

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

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


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

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.