4 Гидравлический расчет тепловой сети

В задачу гидравлического расчета входит определение диаметра трубопровода, падения давления между отдельными точками, определения давления в различных точках, увязка всех точек системы с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и у абонементов при статических и динамических режимах.

1. Определение расхода теплоносителя

Расход теплоносителя в сети можно вычислить по формуле:

где - тепловая мощность системы отопления, кВт;

- расчетная температура подающей и обратной воды в системе отопления, °С;

- теплоемкость воды, кДж/(кг·°С).

Для участка 0 тепловая мощность будет равна сумме расходов тепла на отопление и вентиляцию, то есть . Расчетные температуры прямой и обратной воды примем 95°С и 70°С. Таким образом, расход воды для участка 0 составит:

Для остальных участков вычисление расходов теплоносителя сведено в таблицу 4.1

2. Расчет диаметра трубопровода

Оценим предварительный диаметр трубопровода, используя формулу массового расхода:

где - скорость теплоносителя, м/с.

Скорость движения воды примем 1,5 м/с [3],плотность воды при средней температуре в сети 80-85°С составит . Тогда диаметр трубопровода составит:

Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр 680×9 мм. Для него проводим следующие расчеты.

Исходной зависимостью для определения удельного линейного падения давления в трубопроводе является уравнение Д’Арси:

где - коэффициент гидравлического трения;

– скорость среды, м/с;

- плотность среды, кг/м³;

– внутренний диаметр трубопровода, м;

- массовый расход, кг/с.

Коэффициент гидравлического трения в общем случае зависит от эквивалентной шероховатости и критерия Рейнольдса. Для транспорта тепла применяют шероховатые стальные трубы, в которых наблюдается турбулентное течение. Полученная опытным путем зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от критерия Рейнольдса и относительной шероховатости хорошо описывается универсальным уравнением, предложенным А.Д.Альтшулем:

где - эквивалентная шероховатость, м;

– внутренний диаметр трубопровода, м;

- критерий Рейнольдса.

Эквивалентная шероховатость для водяных сетей, работающих в условиях нормальной эксплуатации, составляет . Критерий Рейнольдса вычисляем по формуле:

где – кинематическая вязкость, м²/с.

Для температуры 80°С кинематическая вязкость воды составляет . Таким образом, имеем:

Предполагаем, что трубопровод работает в квадратичной области. Найдем новое значение диаметра по формуле:

Таким образом, предварительно принятый диаметр верен.

3. Расчет падения давления в трубопроводе

Падение давления в трубопроводе может быть представлено как сумма двух слагаемых: линейного падения и падения в местных сопротивлениях

где - линейное падение давления на трение, Па;

– падение давления в зависимости от наклона трубопровода, Па.

Падение давления на трение вычисляют по формуле:

где λ =1,96 – коэффициент трения для новых труб с обсолютной шероховатостью 0,5 мм;

l– длина участка трубопровода, м;

ν – скорость на участке, принимаем постоянной для всех участкой 1,5 м/с;

d – диаметр трубопровода, d = 0,5 м.

Падение давления в зависимости от наклона трубопровода вычисляем по формуле:

Где m – масса воды проходящая через участок, кг/с;

h – разница высот между участками, м.

Для расчета расходов теплоносителя будем использовать второй закон Кирхгофа, согласно которому сумма потерь напора для замкнутого контура равна 0.

Задаемся произвольными значениями расходов воды по участкам:

Определим сопротивления на соответствующих участках по формуле:

Определим величину невязки потерь напора :

Т.к. то нужен перерасчет. Для этого нам нужен поправочный расход:

Находим следующие расходы воды:

Найдем величину невязки потерь напора второго приближения:

Для более точного определения сделаем пересчет:

Находим следующие расходы воды:

Для более точного определения сделаем ещё один пересчет:

Находим следующие расходы воды:

Таблица 4.1 – Расходы теплоносителя по участкам магистральной теплосети

Участок	ИТ-А	А-Б	Б-Д	А-Г	Г-Ж	Б-В	В-Е	Г-В
Тепловая мощность, МВт	51,521	26,907	11,541	24,848	12,348	20,737	27,622	18,271
Расход воды	491,85	256,8716	110,18	237,2184	117,89	197,9716	263,7	174,4284

УСРЕДНЁННЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИАТОРОВ РС

Таблица 3.1

Схема движения теплоносителя	Модель радиатора	Коэффициент местного сопротивления ζну при условном диаметре  подводок			Характеристика сопротивления    Sну ·10-4, Па/(кг/с)2,   при условном диаметре подводок
		dу=15 мм	dу=20 мм	dу=15 мм		dу=20 мм
Сверху-вниз  и  снизу-вверх	РС 1-300 РС 2-300   РС 1-500 РС 2-500   РС 1-750 РС 2-750   РС 1-900 РС 2-900   РС 1-1000 РС 2-1000
	РС 1-1200 РС 2-1200   РС 1-1500 РС 2-1500   РС 1-1750 РС 2-1750   РС 1-2000 РС 2-2000
	РС 3-300 РС 4-300   РС 3-500 РС 4-500   РС 3-750   РС 3-900   РС 3-1000
	РС 3-1200   РС 3-1500   РС 3-1750   РС 3-2000

 

Окончание табл. 3.1.

Схема движения теплоносителя	Модель радиатора	Коэффициент местного сопротивления ζну при условном диаметре  подводок			Характеристика сопротивления    Sну ·10-4, Па/(кг/с)2,   при условном диаметре подводок
		dу=15 мм	dу=20 мм	dу=15 мм		dу=20 мм
Снизу-вниз	РС 1-300 РС 2-300   РС 1-500 РС 2-500   РС 1-750 РС 2-750   РС 1-900 РС 2-900   РС 1-1000 РС 2-1000   РС 1-1200 РС 2-1200
	РС 1-1500 РС 2-1500   РС 1-1750 РС 2-1750   РС 1-2000 РС 2-2000
	РС 3-300 РС 4-300   РС 3-500 РС 4-500   РС 3-750   РС 3-900   РС 3-1000   РС 3-1200
	РС 3-1500   РС 3-1750   РС 3-2000

 

 

МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Механический расчет включает в себя:

- расчет количества опор;

- расчет компенсаторов теплопровода;

- расчет выбора элеватора.

5.1 Расчет количества опор

При расчете количества опор трубопроводов рассматривают как многопролетную балку с равномерно распределенной нагрузкой.

- вертикальная сила;

– горизонтальная сила.

бывает только у надземных трубопроводов и обусловлена скоростью ветра:

Аэродинамический коэффициент в среднем составляет к=1,5. Для Волгограда скоростной напор составляет 0,26кПа. Иногда для надземных трубопроводов необходимо учитывать давление снежного покрова 0,58-1кПа.

Максимальный изгибающий момент:

- напряжение изгиба; кПа

W– экваториальный момент сопротивления трубы.

Тогда: – расстояние между опорами, м

- коэффициент запаса прочности,

- коэффициент прочности сварного шва трубы,

Количества опор определяется формулой:

Трубопровод, лежащий на двух опорах изгибается.

х – стрелка прогиба:

Е – модуль продольной упругости.

I– экваториальный момент инерции трубы,

5.2 Расчет компенсаторов теплопровода

При отсутствии компенсации при сильном перегреве стенке трубы возникает напряжение.

где Е – модуль продольной упругости;

- коэффициент линейного расширения,

– температура воздуха

При отсутствии компенсации в трубопроводе могут возникнуть напряжения, значительно превышающие допустимые и которые могут привести к деформации или разрушению труб. Поэтому на него устанавливают температурные компенсаторы различной конструкции.

Каждый компенсатор характеризуется своей функциональной способностью - длина участка, удлинение которой скомпенсирует компенсатор:

где=250-600мм;

– температура воздуха

Тогда количество компенсаторов на рассчитываемом участке трассы:

5.3 Расчет выбора элеватора

При проектировании элеваторных вводов, как правило, приходится встречаться со следующими задачами:

- определение основных размеров элеватора;

- перепад давлений в сопле по заданному коэффициенту.

При решении первой задачи заданными величинами являются: тепловая нагрузка отопительной системы; расчетная наружного воздуха для проектирования отопления температуры сетевой воды в падающем трубопроводе и воды после системы отопления; потеря давления в системе отопления в рассматриваемом режиме.

Расчет элеватора выполняют:

Расходы сетевой и смешаннойводы, кг\с:

где с – теплоемкость воды, Дж/(кг; с=4190 Дж/(кг.

Расход инжектируемой воды , кг/с:

Коэффициент смешения элеватора:

Проводимость системы отопления:

диаметр камеры смешения:

Из-за возможной не точности размеров элеватора необходимую разность давлений перед ним следует предусматривать с некоторым запасом 10-15%.

Диаметр выходного сечения сопла , м

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Тепловой расчет тепловых сетей является одним из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловых сетей.

Задачи теплового расчета:

- определение потерь тепла через трубопровод и изоляцию в окружающую среду;

- расчет падения температуры теплоносителя при движении его по теплопроводу;

- определение экономичности тепловой изоляции.

6.1 Надземная прокладка

При надземной прокладке теплопроводов тепловые потери рассчитывают по формулам для многослойной цилиндрической стенки:

где t– средняя температура теплоносителя; °С

- температура окружающей среды; °С

- суммарное термическое сопротивление теплопровода; м

В изолированном трубопроводе тепло должно пройти через четыре последовательно соединенных сопротивления: внутреннюю поверхность, стенку трубы, слой изоляции и наружную поверхность изоляции.

цилиндрической поверхности определяется по формуле:

- внутренний диаметр трубопровода, м;

- наружный диаметр изоляции, м;

и- коэффициенты теплоотдачи, Вт/.

:

6.2 Подземная прокладка

В подземных теплопроводах одним из включений тепловых сопротивлений является сопротивление грунта. При расчетах за температуру окружающей среды принимают естественную температуру грунта на глубине залегания оси теплопровода.

Только при малых глубинах залегания оси теплопровода, когда отношение глубины залегания hк диаметру трубы меньшеd, за температуру окружающей среды принимают естественную температуру поверхности грунта.

Тепловое сопротивление грунта определяют по формуле Форгеймера:

где =1,2…2,5Вт\

Общие удельные тепловые потери, Вт/м