2.5 Гидравлический расчёт трубопроводов
Целью гидравлического расчета трубопроводов систем отопления является выбор таких сечений теплопроводов для наиболее протяженного и нагруженного циркуляционного кольца или ветви системы, по которым, при располагаемой разности давлений в системе, обеспечивается пропуск заданного расхода теплоносителя.
Располагаемая разность давлений выражает собой ту энергию, которая при движении теплоносителя по трубам может быть израсходована на преодоление сопротивлений трения и в местных сопротивлениях.
В разветвленных системах теплопроводов участком называют отрезок теплопровод а, по которому проходит постоянная масса теплоносителя.
Неблагоприятное циркуляционное кольцо служит показателем допускаемого расхода давления по всем остальным кольцам в системе, в нем расходуется максимальное давление на трение и местные сопротивления.
После выбора неблагоприятного циркуляционного кольца оно разбивается на расчетные участки, которые нумеруются, начиная от водонагревателя по расчётному кольцу. Расчетный участок – участок, где остаются постоянными тепловая нагрузка и диаметр. Участок начинается у одного разветвления и кончается у другого разветвления.
Для систем с искусственной циркуляцией величина располагаемого давления определяется по формуле
Δр
=
Δр
+Б∙(Δр
+
Δр
)
, (2.11)
где : Δр – искусственное давление, создаваемое элеватором, Па. Δр = 12кПа;
Δр – давление, возникающее за счёт охлаждения воды в отопительных приборах, Па; Δр – давление, вызываемое охлаждением воды в теплопроводах, Па принимаемое по рис. П.1 /1/, Δр = 125 Па;
Б – коэффициент, определяющий долю максимального естественного давления, которую целесообразно учитывать в расчётных условиях; для двухтрубных систем 0,4.
Величина естественного давления, возникающего в рассматриваемом кольце от остывания воды в отопительных приборах определяется по формуле:
– для
двухтрутрубной
с
«опракинутой»
Δр
=
h
∙g∙(ρ
–
ρ
),
(2.12)
где g – ускорение силы тяжести , м/с2; g = 10 м/c2;
h – вертикальное расстояние от середины водонагревателя (элеватора) до середины рассматриваемого отопительного прибора, м ( см. рисунок 4) h = 3 м;
ρ ,ρ – плотности, соответственно обратной и горячей воды, кг/м3 .
Рисунок 4 – Расчётная схема двухтрубного стояка при нижней разводке.
Плотность воды в зависимости от её температуры определяется:
ρ = 1000,3 – 0,06∙t – 0,0036∙t2, (2.13)
где t – температура воды, ºС .
t = 70 ºС ,
t = 95 ºС .
ρ = 1000,3 – 0,06∙70 – 0.0036∙702 = 978,46 кг/м3 ,
ρ = 1000,3 – 0,06∙95 – 0.0036∙952 = 962,11 кг/м3 .
Зная плотности, соответственно обратной и горячей воды, кг/м3 , определяем величину естественного давления Δр
Δр = 3∙9,8∙(978,46 – 962,11) = 480,69 Па
Определяем величину располагаемого давления
Δр = 12000 + 0,4∙(480,69 + 125) = 12242,28 Па
Определяем тепловую
нагрузку участков Q
,
Вт,
Q
= 27893,0 Вт,
Q
=
Q
+Q
+Q
+Q
=1521,6+1851,5+1521,6+2724,7=7619,4
Вт,
Q
=
Q
+Q
+Q
=
1851,5+1521,6+2724,7=6097,8
Вт,
Q
=
Q
+Q
=1521,6+2724,7=4246,3
Вт,
Q
=
Q
=
2724,7 Вт,
Q
=
2724,7 - 719,7 = 2005 Вт,
Q
=
2005 – 653,7 = 1351,3 Вт,
Q
=
1351 – 653,7 = 697,6 Вт,
Q
=
697,6 Вт,
Q
=
1351,3 Вт,
Q
=
2005 Вт,
Q
=
2724,7 Вт,
Q
=4246,3
Вт,
Q
=
6097,8 Вт
Q
= 7619,4 Вт,
Q
= 27893,0 Вт.
Определяем расход воды на участках G ,кг/ч, определяется по формуле
G
=
, (2.14)
G
=
кг/ч,
G
=
кг/ч,
G
=
кг/ч,
G
=
кг/ч,
G
=
кг/ч,
G
=
кг/ч,
G
=
кг/ч,
G
=
кг/ч,
G = G = 51,9 кг/ч,
G = G = 103,81 кг/ч,
G = G = 226 кг/ч,
G = G = 312,4 кг/ч,
G = G = 538,13 кг/ч,
G = G = 917,2 кг/ч,
Определяем ориентировочное значение удельной потери давления на трение при движении теплоносителя по трубам Rср, Па/м по формуле:
;
(2.15)
где
К – доля
потери давления на трение, принимаемая
для системы с искусственной циркуляцией
равной 0,65;
–
сумма длин участков расчетного кольца,
м.
По
полученому значению Rср
по таблице П1 /1/ принимаются диаметры
участков d,
мм,
и по значению расходов воды определяются
действительные скорости движения воды
,
м/с,
и удельные потери давления R,
Па/м.Эти
данные заносим в таблицу
2.4
Определяем потери давления в местных сопротивлениях Z, Па, определяются по формуле
Z
= Σξ∙
, (2.16)
где Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке, которые определяем в зависимости от видов местных сопротивлений.
Участок 1: 3 отвода под углом 90 при ø20 мм
∑ξ = 1,5+1,5+1,5= 4,5
Участок 2: 1 тройник на ответвление при ø20 мм
∑ξ = 1,5
Участок 3: 1 тройник на ответвление, 1 вентиль обыкновенный при ø20 мм
∑ξ = 1,5+10 = 11,5
Участок 4: 1 тройник на проходе при ø20 мм
∑ξ = 1
Участок 5: 1 тройник на проходе, 1 отвод под 45º при ø15 мм
∑ξ = 1+0,8 = 1,8
Участок 6: 1 тройник на проходе, 2 отвод под 45º, 1 отвод под 90º, вентиль
обыкновенный при ø15 мм
∑ξ = 1+0,8+0,8+1,5+16 = 20,1
Участок 7: 1 тройник на проходе при ø15 мм
∑ξ = 1
Участок 8: 1 тройник на проходе, 1 отвод под 90º, 1 кран двойной
регулировки, радиатор двухколонный при ø15 мм
∑ξ = 1+1,5+4+2 = 8,5
Участок 9: 1 тройник на проходе, 1 отвод под 90º, 2 отвод под 45º,1 кран
проходной пробковый при ø15 мм
∑ξ = 1+1,5+0,8+0,8+4 = 8,1
Участок 10: 1 тройник на проходе, 1 отвод под 45º при ø15 мм
∑ξ = 1+0,8 = 1,8
Участок 11: 1 тройник на проходе при ø20 мм
∑ξ = 1
Участок 12: 1 тройник на проходе, 1 вентиль обыкновенный при ø20 мм
∑ξ = 1+10 = 11
Участок 13: 1 тройник на противотоке при ø20 мм
∑ξ = 3
Участок 14: 1 тройник на противотоке, 1 отвод под 90º при ø20 мм
∑ξ = 3+1,5 = 4,5
Z
= 4,5 ∙
=
1122,33 Па,
Z
= 1,5 ∙
=
130,07 Па,
Z
= 11,5 ∙
=
326,77 Па,
Z
= 1 ∙
=
14,98 Па,
Z
= 1,8 ∙
=
17,51 Па,
Z
= 20,1 ∙
=
49,57 Па,
Z
= 1 ∙
=
1,22 Па,
Z
= 8,5 ∙
=
1,2 Па,
Z = 8,1 ∙ = 19,98 Па,
Z = 1,8 ∙ = 17,51 Па,
Z = 1 ∙ = 14,98 Па,
Z = 11 ∙ = 312,56 Па,
Z = 3 ∙ = 260,13 Па,
Z
=
4,5∙
=
1122,33 Па.
Результаты гидравлического расчёта сводим в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 – Гидравлический расчёт трубопроводов
Суммируя потери давления на трение в местных сопротивлениях, определяем потери давления на участке, а затем, суммируя потери давления на расчётных участках, получают потери давления в кольце, которые должны быть в пределах 90% располагаемого давления
%
10% (2.17)
%
= 3,8%