Глава девЯтаЯ

ГидравлиЧеский расЧет тепловых сетей

9.1.Основные задаЧи расЧета и расЧетные зависимости

При проектировании тепловых сетей основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.

В процессе эксплуатации тепловых сетей возникает необходимость решения обратных задач по определению расходов теплоносителя на участках сети или давлений в отдельных точках при изменении гидравлических режимов. Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрических графиков, выбора схем абонентских вводов, подбора насосного оборудования, определения стоимости тепловой сети и других целей.

При движении теплоносителя по трубам потери давления складываются из гидравлических сопротивлений трения по длине трубопровода и местных сопротивлений:

DР=DР_Л+DР_М (9.1)

Гидравлические сопротивления (Па) по длине трубопровода определяются по формуле Вейсбаха-Дарси

(9.2)

где l-коэффициент гидравлического трения; l- длина трубопровода, м; d- внутренний диаметр трубопровода, м; r-плотность теплоносителя, кг/м³ ; w-скорость движения теплоносителя, м/с.

Коэффициент гидравлического трения в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re) и относительной эквивалентной шероховатости трубы (k_Э/d). Шероховатостью грубы называют выступы и неровности, влияющие при турбулентном движении жидкости на линейные потери давления. В реальных трубах эти выступы и неровности различны по форме, величине и неравномерно распределены по ее длине.

За эквивалентную шероховатость k_Э условно принимают равномерную зернистую шероховатость, выступы которой имеют одинаковую форму и размеры, а потери давления по длине такие же, как и в реальных трубах. Величину эквивалентной шероховатости стенок труб с учетом коррозии рекомендуется принимать: для паропроводов-0,2 мм; для водяных тепловых сетей-0,5 мм; для конденсатопроводов -1 мм.

Для теплопроводов наружных сетей характерным является турбулентный режим движения теплоносителей.

При Rek_Э/d 23 трубы считаются гидравлически гладкими. В этом случае ламинарный пограничный слой покрывает шероховатость стенок т. е. толщина пограничного слоя больше k_Э и гидравлические сопротивления обусловливаются только силами трения в жидкости и зависят от числа Рейнольдса.

Для гидравлически гладких труб при турбулентном движении коэффициент гидравлического трения можно определять по формуле Г. А. Мурина

(9.3)

Для гидравлически шероховатых труб при , когда решающее влияние на гидравлические сопротивления по всей длине трубопровода оказывают силы трения жидкости о стенку трубы, коэффициент гидравлического трения зависит только от относительное эквивалентной шероховатости и определяется по формуле проф. Б. Л. Шифринсона

(9.4)

В переходной области гидравлических сопротивлений, характеризующейся изменением комплекса Rek_Э/d=23...560, рекомендуется формула проф. А. Д. Альтшуля

(9.5)

По формуле (9.5) величина l_П определяется достаточно точно для всех трех зон гидравлических сопротивлений (гладкой, переходной и шероховатой). При Rek_Э/d 10 результаты расчета совпадают с данными Г. А. Мурина, а при Rek_Э³500 -с данными Б. Л. Шифринсона. Поэтому при построении расчетных номограмм была использована формула А. Д. Альтшуля.

Местные гидравлические сопротивления определяются по формуле Вейсбаха

(9.6)

где x-суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке трубопровода.

Местные потери давления можно заменить эквивалентными гидравлическими сопротивлениями по длине, если в уравнение (9.2) вместо l подставить l_Э- эквивалентную длину местных сопротивлений, т. е. такую длину прямолинейного трубопровода, линейные потери давления в котором численно равны потерям давления в местных сопротивлениях.

Решая совместно уравнения (9.2) и (9.6), получим

l_Э=xd/l (9.7)

Для характерных в тепловых сетях местных сопротивлений значения эквивалентных длин приведены в табл.9.1.

Гидравлический расчет разветвленных трубопроводов удобно производить по методу средних удельных потерь давления, поэтому часто используются следующие формы записи полных гидравлических сопротивлений:

DР=DР_Л+DР_М=DР_Л =R_Лl(1+a)=R_Л(l+l_Э) (9.8)

где a-коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях от сопротивлений по длине; R_Л - удельное падение давления по длине, Па/м.

Таблица9.1. Эквивалентные длины местных сопротивлений

Наименование местных сопротивлений	Эскиз	КЭ, мм	Эквивалентные длины, м, при наружных диаметрах труб, мм
			57	76	89	108	133	159	194	219	273	325	377	426
Задвижка		0,5 0,2	0,65 0,88	1 1,33	1,29 1,67	1,65 2,12	2,2 2,32	2,24 2,76	2,9 3,66	3,36 4,2	3,33 4,2	4,27 5,2	4,3 6,3	4,4 7,36
Вентиль с прямым шпинделем		0,5 0,2	8,4 11,4	9,6 12,5	10,2 13,3	13,5 17,4	18,5 23,8	24,6 30,4	33,4 42	39,5 49,3	- -	- -	- -	- -
Компенсатор сальниковый односторонний		0,5 0,2	- -	- -	- -	0,66 0,85	0,88 1,13	1,68 2,07	2,17 2,74	2,52 3,15	3,33 4,2	4,17 5,2	5 6,3	10 12,5
Отводы крутоизогнутые R=(1,5¸2) DН		0,5 0,2	0,65 0,88	1 1,33	1,28 1,67	1,65 2,12	2,25 2,82	2,8 3,45	3,62 4,6	4,2 5,25	5,55 7	325 8,7	8,4 10,5	10 12,5
Компенсаторы П-образные с отводами крутоизогнутыми R=(1,5¸2)DН		0,5 0,2	5,2 0,1	6,8 10,5	7,9 12,9	9,8 14,9	12,5 19,4	15,4 21,2	19 27,2	23,4 30,4	28 40	34 46,2	40 55	47 64,2
Тройники при слиянии потоков
проход		0,5	1,96	3	3,82	4,95	6,6	8,4	10,9	12,6	16,7	20,8	25,2	30
ответвление		0,5	2,62	4	5,1	6,6	8,6	11,2	14,5	16,8	22,2	27,8	33,6	40
проход		0,2	2,64	4	5	6,36	8,5	10,4	13,7	15,8	21	26,1	21,4	37,3
ответвление		0,2	3,52	5,32	6,66	8,5	11,3	13,8	18,3	21	28	34,8	41,8	49,8
Тройники при делении потоков
проход		0,5	1,3	2	2,55	3,3	4,4	5,6	7,24	8,4	11,1	13,9	16,8	20
ответвление		0,5	1,96	3	3,82	4,95	6,6	8,4	10,9	12,6	16,7	20,8	25,2	30
проход		0,2	1,76	2,66	3,83	4,24	5,65	6,9	9,15	10,5	14	17,4	20,9	24,9
ответвление		0,2	2,64	4	5	6,36	8,5	10,4	13,7	15,8	21	26,1	31,4	37,3

Из формулы (9.2) следует, что

(9.9)

где G - расход теплоносителя, т/ч.

Для облегчения расчетов по формуле (9.9) составляются таблицы или номограммы, которыми пользуются при проектировании тепловых сетей.