8.2. Гидравлический расчет контура холодоснабжения фэнкойлов

Гидравлический расчет трубопроводов системы тепло- и холодоснабжения фэнкойлов выполняют с целью определения расчетного циркуляционного давления для всех циркуляционных колец, выбора диаметра трубопроводов, достаточных для пропуска заданного количества тепло и холодоносителя, при действующем циркуляционном давлении и гидравлической увязке отдельных циркуляционных колец. Гидравлический расчет в двухтрубных системах тепло и холодоснабжения фэнкойлов выполняют для определяющего режима охлаждения с проверкой для режима отопления. В четырехтрубных системах гидравлический расчет выполняют для каждого контура циркуляции – отопления и охлаждения.

Потери давления на участках определяют методом удельных линейных потерь давления на трение по формуле

Δр = R∙l + Z, (8.3)

где R – удельная линейная потеря давления на трение, Па/м; l – длина участка, м; Z – потери давления на местных сопротивлениях, Па.

Значения R определяют либо по номограммам, либо по таблицам, либо рассчитывают по формуле (8.4) для соответствующих труб и выбранного тепло-холодоносителя.

λ ρw²

R = ———, (8.4)

d 2

где λ – коэффициент гидравлического трения; d – внутренний диаметр трубопровода, м; w – скорость движения тепло-холодоносителя, м/с; ρ – плотность тепло-холодоносителя, кг/м³.

Значения λ могут быть рассчитаны по универсальной формуле Колбрука

1 2,51 Δ

— = -2lg(——— + ———), (8.5)

λ^1/2 Re λ^1/2 3,71d

где Δ – абсолютная эквивалентная шероховатость внутренней стенки трубопровода.

Потери давления на местных сопротивлениях определяют по формуле

Z = ∑ζρw²/2, (8.6)

где ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке.

Коэффициенты местных сопротивлений определяют по таблицам П..24 – П.31 приложения.

Гидравлическое сопротивление шаровых кранов, дисковых затворов, обратных клапанов, сетчатых фильтров определяют по формуле

Δp = (0,01G/ k_v)² , (8.7)

где G – расчетный расход тепло-холодоносителя на участке, где установлена арматура, кг/ч; k_v – условная пропускная способность (коэффициент расхода), представленная в таблицах технических данных арматуры, м³/ч.

При гидравлическом расчете следует учитывать потери давления в пластинчатом теплообменнике, которые определяют при его расчете с помощью компьютерной программы, либо приближенно при подборе по каталогам. При гидравлическом расчете контура чиллера необходимо также учитывать потери в испарителе чиллера, которые определяют по графикам, представленным в каталогах фирм - производителей (для чиллера DQ30 см. график на рис. П.5).

Иногда в системе тепло-холодоснабжения используют в качестве тепло-холодоносителя незамерзающие растворы этиленгликоля, пропиленгликоля и другие, теплофизические свойства которых отличны от теплофизических свойств воды. В этом случае либо вводят поправочные коэффициенты, учитывающие увеличение потерь давления на трение, либо производят расчет с использованием фактических теплофизических свойств тепло-холодоносителя. Поправочные коэффициенты необходимо также вводить на холодопроизводительность чиллера, представленную в каталогах, если используется отличный от воды тепло-холодоноситель.

Первым этапом гидравлического расчета является подготовка схемы системы тепло-холодоснабжения фэнкойлов. Зная место расположения теплообменника ТО2 и фэнкойлов в помещении, составляют аксонометрическую схему системы холодоснабжения фэнкойлов, размещают необходимую запорно-регулирующую арматуру и оборудование теплового пункта. На схему системы тепло-холодоснабжения наносят нагрузки по холоду (теплоте) каждого фэнкойла, которые равняются расчетным нагрузкам по холоду (теплоте) на местные агрегаты помещений, определенные на основе расчета и построения процессов на h-d- диаграмме. Затем путем последовательного суммирования определяют нагрузки по холоду (теплоте) на всех участках схемы, а также наносят длины участков. Общую холодильную (тепловую) нагрузку помещений здания определяют последовательным суммированием нагрузок по холоду (теплоте) параллельных участков системы.

После этого определяют расчетные расходы тепло-холодоносителя на участках

3,6Q_xi

G_i = ———————, (8.8)

с_pж(t_ж.к – t_ж.н)

где с_pж – удельная теплоемкость жидкости, используемой в качестве тепло-холодоносителя, кДж/(кг∙К); t_ж.н , t_ж.к – соответственно начальная и конечная температура тепло-холодоносителя, ^оС.

Определение диаметров трубопроводов по традиционной методике производят тремя способами:

- ориентируясь на известный располагаемый перепад давлений, определенный на основе напора, развиваемого предварительно выбранным насосом;

- на основе ориентировочного располагаемого перепада давления;

- ориентируясь на допустимую скорость движения жидкости в трубопроводах.

В курсовой работе рекомендуется циркуляционные контуры фэнкойлов рассчитывать по второму способу, а контур чиллеров – по третьему.

Расчетное циркуляционное давление в системе

На втором этапе выявляют основное циркуляционное кольцо и определяют расчетное циркуляционное давление в системе. Основное циркуляционное кольцо – это кольцо с наименьшим значением удельного циркуляционного давления, в двухтрубных системах – кольцо через наиболее удаленный теплообменник фэнкойла верхнего этажа наиболее нагруженной ветви при расчете в режиме охлаждения, через наиболее удаленный теплообменник фэнкойла нижнего этажа наиболее нагруженной ветви при расчете в режиме отопления.

С целью повышения гидравлической устойчивости в двухтрубных системах сумма потерь давления в подводках к фэнкойлу, теплообменнике фэнкойла и регулирующем клапане должна составлять не менее 70% общих потерь давления на всех участках расчетного кольца циркуляции. Это условие не всегда может быть выполнено без установки балансировочных клапанов на подводках к фэнкойлу. С учетом этих требований следует определить ориентировочное расчетное циркуляционное давление следующим образом: определяют потери давления на участке, который состоит из подводок (Δр_под.ф), теплообменника фэнкойла (Δр_т.ф) и регулирующего клапана (Δр_кл.ф) при диаметре 15 или 20 мм в зависимости от типоразмера фэнкойла (потери давления в подводках фэнкойла можно принять ориентировочно Δр_под.ф = 1,5 – 2,0 кПа). Ориентировочное циркуляционное давление в основном циркуляционном кольце системы Δр_р.о, Па, принимают равным

Δр_р.о = (Δр_под.ф + Δр_т.ф + Δр_кл.ф )/0,7. (8.9)

На третьем этапе гидравлического расчета определяют диаметры трубопроводов основного циркуляционного кольца, определяют потери давления на отдельных участках. Диаметры назначают, исходя из средней удельной потери давления на трение R_ср, Па/м, основного циркуляционного кольца, определяемой по формуле

Δр_р.о – Δр_т.ф – Δр_кл.ф

R_ср = —————————(1 – k), (8.10)

∑l

^о.ц

где ∑l – суммарная длина участков основного циркуляционного кольца, м; k – доля

^о.ц

потерь давления на местные сопротивления, k = 0,35.

По величине R_ср и расходам воды на участках назначают диаметр трубопровода на участке и определяют фактическое значение R и скорости движения тепло-холодоносителя w, пользуясь соответствующими таблицами и номограммами. Затем определяют коэффициенты местных сопротивлений на участках, рассчитывают потери давления на трение и местных сопротивлениях и определяют потери давления на каждом участке основного циркуляционного кольца. Результаты расчетов заносят в таблицу, форма 6. Если на участке имеется арматура или оборудование, то потери в арматуре и оборудовании также добавляют к потерям на участке. Так как гидравлическая увязка второстепенных колец, как правило, осуществляется с помощью балансировочных клапанов, то и на основном кольце также необходимо установить балансировочных клапан. Ручной балансировочный клапан, например, MSV-I (на подающем трубопроводе) предназначен для парной установки вместе с запорным клапаном MSV-M (на обратном трубопроводе). Клапаны предварительно подбирают, ориентируясь на диаметр трубопровода.

Форма 6

Гидравлический расчет трубопроводов

Данные по схеме				Принято			Результаты расчета
Учас- ток	Q, Вт	G, Кг/ч	l,	dy, мм	w, м/с	R, Па/м	Rl,	рд,		Z,	Rl + Z + pоб, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12

После этого, суммируя потери давления на участках основного циркуляционного кольца, определяют потери давления в системе Δр_с. По величине расхода тепло-холодоносителя в системе G_х.с и суммарным потерям давления Δр_с подбирают циркуляционный насос, предусматривая запас 10%. Для гидравлической увязки характеристики насоса и системы, используют подобранный балансировочный клапан, корректируя его настройку.

На четвертом этапе выполняют расчет второстепенных колец циркуляции (в курсовой работе выполняется, как правило, расчет двух второстепенных колец по согласованию с руководителем). Гидравлический расчет сводится к расчету потерь давления на необщих участках второстепенных колец, соединенных параллельно с участками основного кольца.

Расчетное циркуляционное давление для необщих участков второстепенного кольца определяют по формуле:

Δр_р.вт = ∑ (Δр_уч.)_необщ. – Δр_т.ф – Δр_кл.ф , (8.11)

^о.ц.

где первое слагаемое – сумма потерь давления на необщих участках основного циркуляционного кольца, включая потери давления в теплообменнике фэнкойла и регулирующем клапане; Δр_т.ф – потери давления в теплообменнике фэнкойла второстепенного кольца; Δр_кл.ф – потери давления в регулирующем клапане фэнкойла второстепенного кольца.

По величине Δр_р.вт определяют среднюю удельную потерю давления на трение для участков второстепенного кольца:

Δр_р.вт

R_ср = ————(1 – k), (8.12)

∑l

^вт.ц

и производят гидравлический расчет необщих участков второстепенного кольца. После этого рассчитывают величину гидравлической неувязки δр_неув.

∑ (Δр_уч.)_необщ. – ∑ (Δр_уч.)_необщ.

^{о.ц. вт.ц}

δр_неув = ————————————100, %, (8.13)

∑ (Δр_уч.)_необщ.

^о.ц.

где ∑ (Δр_уч.)_необщ. – сумма потерь давления на необщих участках второстепенного

^вт.ц.

циркуляционного кольца, включая потери давления в теплообменнике фэнкойла и регулирующем клапане.

Величина неувязки не должна превышать ±15% при тупиковом движении тепло-холодоносителя в магистралях системы и ±5% – при попутном. Для увязки потерь давления используют балансировочную арматуру.