2.7 Гідравлічний розрахунок трубопроводів системи опалення.
Трубопроводи системи опалення влаштовуються із сталевих труб – магістральні і металопластикових – покабінетні розведення.
Сталеві труби використовуються згідно ГОСТ 10704-91 – сталеві електрозварні діаметром 108х3 мм, а також згідно ГОСТ 3262-75*.
Труби металопластикові Rautitan flex фірми REHAU Всі труби влаштовуються в теплоізоляції Тhermoflex.
Гідравлічний розрахунок системи опалення виконано за допомогою програми Exel. Результати розрахунку наведено в додатку.
На аксонометричній схемі вибираємо розрахунковий напрямок – найдовше і найбільш навантажене кільце системи. Таким кільцем буде кільце, що проходить через стояк 6. Розрахункове кільце розбиваємо на ділянки. Аксонометрична схема зображена на ватмані. На схемі біля кожної ділянки записані теплові навантаження (Вт), які несе теплоносій по подаючих трубах, - ті, які будуть віддані теплоносієм в опалювальних приладах, а по зворотних – ті, що вже віддані теплоносієм в опалювальних приладах. Також біля кожної ділянки вказана її довжина.
Для визначення діаметрів трубопроводів систем опалення застосовують загальні закони гідравліки. Для руху теплоносія по трубопроводах потрібна різниця тисків на початку і в кінці розрахункової ділянки трубопроводу. Ця різниця тисків витрачається на подолання тертя теплоносія об стінки трубопроводу і місцеві опори.
Якщо позначити тиск на початку ділянки трубопроводу p1, а в кінці ділянки p2, то різниця тисків Δp = p1 – p2 (Па), при цьому p1>p2.
Різниця тисків Δp витрачається на подолання тертя - Δpт і місцеві опори – Δpм:
Втрати тиску на тертя розрахункової ділянки обчислюються за формулою:
,
де R – питома втрата тиску на тертя (втрати на 1 м), Па/м;
,
де λ – коефіцієнт тертя; v – швидкість руху теплоносія, м/с; ρ – густина теплоносія, кг/м3; d – внутрішній діаметр трубопроводу, м.
Значення коефіцієнта тертя λ залежить від режиму руху теплоносія, стану стінок трубопроводу та інших факторів.
В трубопроводах систем опалення здебільшого спостерігається турбулентний рух (ламінарний зустрічається дуже рідко – за малих витрат води і малих діаметрах трубопроводів). Коефіцієнт λ визначається за формулами для турбулентного руху рідини в залежності від стану внутрішньої поверхні трубопроводів (гладка труба, шорстка труба).
При розрахунку трубопроводів систем опалення задача зводиться до визначення діаметра за відомих величин R і v.
Скориставшись залежністю швидкості теплоносія від масової витрати G, кг/с:
,
можна отримати рівняння
.
За даною формулою складені розрахункові номограми і таблиці; для полегшення розрахунків робота по визначенню діаметрів проводиться за ними при заданих R і G.
Втрати тиску в місцевих опорах визначають за формулою:
,
де Σξ – сума коефіцієнтів місцевих опорів.
Для того, щоб теплоносій рухався розрахунковою ділянкою, потрібно, щоб різниця тисків Δp перевищувала втрати тиску або дорівнювала їм:
.
Запас тиску може становити 5-10%.
Для розрахунку діаметрів потрібно від витрат тепла перейти до витрат води, кг/с:
,
де Q – теплове навантаження ділянки, Вт; с – питома теплоємність води, 4,187 кДж/(кг·0С); tг – температура гарячої води, 0С; tо – температура охолодженої води, 0С.
Потім визначають середню питому втрату тиску на тертя на 1 м кільця:
,
де 0,65 – частка втрат тиску на тертя від загальних втрат тиску в теплопроводах системи з насосною циркуляцією; Σl – загальна довжина ділянок кільця.
В залежності від G і R за таблицею додатка 12 [3] знаходяться діаметри трубопроводів на ділянці, швидкість руху води і фактичні питомі втрати тиску на тертя Rф. За формулою
,
обчислюються втрати тиску на тертя.
Далі визначається кількість коефіцієнтів місцевих опорів на ділянці (додаток 13 [3]) і за таблицею додатка 14 [3] знаходяться втрати тиску в місцевих опорах. Потім обчислюються загальні гідравлічні втрати в кільці і порівнюються з діючим тиском. При невиконанні умови здійснюється перерахунок діаметрів декількох ділянок кільця.
Таблиця 2.5
Результати розрахунків зводимо в таблицю.
Номер ділянки № |
Довжина ділянки L,м |
Теплове навантаж Q,Вт |
Витрата на ділянці G,кг/год |
Діаметр трубопро воду D,мм |
Швид кість тепло носія V |
Питомий опір на тертя R |
Втрати тиску на тертя Pтер,Па |
Коефіці єнт місц. Опору ξ |
Втрати тиску на місц. Опори Z |
Z*ξ |
Сумарні втрати тиску |
|
Р,Па∑ |
||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
Головне циркуляційне кільце |
||||||||||||
1--2 |
25,0 |
268196 |
11529,8 |
50 |
0,21 |
94,3 |
2357,5 |
1,1 |
19 |
20,9 |
2378,4 |
|
2--3 |
0,7 |
265079 |
11395,8 |
50 |
0,15 |
95,6 |
66,92 |
2 |
8,5 |
17 |
83,92 |
|
3--4 |
11,1 |
261619 |
11247,05 |
50 |
0,14 |
93 |
1032,3 |
2,8 |
10 |
28 |
1060,3 |
|
4--5 |
2,1 |
231119 |
9935,854 |
50 |
0,14 |
22,5 |
47,25 |
2 |
10 |
20 |
67,25 |
|
5--6 |
1,0 |
200619 |
8624,652 |
50 |
0,67 |
93 |
93 |
2,5 |
214 |
535 |
628 |
|
6--7 |
0,5 |
170119 |
7313,451 |
50 |
0,66 |
95,6 |
47,8 |
2,5 |
206 |
515 |
562,8 |
|
7--8 |
2,8 |
167002 |
7179,451 |
50 |
0,65 |
94,3 |
264,04 |
2,5 |
205 |
513 |
776,54 |
|
8--9 |
11,2 |
163542 |
7030,704 |
50 |
0,64 |
78,8 |
882,56 |
2,5 |
200 |
500 |
1382,6 |
|
9--10 |
0,9 |
140827 |
6054,182 |
40 |
0,64 |
77,3 |
69,57 |
2,5 |
200 |
500 |
569,57 |
|
10--11 |
0,4 |
137710 |
5920,181 |
40 |
0,51 |
60,8 |
24,32 |
2,5 |
121 |
303 |
326,82 |
|
11--12 |
13,6 |
114998 |
4943,788 |
40 |
0,44 |
10,9 |
148,24 |
2,1 |
80 |
168 |
316,24 |
|
12--13 |
1,2 |
112920 |
4854,454 |
40 |
0,44 |
52,4 |
62,88 |
2,5 |
80 |
200 |
262,88 |
|
13--14 |
0,5 |
82420 |
3543,253 |
40 |
0,37 |
31 |
15,5 |
2,5 |
63 |
158 |
173 |
|
14--15 |
1,6 |
51920 |
2232,052 |
40 |
0,37 |
33,2 |
53,12 |
2,5 |
62 |
155 |
208,12 |
|
15--16 |
1,5 |
48460 |
2083,305 |
40 |
0,37 |
31 |
46,5 |
2 |
59 |
118 |
164,5 |
|
16--17 |
22,8 |
44135 |
1897,373 |
32 |
0,44 |
22,4 |
510,72 |
2,5 |
42 |
105 |
615,72 |
|
17--18 |
3,3 |
40500 |
1741,103 |
32 |
0,44 |
10,9 |
35,97 |
3,6 |
22 |
79,2 |
115,17 |
|
18--19 |
3,3 |
36000 |
1547,647 |
32 |
0,51 |
60,8 |
200,64 |
3,6 |
12 |
43,2 |
243,84 |
|
19--20 |
3,3 |
31500 |
1354,192 |
32 |
0,64 |
77,3 |
255,09 |
3 |
10 |
30 |
285,09 |
|
20--21 |
16,5 |
27000 |
1160,736 |
32 |
0,64 |
78,8 |
1300,2 |
2,5 |
7 |
17,5 |
1317,7 |
|
21--22 |
1,3 |
4500 |
193,4559 |
20х2,0 |
0,65 |
94,3 |
122,59 |
2,5 |
7 |
17,5 |
140,09 |
|
22--23 |
2,7 |
3115 |
133,9145 |
16х2,0 |
0,66 |
95,6 |
258,12 |
3 |
27 |
81 |
339,12 |
|
23--24 |
3,1 |
2250 |
96,72797 |
16х2,0 |
0,67 |
93 |
288,3 |
2,5 |
45 |
113 |
400,8 |
|
24--25 |
5,1 |
1385 |
59,54144 |
16х2,0 |
0,14 |
22,5 |
114,75 |
2 |
11 |
22 |
136,75 |
|
25--26 |
3,1 |
2250 |
96,72797 |
16х2,0 |
0,14 |
93 |
288,3 |
2,5 |
45 |
113 |
400,8 |
|
26--27 |
2,7 |
3115 |
133,9145 |
16х2,0 |
0,14 |
95,6 |
258,12 |
3 |
27 |
81 |
339,12 |
|
27--28 |
1,3 |
4500 |
193,4559 |
20х2,0 |
0,67 |
94,3 |
122,59 |
2,5 |
7 |
17,5 |
140,09 |
|
28--29 |
16,5 |
27000 |
1160,736 |
32 |
0,66 |
78,8 |
1300,2 |
2,5 |
7 |
17,5 |
1317,7 |
|
29--30 |
3,3 |
31500 |
1354,192 |
32 |
0,65 |
77,3 |
255,09 |
3 |
10 |
30 |
285,09 |
|
30--31 |
3,3 |
36000 |
1547,647 |
32 |
0,64 |
60,8 |
200,64 |
3,6 |
12 |
43,2 |
243,84 |
|
31--32 |
3,3 |
40500 |
1741,103 |
32 |
0,64 |
10,9 |
35,97 |
3,6 |
22 |
79,2 |
115,17 |
|
32--33 |
22,8 |
44135 |
1897,373 |
32 |
0,51 |
22,4 |
510,72 |
2,5 |
42 |
105 |
615,72 |
|
33--34 |
1,5 |
48460 |
2083,305 |
32 |
0,44 |
31 |
46,5 |
2 |
59 |
118 |
164,5 |
|
34--35 |
1,6 |
51920 |
2232,052 |
40 |
0,44 |
33,2 |
53,12 |
2,5 |
62 |
155 |
208,12 |
|
35--36 |
0,5 |
82420 |
3543,253 |
40 |
0,37 |
31 |
15,5 |
2,5 |
63 |
158 |
173 |
|
36--37 |
1,2 |
112920 |
4854,454 |
40 |
0,37 |
52,4 |
62,88 |
2,5 |
80 |
200 |
262,88 |
|
37--38 |
13,6 |
114998 |
4943,788 |
40 |
0,37 |
10,9 |
148,24 |
2,1 |
80 |
168 |
316,24 |
|
38--39 |
0,4 |
137710 |
5920,181 |
40 |
0,44 |
60,8 |
24,32 |
2,5 |
121 |
303 |
326,82 |
|
39--40 |
0,9 |
140827 |
6054,182 |
40 |
0,44 |
77,3 |
69,57 |
2,5 |
200 |
500 |
569,57 |
|
40--41 |
11,2 |
163542 |
7030,704 |
50 |
0,51 |
78,8 |
882,56 |
2,5 |
200 |
500 |
1382,6 |
|
41--42 |
2,8 |
167002 |
7179,451 |
50 |
0,64 |
94,3 |
264,04 |
2,5 |
205 |
513 |
776,54 |
|
42--43 |
0,5 |
170119 |
7313,451 |
50 |
0,64 |
95,6 |
47,8 |
2,5 |
206 |
515 |
562,8 |
|
43--44 |
1,0 |
200619 |
8624,652 |
50 |
0,65 |
93 |
93 |
2,5 |
214 |
535 |
628 |
|
44--45 |
2,1 |
231119 |
9935,854 |
50 |
0,66 |
22,5 |
47,25 |
2 |
10 |
20 |
67,25 |
|
45--46 |
11,1 |
261619 |
11247,05 |
50 |
0,67 |
93 |
1032,3 |
2,8 |
10 |
28 |
1060,3 |
|
46--47 |
0,7 |
265079 |
11395,8 |
50 |
0,14 |
95,6 |
66,92 |
2 |
8,5 |
17 |
83,92 |
|
47--48 |
25,0 |
268196 |
11529,8 |
50 |
0,14 |
94,3 |
2357,5 |
1,1 |
19 |
20,9 |
2378,4 |
|
|
265,9 |
|
|
|
|
|
16481 |
|
|
|
24974 |
|
Мале циркуляційне кільце |
||||||||||||
1--2 |
25,0 |
268196 |
11529,8 |
50 |
0,14 |
94,3 |
2357,5 |
1,1 |
19 |
20,9 |
2378,4 |
|
2--3 |
0,7 |
265079 |
11395,8 |
50 |
0,14 |
95,6 |
66,92 |
2 |
8,5 |
17 |
83,92 |
|
3--4 |
11,1 |
261619 |
11247,05 |
50 |
0,67 |
93 |
1032,3 |
2,8 |
10 |
28 |
1060,3 |
|
4--49 |
9,5 |
60700 |
2609,506 |
32 |
0,51 |
78,8 |
748,6 |
2,5 |
220 |
550 |
1298,6 |
|
49--50 |
3,3 |
57650 |
2478,385 |
32 |
0,67 |
93 |
306,9 |
3 |
205 |
615 |
921,9 |
|
50--51 |
3,3 |
54600 |
2347,265 |
32 |
0,32 |
95,6 |
315,48 |
2 |
180 |
360 |
675,48 |
|
51--52 |
3,3 |
51550 |
2216,145 |
32 |
0,28 |
94,3 |
311,19 |
1,1 |
165 |
182 |
492,69 |
|
52--53 |
3,3 |
48500 |
2085,025 |
32 |
0,22 |
93,1 |
307,23 |
2,5 |
154 |
385 |
692,23 |
|
53--54 |
13,2 |
18000 |
773,8237 |
32 |
0,46 |
90,5 |
1194,6 |
2,8 |
141 |
395 |
1589,4 |
|
54--55 |
1,6 |
4500 |
193,4559 |
20х2,0 |
0,36 |
86,4 |
138,24 |
2 |
105 |
210 |
348,24 |
|
55--56 |
2,9 |
3115 |
133,9145 |
20х2,0 |
0,29 |
79,5 |
230,55 |
2,5 |
87 |
218 |
448,05 |
|
56--57 |
3,3 |
2250 |
96,72797 |
16х2,0 |
0,21 |
82,3 |
271,59 |
2,5 |
11 |
28 |
299,59 |
|
57--58 |
7 |
1385 |
59,54144 |
16х2,0 |
0,15 |
75,4 |
527,8 |
2 |
8,5 |
17 |
544,8 |
|
58--59 |
3,3 |
2250 |
96,72797 |
16х2,0 |
0,21 |
82,3 |
271,59 |
2,5 |
11 |
28 |
299,59 |
|
59--60 |
2,9 |
3115 |
133,9145 |
20х2,0 |
0,29 |
79,5 |
230,55 |
2,5 |
87 |
218 |
448,05 |
|
60--61 |
1,6 |
4500 |
193,4559 |
20х2,0 |
0,36 |
86,4 |
138,24 |
2 |
105 |
210 |
348,24 |
|
61--62 |
13,2 |
18000 |
773,8237 |
32 |
0,46 |
90,5 |
1194,6 |
2,8 |
141 |
395 |
1589,4 |
|
62--63 |
3,3 |
48500 |
2085,025 |
32 |
0,22 |
93,1 |
307,23 |
2,5 |
154 |
385 |
692,23 |
|
63--64 |
3,3 |
51550 |
2216,145 |
32 |
0,28 |
94,3 |
311,19 |
1,1 |
165 |
182 |
492,69 |
|
64--65 |
3,3 |
54600 |
2347,265 |
32 |
0,32 |
95,6 |
315,48 |
2 |
180 |
360 |
675,48 |
|
65--66 |
3,3 |
57650 |
2478,385 |
32 |
0,67 |
93 |
306,9 |
3 |
205 |
615 |
921,9 |
|
66--45 |
9,5 |
60700 |
2609,506 |
32 |
0,51 |
78,8 |
748,6 |
2,5 |
220 |
550 |
1298,6 |
|
45--46 |
11,1 |
261619 |
11247,05 |
50 |
0,67 |
93 |
1032,3 |
2,8 |
10 |
28 |
1060,3 |
|
46--47 |
0,7 |
265079 |
11395,8 |
50 |
0,14 |
95,6 |
66,92 |
2 |
8,5 |
17 |
83,92 |
|
47--48 |
25,0 |
268196 |
11529,8 |
50 |
0,14 |
94,3 |
2357,5 |
1,1 |
19 |
20,9 |
2378,4 |
|
|
168 |
|
|
|
|
|
15090 |
|
|
|
21122 |
|
∆Ргр. = 9,81*(977,7-965,3)*33=4014,3,41 Па
∆Рн. = 21272 Па
∆Рак. = ∆Ргр+0,75∆Рн=4014,3+21272*0,75=24283 Па
Нев’язка по великому циркуляційному кільці:
(24974-24283)/24974*100=8,77%
Нев’язка по малому циркуляційному кільці:
(24974-21122)/24974*100=10,4%