2. Гидравличний розрахунок теплових мереж

При проектуванні теплових мереж основна задача гідравлічного розрахунку складається у визначенні діаметрів труб по заданих витратах теплоносія і розташовуваних перепадів тисків у всій мережі або в окремих її ділянках.

У процесі експлуатації теплових мереж виникає необхідність рішення зворотних задач по визначенню витрат теплоносія на ділянках мережі або тисків в окремих крапках при зміні гідравлічних режимів. Результати гідравлічного розрахунку використовується для побудови пьезометричних графіків, вибору схем абонентських уведень, підбора насосного устаткування, визначення вартості теплової мережі й інших цілей.

2.1 Розрахунок витрати теплоносія.

Розрахункова витрата мережної води на опалення, кг/с, розраховується по формулі:

, (2.1)

де Q_оп – максимальна годинна витрата теплоти на опалення, кВт;

с_в – теплоємність води, кДж/(кгК);

t_г, t_звор – розрахункові температури мережної води у подавальному і зворотньому теплопроводах, при розрахунковій температурі зовнішнього повітря для опалення .

Розрахункова витрата мережної води на вентиляцію, кг/с, розраховується по формулі:

, (2.2)

де Q_в – максимальна годинна витрата теплоти на вентиляцію, кВт;

с_в – теплоємність води, кДж/(кгК);

– розрахункові температури мережної води у подавальному і зворотньому теплопроводах, при розрахунковій температурі зовнішнього повітря для вентиляції.

Розрахункова витрата мережної води для гарячого водопостачання для закритої системі теплопостачання, кг/с, розраховується по формулі:

, (2.3)

де – середня витрата теплоти на гаряче водопостачання, кВт;

с_в – теплоємність води, кДж/(кгК);

– температура мережної води у подавальному трубопроводі, у точці зламу опалювального графіку (пункт 1.5.) ºС;

– температура мережної води у зворотному трубопроводі, у точці зламу опалювального графіку (пункт 1.5.) ºС.

2.2 Визначення діаметрів трубопроводів.

Розрахунковою ділянкою розгалуженої мережі прийнято називати трубопровід, у якому витрата теплоносія не змінюється. Розрахункова ділянка розташовується, як правило, між сусідніми відгалуженнями.

Іноді розрахункову ділянку приходиться поділяти на дві або три, якщо в її межах потрібно змінити діаметри труб. У першу чергу гідравлічний розрахунок ведуть по ділянках з найбільш віддаленим абонентом. У парових теплових мережах, коли необхідний тиск пари для абонентів різний, неминуче приходиться спочатку розраховувати ті трубопроводи, що з'єднують джерело тепла з абонентом, що вимагає максимальний тиск пари.

Н ехай число ділянок уздовж головної магістралі дорівнює n , розрахункові витрати теплоносія G₁ , G₂ , G₃,…... G_n , а розташовуваний перепад тисків у всій мережі Р_с (Рис. 4).

Рисунок 4. Розрахункова схема теплової мережі

Тоді для кожної ділянки мережі можна записати:

……………………………………………

де , , - довжина, діаметр та сума коефіцієнтів місцевих опорів відповідно для n-ї ділянки теплової траси.

Таким чином, для визначення діаметрів труб можна записати ( n, +I) рівнянь при числі невідомих 2n (невідомі . Для однозначного рішення даної системи рівнянь варто задатися оптимальним законом розподілу тисків по головній магістралі.

Звичайно приймають, що тиск уздовж головної магістралі падає рівномірно, тобто

тоді

звідки

(2.4)

По величині середньої питомої утрати тиску і відомих витрат теплоносія можна визначити такі діаметри труб, при яких наявний циркуляційний тиск Р_с буде досить повно використано.

У попередніх розрахунках, коли не відомі діаметри труб, частка втрат тиску в місцевих опорах може бути орієнтовно визначена по формулі Б.Л.Шифринсона

(2.5)

де

- коефіцієнт, для водяних мереж Z=0,01, для парових мереж Z=0,5...0,1;

G - витрата теплоносія в початковій ділянці розгалуженого теплопроводу, т/ч. Перед гідравлічним розрахунком необхідно:

- накреслити в масштабі розрахункову схему трубопроводів;

- розділити неї на ділянки;

- визначити довжини ділянок і розрахункові витрати теплоносія.

Розрахунок виконують у два етапи: попередній і остаточний.

1) Приймаємо лінійне падіння тиску по довжині трубопроводу із оптимального діапазону R_л = 80-100 Па/м.

2) По номограмі для гідравлічного розрахунку водопроводів (Додаток 1) визначаємо дійсний діаметр трубопроводу, швидкість та лінійне падіння тиску по довжині трубопроводу R_л за розрахунковою витратою теплоносія ділянках G₁, G₂ ,…………G_nі