Теплоснабжение и тепловые сети

Необходимо выполнить рабочие чертежи оборудования одной из тепловых ка-

мер.

Неподвижную опору располагают на теплопроводах большего диаметра. Для спуска в камеру и выхода из нее предусматривают не менее двух люков, металличе-

ские лестницы или скобы. При площади камеры по внутреннему обмеру более 6 м2

устанавливается четыре люка. Дно устраивается с уклоном 0,002 в сторону приямка для сбора и удаления воды. На всех ответвлениях теплопроводов в камере устанав-

ливают отключающую арматуру. Переход на другой диаметр труб осуществляют в пределах камеры. Минимальная высота камеры принимается 2 м.

С целью уменьшения высоты камеры и заглубления тепловых сетей задвижки могут устанавливаться под углом 45° или горизонтально. В местах установки сек-

ционирующих задвижек со стороны источника теплоты устраивается перемычка между подающим и обратным теплопроводами диаметром, равным 0,3 диаметра те-

плопровода. На перемычке устанавливаются две задвижки, а между ними - спуск-

ной контрольный вентиль d = 25 мм.

Допускается увеличивать расстояние между секционирующими задвижками до

1500 м на трубопроводах d = 400-500 мм при условии заполнения секционирован-

ного участка водой или спуска ее в течение 4 часов, для трубопроводов d ≥ 600 мм -

до 3000 м при условии заполнения участка водой или спуска воды в течение 5 ча-

сов, а для надземной прокладки d ≥ 900 мм - до 5000 м.

При установке задвижек большого диаметра с электроприводом независимо от способа прокладки тепловых сетей вместо тепловых камер могут устраиваться над-

земные павильоны.

В камерах на ответвлениях к отдельным зданиям при диаметре ответвлений до

50 мм и длине до 30 м запорную арматуру допускается не устанавливать. При этом должна предусматриваться запорная арматура, обеспечивающая отключение груп-

пы зданий с суммарной тепловой нагрузкой до 0,6 МВт.

Тепловая камера должна быть изображена в плане и в двух разрезах. В случа-

ях, когда конструкция и расположение оборудования в камере ясны из плана и од-

ного разреза, второй можно не выполнять.

71

Требования к монтажным схемам тепловых сетей приведены в [9 ], а схемы

представлены на рис. 8.1 и 8.2.

Рис. 8.1 Пример оформления тепловых сетей на генплане квартала города

Рис. 8.2 Монтажная схема тепловых сетей

72

Глава 9

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

При проектировании тепловых сетей гидравлический расчёт позволяет опреде-

лить диаметры трубопроводов и падение давления, а для существующих сетей – пропускную способность. Гидравлический расчёт аварийного режима тепловых се-

тей выполняют с помощью вычислительной техники или моделирующих устройств.

В процессе проектирования автоматизированный расчёт позволяет улучшить каче-

ство проекта, найти оптимальное решение. Существуют программы расчётов на ЭВМ различных институтов.

9.1 Основные зависимости

Падение давления в трубопроводе происходит за счёт трения жидкости о стенки ртр и за счёт изменения эпюры скоростей потока на поворотах, в местах установки арматуры и т.д. (падение давления на местных сопротивлениях рм ). Па-

дение за счёт трения, Па, определяется по формуле Дарси — Вейсбаха

где λ – коэффициент трения;

Dв – внутренний диаметр трубопровода, м; l – длина трубопровода, м;

υ – скорость движения потока жидкости, м/с; ρ – плотность, кг/м3.

Коэффициент трения λ зависит от режима движения жидкости и шероховато-

сти труб. Различают четыре характерные области режима движения жидкости: об-

ласть ламинарного движения, область гидравлических гладких труб, переходную область и область квадратичного закона. В ламинарной области и области гидравли-

73

ческих труб коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса Re Dâ , где ν –

кинематический коэффициент вязкости потока, м2/с.

Впереходной области, т.е. в области перехода от гидравлически гладких труб

кобласти квадратичного сопротивления, коэффициент трения зависит от числа Rе и шероховатости труб. Для этой области коэффициент трения определяют по формуле

где kэ – эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб (для паровых сетей kэ = 0,0002 м, для водяных тепловых сетей kэ = 0,0005 м, для сетей горячего водоснабжения и конденсатопроводов kэ = 0,001 м).

Для области квадратичного закона коэффициент трения не зависит от числа Rе ,

а зависит только от шероховатости труб. Коэффициент λ определяют по формуле Прандтля – Никурадзе

Анализ движения теплоносителя в тепловых сетях показывает, что, как прави-

ло, движение происходит в переходной области или в области квадратичного зако-

на. Границу переходной области и области квадратичного закона можно определить в результате совместного решения уравнений (9.2) и (9.3) или с помощью предель-

ного числа Рейнольдса

При Re Reпр имеем область квадратичного закона.

Падение давления на местном сопротивлении

где ζ – коэффициент местного сопротивления.

74

Коэффициенты местных сопротивлений определены экспериментально и при-

ведены в справочниках.

Суммарное падение давления на участке тепловой сети, Па,

9.2 Методы расчёта

Существуют различные методы гидравлического расчёта тепловых сетей. При правильном выборе метода можно сократить время на расчёт тепловых сетей. При правильном выборе метода можно сократить время на расчёт с сохранением необ-

ходимой степени точности.

Если потери давления на трение и на местных сопротивлениях примерно оди-

наковы, целесообразно применять метод удельных потерь на трение. При этом ме-

тоде суммарное падение давления на участке тепловой сети, Па, определяют по формуле

где R 2 - удельное падение давления на 1 м длины трубопровода, Па/м;

Dâ 2

l – длина участка трубопровода, м;

рм - падение давления на местных сопротивлениях участка, Па.

Метод удельных потерь на трение применяют при расчёте паровых сетей низкого давления и внутридомовых систем теплоснабжения (систем отопления, систем теп-

лоснабжения калориферов и др.).

В наружных тепловых сетях основная доля падения давления – за счёт трения. Па-

дение давления на местных сопротивлениях зависит от вида прокладки, типа приня-

тых компенсаторов и составляет примерно 30-40 % от падения давления за счёт тре-

ния. При выполнении гидравлического расчёта тепловых сетей потери давления на местных сопротивлениях заменяют потерями давления за счёт трения на участке длиной l экв. Длину участка выбирают из условия

75

Длина эквивалентного участка прямо пропорциональна сумме коэффициентов местных сопротивлений и диаметру, обратно пропорциональна коэффициенту тре-

ния. Суммарные потери давления на участке, Па,

где R – удельная потеря давления на 1 м длины участка, Па/м;

lпр – приведенная длина участка, м.

Для существующих тепловых сетей, т.е. при определении пропускной способ-

ности сети, гидравлический расчёт удобно выполнять с помощью метода характери-

стик. Падение давления на участке

76

тивлением участка тепловой сети. Для существующего участка при ρ = const харак-

теристика является величиной постоянной. При известной характеристике потеря давления на участке

где S – сопротивление участка, Па·с2/кг2;

G – расход теплоносителя на участке, кг/с.

Последнее уравнение позволяет вычислить расход теплоносителя на участке,

т.н. пропускную способность участка, при известном сопротивлении участка и из-

вестном падении давления на нём.

Для ряда последовательно соединенных участков суммарная потеря давления равна сумме потерь давления на отдельных участках. Например, для трёх участков

(рис. 9.1, а)

77

т.е. суммарное сопротивление ряда последовательных участков равно сумме сопро-

тивление отдельных участков.

1-3 – участки тепловой сети

Рис. 9.1 – Последовательное (а) и параллельное (б) соединение участков

При параллельном соединении участков потери давления на них равны между

Величину 1 S1 обозначим а1 и назовём проводимостью 1-го участка, тогда

Расходы теплоносителя на 2-м, 3-м участке и суммарный соответственно равны

С другой стороны, суммарный расход теплоносителя

78

Подставив в уравнение (8.24) вместо расходов их значения, получим

При параллельном соединении участков суммарную проводимость определяют как сумму проводимостей отдельных участков. Сопротивление параллельно соеди-

ненных участков вычисляют по формуле

9.3 Гидравлический расчёт водяных тепловых сетей

Водяные тепловые сети рассчитывают в два этапа – предварительный и оконча-

тельный. При предварительном гидравлическом расчёте потери давления на мест-

ных сопротивлениях определяют по формуле

где - коэффициент, учитывающий долю потерь давления на местных сопротив-

лениях (табл. 9.1)

Предварительный гидравлический расчёт иногда выполнят на стадии проектно-

го задания при технико-экономических расчётах.

Окончательный гидравлический расчёт отличается от предварительного тем,

что падение давлении я на местных сопротивлениях учитываются более точно, т.е.

после расстановки компенсаторов и отключающей арматуры. Гидравлический рас-

чёт выполняют для подающего трубопровода; диаметр обратного трубопровода и падение давления в нём принимают таким же, как и в подающем.

79