При проектировании и эксплуатации тепловых сетей широко пользуются единицей измерения – напором. Единицы измерения напора и давления связаны следующей зависимостью:

, (5.13)

где Н – напор, м; р – давление, МПа; ρ – плотность теплоносителя, кг/м³;

g– ускорение свободного падения, м/с²,g= 9,8.

расчет для 1-ой магистрали (теплоснабжение производственного сектора) сведен в таблицу 5.12.

таблица 5.12 – Окончательный гидравлический расчет 1-го луча тепловой сети

№ уч.	dу, мм	dн х δ, мм	ℓ, м	ℓэ, м	ℓэ + ℓ, м	R, Па/м	, кПа	, м	∑∆Н, м
1 – 3	70	76 × 3,0	483	65,28	548,28	80	43,86	4,386	4,386
2 – 3	50	32 × 2,5	31	13,66	44,66	352	15,72	1,572
3 - 5	70	76 × 3,0	203	22,90	225,9	70	15,81	1,581	5,709
4 - 5	50	57 × 3,5	141	13,98	155,0	175	27,12	2,712
5 - 7	70	76 × 3,0	330	54,125	384,125	43	16,517	1,685	7,394
6 – 7	80	87 × 4,0	62	16,13	78,3	175	13,700	1,370
7 - 13	125	125 × 4,0	990	155,5	1145,5	40	45,820	4,582	11,976

Таблица 5.12 – Увязка ответвлений для 1-го луча теплотрассы

направ-ление	∆H, м	Низб, м	G, т/ч	dу, мм	Невязка потерь напора, %	dд, мм
1 – 3	4,386	2,814			100 (2,814/4,386) = 64 %, больше 15 %
2 – 3	1,572		6,8	50		20
4 – 5	2,712		7,092	50		21
1-3-5-7	7,394	6,024			100(6,024/7,394) = 81,5 %, больше 15 %
6 – 7	1,37		27,065	80		27

расчет 2-ого луча

таблица 5.13 –расчет эквивалентных длин местных сопротивлений 2-го луча

№ уч	dн, мм	Вид местного сопротивления	Эквивалентные длины ℓэ, м
8 – 10	57	1.П-обр. компенсатор – 1 шт. 2. задвижка	5,2 0,65 ∑ℓэ = 5,85
9 – 10	57	1.П-обр. компенсатор – 3 шт. 2.тр-к на ответвление при делении (слиянии) потока – среднее значение 3. задвижка	5,2 × 3= 15,6 (1,3 +1,96)/2 = 1,63 0,65 ∑ℓэ = 17,88
10 – 12	76	1. тройник на проход при делении (слиянии) потока – среднее значение 2 Компенсатор – 1 шт	(2 + 3)/2 = 2,5 6,8 ∑ℓэ = 9,3
11– 12	76	1.П-обр. компенсатор – 2 шт. 2.тр-к на ответвление при делении (слиянии) потока – среднее значение	6,8 × 2 = 13,6 (3 + 4)/2 = 3,5 ∑ℓэ = 17,1
12 – 13	89	1. П- образный компенсатор – 2 шт. 2. Отвод (90 ) – 3 шт. 3. Задвижка 4. тройник на проход при делении (слиянии) потока – среднее значение	9,8 × 2 = 19,6 1,65 × 3 = 4,95 1,65 (2,56 + 3,82)/2 = 3,19 ∑ℓэ = 29,39

таблица 5.14 – Окончательный гидравлический расчет 2-го луча тепловой сети

№ уч.	dу, мм	dн х δ, мм	ℓ, м	ℓэ, м	ℓэ + ℓ, м	R, Па/м	, кПа	, м	∑∆Н, м
8 – 10	50	57 × 3,5	60	5,85	65,85	373	24,56	2,456
9 – 10	40	57 × 3,5	190	17,88	207,88	186	38,66	3,866	3,866

Таблица 5.15– Увязка ответвлений для 2-го луча теплотрассы

направ-ление	∆H, м	Низб, м	G, т/ч	dу, мм	Невязка потерь напора, %	dд, мм
8 – 10	2,456	1,41	7,128	50	100(1,41/3,866) = 36 %, больше 15 %	25
9 – 10	3,866
9-10-12	4,716	2,293			100(2,293/4,716) = 62 %, больше 15 %
11– 12	2,423		9,5	70		25

Места установки дроссельных диафрагм:

• непосредственно перед теплоприемником на обратном теплопроводе тепловой сети, если весь избыточный напор может срабатываться в диафрагме;

• в ИТП:

  • на обратном трубопроводе (с частичным погашением избыточного напора, если он значительно превышает величину потерь напора в теплоприемнике и его невозможно погасить с минимально допустимым проходным отверстием диафрагмы, 2,5…3 мм);

  • промежуточную диафрагму на ответвлении тепловой сети к данному теплоприемнику на обратном трубопроводе (с погашением остальной части избыточного напора);

• по одной диафрагме на подающем и обратном трубопроводе тепловой сети на ответвлении к данному теплоприемнику с погашением всего избыточного напора.

На рисунке 5.3 показана установка диафрагма на байпасе (обводе) к ответвлению.

1 – магистральный трубопровод; 2 – ответвление; 3 – задвижка (шаровой кран) на ответвлении; 4 – задвижка (шаровой кран) на байпасе; 5 – вентиль для продувки диафрагмы; 6 –дроссельная диафрагма

Рисунок 5.3 – установка дроссельной диафрагмы на наружном теплопроводе

6. Пьезометрический график

Полный напор отсчитывается от одного общего условного горизонтального уровня.

Напор, отсчитанный не от условного, общего для всей сети горизонтального уровня, а от уровня прокладки оси трубопровода в данной точке, называется пьезометрическим напором или пьезометрической высотой.

при проектировании и эксплуатации разветвленных тепловых сетей, когда проходится учитывать взаимное влияние многочисленных факторов, определяющих гидравлический режим сети: геодезический профиль района; высотность абонентских зданий; потерю напора (давления) в тепловой сети и абонентских установках и т. д., широко используетсяпьезометрический график. На пьезометрическом графике в определенном масштабе нанесены рельеф местности, высоты присоединенных зданий, величина напора в сети.

1. 6.1 Построение графика для первого луча

пьезометрический график строится для статического и динамического режима работы системы теплоснабжения и производится следующим образом (рисунок 8).

1. строится система координат, где по оси «х» откладывают длину расчетных участков магистрального трубопровода, а по оси «у» – значение напора, м, в подающей и обратной магистрали (0 …120).

2. Наносится профиль местности вдоль трассы магистральных трубопроводов.

3. Условно принимается, что оси трубопроводов совпадают с поверхностью земли, поэтому фактические напоры при подземной прокладке будут на 1…2 м выше, а при надземной прокладке – ниже указанных на графике.

4. На профиле местности наносятся высоты зданий в масштабе напоров, м.

5. Проводится линия статического напора выше на 3…5 м самого высокого здания (линия S-S) из условия заполнения сетевой водой по возможности всех потребителей и создания в верхних точках избыточного напора. В гидростатическом режиме циркуляция теплоносителя в тепловой сети отсутствует, и напор поддерживается подпиточными насосами. Линия статического напора – прямая, параллельная оси абсцисс.

6. максимальный статический напор в тепловой сети при присоединении отопительных систем по зависимой схеме не должен превышать 60 м из условия механической прочности чугунных отопительных приборов. Проводится горизонтальная линия Z-Z на 60 м ниже линии S-S, тогда при статическом режиме в зоне между этими линиями не будут разрушаться чугунные отопительные приборы и котлы.

7. Проводится горизонтальная линия давления А₂ - Б₄ на всасывающей стороне сетевых насосов на уровне самого высокого профиля местности – ось сетевых насосов.

8. Стоится пьезометрическая линия обратной магистрали. От точки А₂ откладывают по оси абсцисс длины расчетных участков с нарастающим итогом, а по оси ординат – потери напора по данным гидравлического расчета по участкам обратной магистрали (∆Н м вод. ст). Получают пьезометрическую линию А₂ – Б₂ обратной магистрали.

максимальный напор при зависимых схемах присоединении к тепловым сетям не должно превышать 60 м вод. ст. из условия прочности чугунных отопительных приборов, при независимой схеме – 100 м из условия прочности водоподогревателей.

Минимальный напор в обратном трубопроводе должно обеспечивать залив верхних приборов систем отопления, то есть линия напора в обратной магистрали должна быть выше зданий на 3…5 м, во избежание образования вакуума, иначе будет опорожнение местной системы отопления через обратный трубопровод, то есть она не должна пересекать линию высоты здания.

9. От точки Б₂ вверх откладывают потери давления:

• на элеватор в абонентских установках последнего потребителя ∆Н_э = 15 м вод. ст. и получают точку Б₁;

• если присоединение производится без элеватора, то есть температура воды в подающей магистрали 95 °С, тогда откладывают давление – 4 м вод. ст. для получения точки Б₁. обычно потери напора в местной системе отопления равны 1...2 м вод. ст. или 10…20 кПа).

10. Строится пьезометрическая линия подающей магистрали, которая является зеркальным отображением пьезометрической линии обратной магистрали. От точки Б₁ в верх откладываются суммарные потери напора в магистральном трубопроводе и получают точку Б₃. Затем проводится горизонтальная линия Б₃ – А₁. От точки А₁ по оси ординат откладываются потери напора по данным гидравлического расчета по участкам подающей магистрали (∆Н м вод. ст.) и получают пьезометрическую линию А₁ – Б₁ подающей магистрали.

максимальный напорограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок. Предельно допустимые напоры:

• стальных водогрейных котлов – 250 м вод. ст.;

• чугунных котлов – 60 м вод. ст.;

• подогревателей сетевой воды – 140 м вод. ст.;

• скоростных подогревателей – 100 м вод ст.;

• калориферов – 80 м вод. ст.;

• чугунных радиаторов – 60 м вод. ст.;

• панелей со змеевиками из труб – 80 м вод. ст.

минимальный напор не должен допускать вскипания воды.условие не вскипания воды определяется в зависимости от расчетной температуры воды.

На пьезометрическом графике это условие может быть отражено следующим способом:

• от каждой точки поверхности земли откладывается напор Н_к, соответствующий расчетной температуре сетевой воды (при 150С – 40 м вод. ст.; при 130С – 20 м вод. ст.; при 120 °С – 10 м вод. ст.) и проводят линию не вскипания –R-L-K-X-W. Если она не пересекаетпьезометрическую линию подающей магистрали, то вскипания не будет;

• ниже пьезометрической линии подающей магистрали проводят линию N-Pпараллельно ей на величину Н_к. эта линия – линия не вскипания воды в системах отопления. Если она не пересекает высоты зданий, то вскипания воды не будет в местных системах отопления подключенных по зависимой схеме без понижения температуры воды.

этот наглядно иллюстрирует те уровни, до которых можно поднимать воду с расчетной температурой выше 100°С во избежание парообразования в системах отопления.

10. От точки а₁ откладывают вверх потери давления ∆Н_б = 10…20 м вод. ст. в бойлерной ТЭЦ или котельной и получают точку К.

11. Ответвления наносят на профиле местности. Присоединение потребителей, расположенных на ответвлениях к тепловым сетям показывают в месте подключения к магистрали.

Построенный пьезометрический график позволяет: легко установить напор в любой точке подающего и обратного трубопроводов, который определяется величиной отрезка между данной точкой и линией давления (в подающем и обратном трубопроводе).располагаемый напор в каждой точке равен разности давлений в прямой и обратной магистрали.

Необходимо отметить, что при непосредственном (зависимом) присоединении местных систем отопления обратный трубопровод тепловой сети гидравлически соединен с ней.Поэтому давление в обратном трубопроводе целиком передается местной системе отопления и наоборот.

При первоначальном построении пьезометрического графика напор на всасывающей стороне сетевых насосов было принято произвольно.

пьезометрический график можно перемещать параллельно самому себе, что позволяет принять любые давления на всасывающей стороне сетевых насосов и соответственно в местных системах отопления.

При выборе положения пьезометрического графика необходимо учитывать следующие положения:

1. напор на всасывающей стороне сетевого насоса во избежание кавитации должен быть не менее 5 м вод ст.

2. располагаемый напор в конечной точке сети должен быть равен или больше расчетной потери напора в абонентском вводе при расчетном расходе пропуска теплоносителя;

3. пьезометрические напоры на абонентских вводах, то есть в подающей магистрали, должны превышать высоту абонентских установок горячего водоснабжения;

4. при неровном рельефе местности, когда значительное количество потребителей тепла выходят за границу нормального гидравлического режима, систему теплоснабжения разбивают на независимые по напору зоны.