15. Основы гидравлического расчета систем теплоснабжения.

Задача гидравлического расчета

Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов про­ектирования и эксплуатации тепло­вой сети.

В задачу гидравлического рас­чета входит:

1) определение диаметров тру­бопроводов;

2) определение падения давле­ния (напора);

3) установление величин давле­ний (напоров) в различных точках сети;

4) увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения до­пустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских си­стемах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способно­сти трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета дают исходный материал для решения следующих задач:

1) определения капиталовложе­ний, расхода металла (труб) и ос­новного объема работ по сооруже­нию тепловой сети;

2) установления характеристик циркуляционных и подпилочных на­сосов, количества насосов и их раз­мещения;

3) выяснения условий работы тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения або­нентских установок к тепловой сети;

4) выбора авторегуляторов для тепловой сети и абонентских вводов;

5) разработки режимов экс­плуатации.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Уравнение Бернулли для уста­новившегося движения по трубо­проводу несжимаемой жидкости, выражающее удельный, отнесенный к единице массы энергетический баланс этой жидкости без учета ее энтальпии, может быть записано в виде выражения:

(5.1)

где и Z₂ — геометрическая высота центра тяжести трубопровода по отношению к горизонтальной плоскости отсчета, м; и— скорость движения жидкости, м/с; p1 и p2 — давле­ние жидкости , Па; — падение давления на участке, Па; — плотность жидкости, кг/'м³; g — ускорение свободно па­дающего тела, 9,81 м/с².

Величина Zg — удельная энергия высоты в данном се­чении, отнесенная к единице массы жидкости, Дж/кг.

Величина w²/2 — удельная кинетическая энергия жид­кости в данном сечении, отнесен­ная к единице массы жидкости, Дж/кг.

Величина — удельная по­тенциальная энергия жид­кости в данном сечении, отнесенная к единице массы жидкости, Дж/кг.

Величина — потеря потен­циальной энергии 1 кг жидкости из-за трения и местных сопротивле­ний на участке трубопровода, Дж/кг.

Потерянная потенциальная энер­гия жидкости переходит в теп­ло, что приводит к увеличению удельной энтальпии жидкости в про­цессе ее движения по трубопроводу.

При гидравлическом расчете тепловых сетей обычно не учитывают величину w²/2g, представляю­щую собой скоростной напор потока в трубопроводе, так. как эта величина, как правило, состав­ляет сравнительно небольшую до­лю от полного напора и незначи­тельно изменяется по длине сети. Обычно принимают:

(5-3)

т. е. считают полный напор равным сумме пьезометрического напора и высоты расположения оси трубо­провода над плоскостью . отсчета. Под пьезометрическим напором по­нимается давление в трубопроводе, выраженное в линейных единицах (обычно метрах) столба той жидко­сти, которая передается по трубо­проводу.

Из уравнения (5-3) следует, что Н = Н₀—Z. Пьезометрический напор равен разности между полным на­пором и геометрической высотой оси трубопровода над плоскостью отсчета.

Падение давления в трубопрово­де может быть представлено как сумма двух слагаемых: линейного падения и падения в местных сопро­тивлениях:

, (5.6)

где — линейное падение давле­ния; — падение давления в мест­ных сопротивлениях.

Линейное падение представ­ляет собой падение давления на прямолинейных участках трубопро­вода. Падение давления в местных сопротивлениях — это падение давления в арматуре (вентилях, за­движках, кранах и т. д.) и других элементах оборудования, не разме­щенных равномерно по длине тру­бопровода (коленах, шайбах, пере­ходах и т. п.).

Линейное падение давления в трубопроводах, транспортирую­щих жидкость или газы, определя­ется по формуле:

, (5.7)

где — линейное падение давле­ния на участке, Па; — удельное линейное падение давления, т. е. падение давления на единицу дли­ны трубопровода, Па/м; - длина трубопровода, м.

Исходной зависимостью для оп­ределения удельного линейного па­дения давления в трубопроводе является уравнение Д'Арси

, Па/м, (5.8)

где — коэффициент гидравличе­ского трения (безразмерная вели­чина); w — скорость среды, м/с; — плотность среды, кг/м³; d — внутрен­ний диаметр трубопровода, м;

Коэффициент гидравлического трения зависит от характера стен­ки трубы (гладкая или шерохова­тая) и формы движения жидкости (ламинарное или турбулентное).

Можно предста­вить себе два вида шероховато­стей — равномерную и неравномер­ную. При равномерной шеро­ховатости все выступы имеют одинаковые высоту и шаг. При неравномерной шероховато­сти высота и шаг выступов не­постоянны. Стальные, чугунные, бе­тонные и другие трубы, применяе­мые в технике, имеют, как правило, неравномерную шероховатость.

С достаточной для практических расчетов точностью принимают, что в так называемой переходной обла­сти, т. е. при 2300<Re<Re_{пр (практически)} коэф­фициент гидравлического трения зависит как от эквивалентной отно­сительной шероховатости , так и от значения критерия Re, а при Re>Reпр коэффициент гидравличе­ского трения зависит только от и не зависит от критерия Re.

Величину шероховатости труб с учетом коррозии принимают =:

Коэффициент гидравлического трения в зависимости от режима течения: (Коррозия Ме., Выпадение в осадок частиц): Для гидравлически шероховатых труб при значении

При наличии на участке трубо­провода ряда местных сопротивле­ний суммарное падение давления во всех местных сопротивлениях определяется по формуле , Па

где —коэффициентов местных сопротивлений, установлен­ных на участке (безразмерная величина, зависящая от характера сопротивления)

Если представить прямолинейный трубопровод диаметром d, линейное падение давления на котором рав­но падению давления в местных сопротивлениях, то длина такого участка трубопровода, называемая эквивалентной длиной местных со­противлений, может быть, очевидно, найдена из равенства

или Откуда, м

Отношение падения давления в местных сопротивлениях трубо­провода к линейному падению в этом трубопроводе представляет собой долю местных потерь. Не­трудно видеть, что доля местных потерь равна отношению эквива­лентной длины местных сопротив­лений к длине трубопровода

При предварительных расчетах, когда характер и расположение местных сопротивлений на трубо­проводе не известны, среднюю до­лю местных потерь давления можно определить по формуле проф. Б. Л. Шифринсона

где G — расход теплоносителя в тру­бопроводе, кг/с; z— постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоносителя.

Для воды Z = 0,03h-0,05; Для водяного пара Z = 0,24-0,4.

В окончательном расчете уточняется гидравлические сопротивления на всех участках т.сети при выборах диаметра трубопровода. Т.к. при выборе диаметра труб фактические значения округляются до стандартных, необходимо определить фактические удельные потери по длине и скорости т.снабжения. А также определить эквивалентные длины местных сопротивлений на участках.

Полученные значения сравнивают с располагаемым перепадом Р в начальной точке сети. Расчет считается удовлетворительным, если гидравлические сопротивления сети не превышают располагаемого перепада и отличается от него не более чем на 10%.

16. ЦЕНТРАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ РАЗНОРОДНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

При разнородной тепловой нагрузке наряду с центральным регулированием должно проводиться групповое регулирование всех видов тепловой нагрузки.

Температура воды в подающей магистрали не должна понижаться ниже уровня, определяемого условиями ГВС. Групповое регулирование проводят путем изменения расхода сетевой воды. В качестве импульса для регулирующего устройства используют температуру вторичного теплоносителя (t воздуха внутри отапливаемых помещений).