4. Гидравлический расчет трубопроводов

В задачи гидравлического расчета системы отопления входят определение диаметров трубопроводов, определение потерь давления и увязка циркуляционных колец, которая заключается в том, чтобы обеспечить по каждому стояку расчетный расход воды.

Для проведения гидравлического расчета необходимо составить расчетную аксонометрическую схему системы отопления, на которой указываются тепловые нагрузки отопительных приборов, тепловые нагрузки и номера стояков, тепловые нагрузки, длина и номера участков магистралей. Под участком понимается часть трубопровода, в пределах которой расход теплоносителя и диаметр трубы остаются неизменными. При тупиковом движении воды в магистралях основное циркуляционное кольцо назначается через наиболее удаленный от теплового пункта или наиболее нагруженный стояк. Пример оформления расчетной схемы показан в /5, с.147, 166/.

Располагаемый перепад давлений в системе отопления с механическим побуждением складывается из насосного и гравитационного естественного напора /4, с.88/. По СНиП 2.04.05-91^* допускается не учитывать естественное давление от охлаждения воды, если оно составляет менее 10% располагаемого давления.

В зданиях с числом этажей до 9 величина естественного давления обычно не превышает 10% располагаемого давления. Кроме того, с повышением температуры наружного воздуха понижается температура воды в системе отопления и естественное давление уменьшается. Например, в начале или в конце отопительного сезона при t_н=+8С естественное давление уменьшается примерно в 4...5 раз по сравнению с расчетным. Поэтому в курсовом проекте для упрощения расчетов величиной естественного давления можно пренебречь.

В зданиях высотой до 9-ти этажей при элеваторном присоединении системы отопления располагаемое давление обычно принимают до 1000 кг/м² (10 кПа).

Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления можно выполнять различными способами, в частности, методом удельных потерь давления, методом динамических давлений или методом характеристик сопротивления.

Для расчета однотрубных систем отопления в настоящее время считается наиболее удобным метод характеристик сопротивления /5, с. 95/, который и рекомендуется использовать в курсовом проекте. Расчет ведется в табличной форме.

Гидравлический расчет трубопроводов системы отопления начинают с последнего по ходу горячей воды стояка. Вначале в таблицу вписывают номера участков, тепловые нагрузки на участках и их длины. Длины участков измеряются с точностью до 0,1 м на аксонометрической схеме.

Расходы воды по стоякам и участкам определяют по формуле:

, кг/ч, (12)

где Q - тепловая нагрузка стояка или участка; с - удельная теплоемкость воды; t_г, t_о - расчетные температуры воды в подающем и обратном трубопроводах системы отопления; ₁ - поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь (сверх расчетной) принимаемых к установке отопительных приборов; для радиаторов типа М-90 и МС-90-108 ₁=1,03; для радиаторов типа М-140А, МС-140-98 и МС-140-108 ₁=1,04;

В курсовой работе рассмотрен тип радиатора М-140А.

₂- поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты, вызванные размещением отопительных приборов у наружных стен; для чугунных секционных радиаторов ₂=1,04.

Диаметр самого удаленного стояка предварительно принимают 20 мм. Полная характеристика сопротивления стояка S_ст^д определяется как сумма характеристик сопротивлений узлов стояка, которые принимаются по табл.4 прил.3 в зависимости от конструкции узлов и диаметра стояка.

Действительные потери давления в стояке рассчитываются по известным значениям расхода воды G_ст и полной характеристики сопротивления стояка S_ст^д по формуле:

P_ст^д=k S_ст^д G_ст², кг/м² (13)

Для лучшей увязки циркуляционных колец рекомендуется, чтобы потери давления в стояках составляли 70% от общего гидравлического сопротивления системы отопления. Желательно, чтобы потери давления в стояке находились в пределах от 550 до 750 кг/м². Если потери давления в стояке выходят за эти пределы, следует задаться другим диаметром или принять составной стояк из 2-х диаметров труб и определить новое значение P_ст^д.

Диаметры магистральных участков в мм предварительно можно определить по приближенной формуле:

d_уч=4 (L_учk/P_ст^д)^0,19G_уч^0,38, (14)

где G_уч - расход воды на рассчитываемом участке, кг/ч; L_уч - суммарная длина всех участков подающей и обратной магистралей от элеватора до последнего стояка (включая главный стояк), м; k - коэффициент, учитывающий единицы измерения давления; если расчет ведется в технической системе единиц, то k=1кг/м², в международной системе единиц k=9,81Па; P_ст^д - действительные потери давления в расчетном стояке.

Полученное значение диаметра участка d_уч округляется до ближайшего стандартного диаметра трубопровода.

В зависимости от принятого диаметра участка магистрали находят его характеристику сопротивления по формуле :

S_уч =kA(Ld), (15)

где A - удельное динамическое давление в трубопроводе; L - длина участка трубопровода, м; /d-приведенный коэффициент трения на 1 м трубы данного диаметра; - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Значения удельного динамического давления, приведенного коэффициента трения и коэффициентов местных сопротивлений приведены в прил.3.

Потеря давления на участке магистрали определяется по формуле:

P_уч= S_учG_уч², кг/м² (16)

Располагаемый перепад давлений для 2-го стояка равен сумме потерь давления в стояке 1, подающем и обратном участках магистралей между первым и вторым стояками P_ст2^расп =P_ст1^д+P_1-2^под+P_1-2^обр.

По известным значениям P_ст2^расп и G_ст2 находят требуемую характеристику его сопротивления S_ст2^треб .Задавшись диаметром второго стояка, вычисляют его действительную характеристику сопротивления S_ст2^д величина, которой должна быть близка к требуемой S_ст2^треб.

По расходу воды и полученному значению S_ст2^д находят действительные потери давления во 2-м стояке P_ст2^д. Невязка давлений не должна превышать 15% и определяется по формуле:

(17)

Если невязка превышает допустимые пределы, то необходимо сконструировать составной стояк из труб диаметром 15 мм и 20 мм или 20 мм и 25 мм. Изменять диаметр стояка допускается лишь на подъемном или опускном участках при нижней разводке и на опускном участке при верхней разводке непосредственно у магистральных трубопроводов.

Если сконструировать составной стояк невозможно, то для увязки давлений устанавливают дроссельные диафрагмы (шайбы). Диаметр шайбы должен быть не менее 3 мм и определяется по формуле:

. (18)

В данной курсовой работе дроссельные диафрагмы устанавливать не нужно.

Гидравлический расчет остальных стояков и участков ветви системы отопления выполняется аналогично изложенному. Пример гидравлического расчета приведен в таблице 3.

Общее гидравлическое сопротивление системы отопления P_со равняется сумме потерь давления в участках подающей и обратной магистралей от элеватора до последнего стояка и потерь давления в нем

P_со= P_под+P_ст1+ P_обр.,

№ уч-ка	Тепловая нагрузка Q, Вт	Расход воды G, кг/ч	Длина участка L, м	Диаметр трубопровода d, мм	Скорость на участке V, м/с	Удельный коэффициент трения на 1 м длины, l/d	Приведенный коэффициент трения	Сумма К.М.С.	Приведенный К.М.С..	Удельное скоростное давления Ах10-4	Характеристика сопротивления участка Sx10-4	Потери давления dP, кГ/м2	Располагаемый перепад давлений dP`ст, кГ/м2	Требуемая характеристика сопротивления Sстx10-4	Действительная характеристика сопротивления Sдстx10-4	Действительная потеря давления dPдст, кГ/м2	Невязка давлений, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Ст.1	7803	281,7	-	25	-	-	-	-	-	-	-	-	88,19	11,1	11,11	88,19	0,0
1-2	7803	281,7	4,9	20	0,25	1,80	8,82	1	9,82	0,3250	3,1915	25,33	-	-	-	-	-
1`-2`	7803	281,7	4,9	20	0,25	1,80	8,82	3	11,82	0,3250	3,8415	30,49	-	-	-	-	-
Ст.2	5864	211,7	-	15;20	-	-	-	-	-	-	-	-	144,01	32,1	35,12	157,44	-9,3
2-3	13667	493,5	2,7	25	0,28	1,40	3,78	1	4,78	0,1250	0,5975	14,55	-	-	-	-	-
2`-3`	13667	493,5	2,7	25	0,28	1,40	3,78	3	6,78	0,1250	0,8475	20,64	-	-	-	-	-
Ст.3	4705	169,9	-	15;20	-	-	-	-	-	-	-	-	179,20	62,1	67,88	195,90	-9,3
3-4	18372	663,3	2,6	32	0,23	1,00	2,60	1	3,60	0,0400	0,1440	6,34	-	-	-	-	-
3`-4`	18372	663,3	2,6	32	0,23	1,00	2,60	3	5,60	0,0400	0,2240	9,86	-	-	-	-	-
Ст.4	3843	138,8	-	15	-	-	-	-	-	-	-	-	195,39	101,5	109,7	211,25	-8,1
4-5	22215	802,1	2,6	32	0,28	1,00	2,60	1	3,60	0,0400	0,1440	9,26	-	-	-	-	-
4`-5`	22215	802,1	2,6	32	0,28	1,00	2,60	3	5,60	0,0400	0,2240	14,41	-	-	-	-	-
Ст.5	7803	281,7	-	20	-	-	-	-	-	-	-	-	219,07	27,6	24,66	195,74	10,6
5 -6	30018	1083,8	3,6	40	0,24	0,80	2,88	9,5	12,38	0,0235	0,2909	34,18	-	-
5' -6'	30018	1083,8	3,6	40	0,24	0,80	2,88	9,5	12,38	0,0235	0,2909	34,18	-	-
6 -7	60036	2167,7	5,2	50	0,31	0,55	2,86	3	5,86	0,0084	0,0492	23,13	-	-	-	-	-
6' -7'	60036	2167,7	4,4	50	0,31	0,55	2,42	3	5,42	0,0084	0,0455	21,39	-	-	-	-	-
7 -8	120072	4335,4	2,7	70	0,31	0,40	1,08	0,8	1,88	0,0031	0,0058	10,95	-	-	-	-	-
7' -8'	120072	4335,4	2,1	70	0,31	0,40	0,84	0,8	1,64	0,0031	0,0051	9,56	-	-	-	-	-
Всего:	-	-	47,2	-	-	-	-	-	-	-	-	264,27	-	-	-	-	-

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛОГО ЗДАНИЯ

Поправочный коэффициент, учитывающий теплопередачу через дополнительную площадь

1,04

Таблица 3

Таблица 4.

Характеристика сопротивления по стоякам

№ стояка	Узел	Характеристика сопротивления стояка Sд.ст.x10-4	Действительные потери давления в стояке dPд.ст., кГ/м2
1	2	3	4
Ст.5	Присоединение к подающей магистрали	4,94
	Этажестояк	16,05
	Узел верхнего этажа	1,46
	Присоединение к обратной магистрали	1,62
	Добавка на 1 м трубы х кол-во метров	0,59
		24,66	195,74
Ст.4	Присоединение к подающей магистрали	24,89
	Этажестояк	68,35
	Узел верхнего этажа	5,03
	Присоединение к обратной магистрали	8,56
	Добавка на 1 м трубы х кол-во метров	2,89
		109,72	211,25
Ст.3	Присоединение к подающей магистрали	24,89
	Этажестояк	26,51
	Узел верхнего этажа	5,03
	Присоединение к обратной магистрали	8,56
	Добавка на 1 м трубы х кол-во метров	2,89
		67,88	195,90
Ст.2	Присоединение к подающей магистрали	4,94
	Этажестояк	26,51
	Узел верхнего этажа	1,46
	Присоединение к обратной магистрали	1,62
	Добавка на 1 м трубы х кол-во метров	0,59
		35,12	157,44
Ст.1	Присоединение к подающей магистрали	1,63
	Этажестояк	7,65
	Узел верхнего этажа	1,09
	Присоединение к обратной магистрали	0,56
	Добавка на 1 м трубы х кол-во метров	0,18
		11,11	88,19

Таблица 5 Коэффициенты местных сопротивлений
	Вид КМС	Значение	Количество	Всего
1	2	3	4	5
Участок 1-2	Отвод	0,5	2	1
	Тройник на прямой проход	1	1	1
				2
Участок 1`-2`	Отвод	0,5	2	1
	Тройник на противотоке	3	1	3
				4
Участок 2-3	Тройник на прямой проход	1	1	1
				1
Участок 2`-3`	Тройник на противотоке	3	1	3
				3
Участок 3-4	Тройник на прямой проход	1	1	1
				1
Участок 3`-4`	Тройник на противотоке	3	1	3
				3
Участок 4-5	Тройник на прямой проход	1	1	1
				1
Участок 4`-5`	Тройник на противотоке	3	1	3
				3
Участок 5-6	Тройник на проход с поворотом	1,5	1	1,5
	Вентиль	8	1	8
				9,5
Участок 5`-6`	Тройник на проход с поворотом	1,5	1	1,5
	Вентиль	8	1	8
				9,5
Участок 6-7
	Тройник на противотоке	3	1	3
				3
Участок 6`-7`	Тройник на противотоке	3	1	3
				3
участок 7-8	Отводы гнутые под углом 90 0	0,3	1	0,3
	задвижка	0,5	1	0,5
участок 7' -8'	Отводы гнутые под углом 90 0	0,3	1	0,3
	задвижка	0,5	1	0,5
				0,8