Пример гидравлического расчета теплопроводов.

Проведем гидравлический расчет двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и попутным движением воды (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Расчетная аксонометрическая схема двухтрубной водяной системы

Система присоединена к тепловой сети через элеватор. Располагаемое давление в тепловой сети на вводе в здание р_э = 130 000 Па. Температура воды в подающей линии тепловой сети t₁ = 150°C, в обратной — t_о = 70°С. Температура воды, поступающей в систему t_г = 90°С, на выходе из системы t_о = 70°C. Тепловые нагрузки, длина расчетных участков и другие расчетные данные показаны на рис. 5.19. Рассчитать гидроэлеватор.

Решение. Главное циркуляционное кольцо проходит через нижний отопительный прибор наиболее нагруженного среднего стояка 3, поскольку система отопления — с попутным движением воды.

Расчетное циркуляционное давление Δр_р для главного циркуляционного кольца определяем по формуле (5.18) с учетом формулы (18.5).

Δр_р = Δр_нас+Е(Δр_{е. пр}–Δр_{е. ст}) = р_э/(1,4(1+и)²)+Е(Δр_{е. пр} – Δр_{е. ст}).

Коэффициент смещения и определяем по формуле (18.1)

и = (t₁ – t_г)/(t_г – t₀) = (150-95)/(95-70) = 2,2

Подставим численные значения всех величин в выражение для Δр_р, тогда

Δр_р = 130000/(1,4(1+2,2)²) + 0,4 (9.81·2·15,91+125) = 9243 Па,

где Е = 0,4—коэффициент. Расстояние от центра расчетного прибора до центра элеватора теплового пункта h =2 м; разность р_о — р_г =15,91 кг/м³. Естественное давление Δр_е.тр для главного циркуляционного кольца по прил. 4 равно 125 Па.

Определяем ориентировочную удельную потерю давления на трение по формуле (5.29):

R_cp = 0,65·9243/79,5 = 75,6 Па/м,

где 0,65 — предполагаемая доля потерь на трение в общих потерях давления в теплопроводах системы с искусственной циркуляцией.

Для расчета теплопроводов используем прил. 6. Количество воды G_yч, кг/ч, протекающей по каждому участку циркуляционного кольца, определяем по формуле (5.30).

Результаты расчета по всем участкам записываем в бланк (табл. 5.3). По найденным расходам на участках и величине R_сp по прил. 6 устанавливают фактические удельные потери давления на трение R, диаметры труб и скорости движения воды w, заносят их значения в гр. 7, 5, 6 табл. 5.3. При этом возможны большие расхождения между R_сp и R, особенно на расчетных участках с малыми расходами. Заниженные потери на этих участках должны быть компенсированы некоторым завышением потерь давления на других участках. Определяют потери давления на трение по всей длине участка Rl и заносят их величину в гр. 8, табл. 5.3.

Коэффициенты местного сопротивления на каждом участке определяем по прил. 5, значения ∑ζ заносим в гр. 9, табл. 5.3. Перечень местных сопротивлений по участкам главного циркуляционного кольца приведен в табл. 5.4, По скорости w, используя прил. 7, определяем значение динамического давления р_д и по формуле (5.27) находим потери давления в местных сопротивлениях Z (заносим в гр. 17, табл. 5.3). Имея значения Rl и Z, определяем суммарные потери давления на всех участках главного циркуляционного кольца ∑ (Rl + Z)_г.ц.к и сравниваем со значением Δр_р. Как видно из табл. 5.3, невязка по предварительному расчету оказалась недопустимо большой (—13,7%), поэтому следует изменить диаметры участков, на которых фактические удельные потери давления на трение намного завышены относительно R_ср. Как видно из табл. 5.3, такими являются участки 4 и 8. Изменив диаметр теплопроводов на этих участках на 25 мм, выполняем их перерасчеты. В результате запас давления составил 9,3% (табл. 5.3), что допустимо (5.28). После расчета главного циркуляционного кольца приступаем к расчету и увязке колец через прибор нижнего этажа стояков 1 и 5, принимая за опорное главное циркуляционное кольцо. В каждом из указанных колец требуется расчет не всех участков: в кольце через стояк 5— 19, 20, 21, 22, 23 и 24, в кольце через стояк 1—12, 13, 14, 16, 17, 18, а остальные участки этих колец являются общими с участками главного циркуляционного кольца, и их диаметры уже определены. Таким образом, рассчитываем полукольца через стояки 5 и 1. Результаты расчета сведены в табл. 5.3. Значения коэффициентов местных сопротивлений полуколец через стояки 5 и 1 приведены в табл. 5.5 и 5.6. Как видно из табл. 5.3 невязки потерь давления по параллельным полукольцам через стояки 5 и 1 составили — 0,8 % и — 0,4% соответственно, что вполне допустимо (п. 3.35, [ЗЗ]).

Теперь переходим к расчету гидроэлеватора. По формуле (18.3) либо из табл. 5.3, участок 7, определяем массовый расход воды, который должен циркулировать в системе отопления

G_см = 3,6∑Q/(c(t_г –t₀)) ·β₁ β₂ = 3,6·26800/(4,19(95-70)) ·1,04·1,02 = 977,2 кг/ч.

Требуемый диаметр горловины находим по формуле (18.2)

Δр_нас = Δр_р — Δр_е = 9243 — 175 = 9068 Па.

При коэффициенте смещения и = 2,2, определенном выше, сопло элеватора должно иметь диаметр, рассчитываемый по формуле (18.4):

d_с = d_г/(1+и) = 8,85/(1+2,2) = 2,77 ≈ 2,8 мм.

По d_г = 8,85 мм и таблице 18.1 подбираем гидроэлеватор № 1.

Таблица 5.3. Результаты гидравлического расчета теплопроводов системы водяного отопления. См отдельно

Таблица 5.4. Коэффициенты местных сопротивлений на участках главного циркуляционного кольца (через стояк 3)

№ участка	d, мм	Предварительный расчет		Окончательный расчет
		местные сопротивления	коэффициент местных сопротивлений	d, мм	коэффициент местных сопротивлений
1	20	½ отопительного прибора Отвод под 90° Тройник на ответвлении	0,8 1 1,5		- - -
			∑ζ = 3,3
2 3 4	20	Тройник проходной Тройник проходной Отвод под 90° Вентиль Тройник на ответвлении	1 1 1 10 1,5	25 - - -	- - 0,5 9 1,5
			∑ζ = 12,5		∑ζ = 11 - - - - - 1,5 9 0,5
5 6	25	4 отвода под 90° Тройник на ответвлении Внезапное расширение	0,5·4=2 1,5 1
			∑ζ = 2,5
7	32	Отвод под 900 Внезапное сужение	0,3 0,6
			∑ζ = 0,9
8	32	Тройник на ответвлении Вентиль Отвод под 90°	1,5 10 1
			∑ζ = 12,5		∑ζ = 11 - - - -
9 10 11	15	Тройник проходной Тройник проходной Тройник на ответвлении Отвод под 90° ½ отопительного прибора	1 1 1,5 1,5 0,8
			∑ζ = 3,85

Таблица 5.5. Коэффициенты местных сопротивлений на участках полукольца через стояк 5

№ участка	d,мм	Предварительный расчет		Окончательный расчет
		местные сопротивления	коэффициент местных сопротивлений	d, мм	коэффициент местных сопротивлений
19	15	½ отопительного прибора Крестовина на ответвлении	0,8 1	- - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - -
			∑ζ = 3,8
20 21 22	20 20 15	Тройник проходной Тройник проходной Внезапное расширение Внезапное сужение 2 отвода под 90°	1,5 1 1 0,5 1,52
			∑ζ = 4,5
23 24	15 15	Крестовина проходная Крестовина на ответвлении Кран двойной регулировки ½ отопительного прибора	2 3 4 0,8
			∑ζ = 7,8

Таблица 5.6. Коэффициенты местных сопротивлений на участках полукольца через стояк 1.

№ участка	d,мм	Предварительный расчет		Окончательный расчет
		местные сопротивления	коэффициент местных сопротивлений	d, мм	коэффициент местных сопротивлений
12	15	½ отопительного прибора Тройник на ответвлении	0,8 1,5	- - - - - 20 -	- - - - - 1,5 1
			∑ζ = 2,3
13	15	Отвод под 90° Тройник проходной	1,5 1
			∑ζ = 2,5
14 16	20 15	Тройник проходной Тройник на ответвлении Отвод под 90°	1 1,5 1,5
			∑ζ = 3		∑ζ = 2,5
17 18	15 15	Крестовина проходная Тройник на ответвлении Кран двойной регулировки ½ отопительного прибора	1,5 1,5 4 0,8	- - - -	- - - -
			∑ζ = 2,5

Рис. 5.1. Схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией

К — котел; 1 — главный стояк; 2 — подающий магистральный теплопровод (горячей воды); 3 — сигнальная труба; 4 — расширительный бак; 5 — переливная труба; 6—циркуляционная труба; 7 — вентили или краны на стояках; 8 — тройники с пробкой, верхние — для впуска воздуха в отключенный стояк, нижние — для спуска воды; 9—подающие стояки (горячей воды); 10 — отопительные приборы; 11 — обратные стояки (охлажденной воды); 12 — регулировочные краны у отопительных приборов; 13 — подающие подводки; 14 — обратные проводки; 15 — обратный магистральный теплопровод (охлажденной воды); 16 — запорные вентили для регулирования и отключения отдельных веток системы; 17 — труба для заполнения системы водой из водопровода; 18 — спускная труба.

Рис. 5.2. Схема двухтрубной системы, водяного отопления с нижней разводкой и естественной циркуляцией

К — котел; 1 — главный стояк; 2, 3, 5 — соединительная, переливная, сигнальная трубы расширительного бака; 4 — расширительный бак; 6 — воздушная линия; 7 — воздухосборник; 8 — подающие подводки; 9 — регулировочные краны у отопительных приборов: 10 — отопительные приборы; 11 — обратные подводки; 12 — обратные стояки (охлажденной воды); 13 — подающие стояки (горячей воды); 14 — тройники с пробкой для спуска воды; 15 — краны или вентили на стояках; 16, 17 — подающий и обратный магистральные теплопроводы; 18 — запорные вентили или задвижки на магистральных теплопроводах для регулирования и отключения отдельных веток; 19 — воздушные краны.

Рис. 5.3. Схема однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и естественной циркуляцией

Рис. 5.4. Схема однотрубных горизонтальных систем водяного отопления.

а, в — проточная; б — с замыкающими участками.

Рис. 5.5. Системы водяного отопления с искусственной циркуляцией.

1 — расширительный бак; 2 — воздушная сеть; 3 — насос циркуляционный; 4 — теплообменник.

Рис. 5.6. Схема двухтрубной системы водяного отопления с верхней разводкой и попутным движением воды в подающей и обратной магистралях и искусственной циркуляцией

1 — теплообменник; 2, 3, 4, 5 — циркуляционная, соединительная, сигнальная, переливная трубы расширительного бака; 6 — расширительный бак; 7 — подающий магистральный теплопровод; 8 — воздухосборник; 9 — отопительный прибор; 10 — кран двойной регулировки; II — обратный теплопровод; 12 — насос

Рис. 5.7. Разновидности (а, б, в, г) однотрубных систем водяного отопления с нижней разводкой