1. Статистический и динамический режимы водяной централизованной системы теплоснабжения:

В водяной системе теплоснабжения различают два режима: динамический и статический.

В динамическом режиме имеет место циркуляция воды и напор в подающем и обратном т/д не равны

В статическом режиме циркуляция отсутствует .

Эти режимы не совпадают во времени и решают разные задачи.

Динамический режим обеспечивает нормальную работу всех элементов системы.

Статический режим обеспечивает заполнение всех элементов системы водой и готовность к переходу на динамический режим. Статический режим рассматривается при температуре воды до 100⁰С. Период с температурой воды выше 100⁰С не продолжителен и должен прорабатываться в динамическом режиме без прекращения циркуляции.

Для гарантированного заполнения всех элементов системы линия статического давления должна проходить на 5 м выше самой высокой точки системы. При этом у потребителей напор должен быть не более max допустимого.

Если одной линией статического напора невозможно обеспечить нормальные условия статического режима, то система в статическом режиме разбивается на зоны.

2. Гидравлическая устойчивость водяных систем теплоснабжения:

Под гидравлической устойчивостью понимается способность системы поддерживать заданный гидравлический режим.

Чем устойчивее система, тем меньше влияние гидравлического режима всей системы на гидравлический режим отдельных абонентских установок путем прав. Регулировки можно добиться высокой гидравлической устойчивости.

Количественная оценка гидравлической устойчивости абонентских установок производится по коэффициенту гидравлической устойчивости; равному отношению расчетного расхода сетевой воды через абонентскую установку к максимально возможному расходу этой установки в условиях работы данной системы центрами т/сн.

чем ближе У к 1, тем выше гидр-кая устойчивость

Если у потребителей установлены регулятора расхода воды, то у=1, т.е. система абсолютно гидравлически устойчива.

При отсутствии регуляторов расхода у потребителей с выключением части потребителей, расход воды у остальных потребителей возрастает, а расход воды в сети уменьшается. Уменьшаются и потери давления в сети.

В пределе когда останется включен один потребитель, потери в сети будут близки к 0 и располагаемый напор на вводе этого потребителя будет равен располагаемому напору на коллекторе источника теплоты, т.е.

- располагаемый напор на абонентском вводе при расчете расхода воды

- потеря напора в т.с.

- потеря напора в коллекторе

у – характеризует начальную регулировку системы.

Чем меньше потери в сети и чем больше потери у абонента, тем устойчивее система.

Поэтому избыточный напор рекомендуется гасить у потребителя, а не у источника тепла.

(Ионин 225 , Соколов стр. 176)

3. Расчет потокорасперделение сетевой воды в тепловых сетях в аварийном режиме :

И так при расчетном расходе тепла > 300 Гкал/ч при откл. Любого участка должны предусматриваться резервир. перемычки. При этом допускается снижение подачи тепла потребителям до 10% суммарного расчетного расхода тепла (мах. час. и , и среднечас. )

Д ана лучевая схема, с перемычкой.

Рассчитать: Сколько теплоносителя во время аварии пройдет к потребителю.

Выполним гидравлический расчет на расчетные расходы т/н. с учетом откл. аварийного участка.

При аварии потери давления будут возрастать, поэтому нужно рассчитать сколько нужно еще давления.

Т.е.

к_R- коэффициент резервирования по удельному падению давления.

Резервирующую способность можно также определить с помощью других параметров, например, по расходу теплоносителя:

или сразу для диаметра

- формула пересчета

Подача и напор сетевых насосов в и.т. должны выбираться в рассматриваемых условиях по аварийному режиму.

Зависимость коэффициентов регулируется от числа струй.

значительно падает с увеличением секций

(Соколов стр. 164)

4. Точки регулируемого давления в водянных тепловых сетях, способы обеспечения нейтральных точек :

Для обеспечения надежной работы тепловой сети и местных систем необходимо ограничить возможные в условиях эксплуатации изменения давления в тепловой сети допустимыми пределами. Для этой цели в одной из точек тепловой сети, а при сложных рельефах и в нескольких искусственно изменяют давление по определенному закону в зависимости от расхода воды в сети. Эти точки называют точками регулируемого давления (т.р.д.). В частном случае, когда давление в этих точках поддерживается постоянным как при работе сети, так и в статическом состоянии, они называются нейтральными точками.

Н.т. нужны для того, чтобы обеспечить безопасн. Работу системы и поддерживать в соотв. С графиком давления необх. в отдел. точках системы.

Способы обеспечения нейтральных точек.

В принципе нейтральная точка может быть расположена в любом месте системы. Однако наиболее удобно ее располагать:

1. На обратном т/д тепловой сети, поскольку давление в местн. системе опр. в обратной магистрали.

2. На обратном коллекторе источника тепла.

3. На обводной перемычке сетевых насосов.

4. Может быть искусств. Нейтральная точка.

Если расход будет изменяться, то линии напоров будут менять свой уклон. Если расход увеличивается, то линии напора пойдут круге, если расход уменьшается, то положе, но через нейтральную точку.

Давление в н.т. может обеспечиваться:

1. Давлением в холодном водопроводе

2. При помощи расширительного сосуда

3. Подпиточными насосами

4. Давлением в соседней статической зоне.

1. Схема обеспечения н.т. давлением в холодном водопроводе.

Эта схема применяется в мелких системах теплоснабжения, только в закрытых системах.

2. Схема обеспечения н.т. при помощи расширительного сосуда (расширитель или гидрфор)

Фиксация давления в отдельных точках системы центрального теплоснабжения может осуществляться с помощью расширителей и гидрофоров.

Расширитель представляет собой открытый сосуд, установленный на высоте, равной фиксируемому напору.

Гидрофор – закрытый сосуд, в котором вода находится под постоянным напором, газовой или паровой подушки, равным фиксируемому напору. Постоянное давление в гидрофоре поддерживается специально с помощью специального компрессора. При уменьшении давления в т.с. вода из расширителя или гидрофора поступает в т.с. и компенсирует утечку воды или уменьшение объема воды, вызванная понижением её средней температуры.

3. Схема обеспечения н.т. на обводной линии сетевых насосов (н.т. на перемычке)

Х ВП – химическая водоподготовка

н.т. и т.п. - не совпадают

к – регулировочной кран

При понижении давления в н.т. снижается давление на мембранный привод РД, он приоткрывается и возрастает подкачка воды п.н. в т.с. Повышенная подкачка воды в т.с. приводит к восстановлению давления в н.т. При повышении давления в н.т. возрастает давление на мембранный привод РД и он прикрывается, поэтому понижается подкачка воды в т.с., что приводит к восстановлению давления в н.т. Если при полном прикрытии РД1 давление в н.т. не восстанавливается, то открывается дренажный клапан РД2 и вода сливается в дренаж до полного восстановления.

Изменяя степень открытия регулировочных кранов на перемычке, можно устанавливать любой фиксируемый напор в н.т. или статический напор в системе теплоснабжения.

4. Схема создания искусственной н.т.:

Перемычки нет, а РД имеет две импульсные трубки, до и после насоса. Н.т. будет где-то в насосе, поэтому ее называют искусственной точкой.

5-1. Подкачивающие подстанции водяных тепловых сетей:

Это дополнительные инженерные сооружения. Их необходимость определяется профилем трассы, потерями давления в т/д, технико-экономическими расчетами

Назначение: Необходимость обеспечения безопасной раоты когда это не удается при обычном графике.

Насосные подстанции бывают:

Подкачивающие, Подмешивающие, Дросселирующие, Конденсатные, Подстанции с водоподогревателями.

Могут быть на подающем и обратном т/д

Подкачивающие насосные подстанции на подающем т/д:

Применяются при большой протяженности т/сети и повышении рельефа местности от источника тепла. Задачи, решаемые при помощи этих подстанций:

1. Повышение давления в подающем т/д от подстанции до потребителя.

2. Понижение давления в подающем т/д от источника тепла до подстанции.

3. Повышение давления в обратном т/д

4. Увеличение располагаемого напора на вводе у потребителя

5. Увеличение пропускной способности т.с.

6. Уменьшение напора сетевых насосов у источника тепла

1. исходный расчетный пьезометрический график. Работают только сетевые насосы. подает. IIзоны : Расчетный перепад давления во II зоне

2. работают и повысительные насосы и сетевые насосы

3. в работе остались только насосы повысительные

4. Статический режим (заполнение системы водой) Р₁=Р₂ . Не работают сетевые и повысительные насосы.

В I зоне – опрокидывание циркуляции

5-2. Подкачивающие подстанции водяных тепловых сетей:

Это дополнительные инженерные сооружения. Их необходимость определяется профилем трассы, потерями давления в т/д, технико-экономическими расчетами

Назначение: Необходимость обеспечения безопасной раоты когда это не удается при обычном графике.

Насосные подстанции бывают:

Подкачивающие, Подмешивающие, Дросселирующие, Конденсатные, Подстанции с водоподогревателями.

Могут быть на подающем и обратном т/д

Подкачивающие насосные подстанции на обратном т/д

Устраиваются при достаточно ровном профиле трассы на значительной протяженности сети или понижении трассы к концу сети.

С помощью их решают следующие задачи:

• Повышение давления в обратном т/д от источника тепла до подстанции.

• Понижение давления в обратном т/д от потребителя до подстанции.

• Понижение давления в подающем т/д.

• Повышение располагаемого напора на вводе у потребителя.

• Увеличение пропускной способности сети.

• П онижение требуемого напора сетевых насосов на источнике тепла.

А)

Если оказалось, что , то необходимо понизить давление в конце сети. Ставится насосная подстанция в месте, где . Целесообразно подстанцию располагать в середине нагрузки, т.к. в этом случае экономия электрической энергии составит 25% год. При остановке подстанционных насосов, надо проверить давление в конце сети. Если оно не допустимо, то устанавливается клапан рассечки. На всасе подстанционных насосов появляется н.т. Давление в ней поддерживается клапаном К-2

Б) Профиль трассы с понижением к концу сети.

На подстанции необходимо устанавливать следующие автоматические клапаны:

Клапаны К-1 и УК для отсечки нижней зоны при остановке насосов подстанций. Если эти клапаны не удерживают давление, то ставится дренажный клапан К-3.

Подпитка нижней зоны из верхней зоны, дефрированной умягченной водой, осуществляется через К-4. Подпитка осуществляется через линию подпитки. Для устранения гидравлического удара линия подпитки делается меньшего диаметра. Не целесообразно для подпитки использовать К-1 из-за возможности появления гидравлического удара.

6. Подмешивающие подстанции водяных тепловых сетей:

Применяются для снижения температуры воды в подающем т/де путем подмешивания воды из обратной. Насосы размещаются на перемычках и служат для подачи воды к клапанам смешения на подающей магистрали. В месте установки подст. сеть разделяют на две зоны высоких (I) и пониженных (II) температур и давлений т.н. На границе зон вследствие дросселирования в рег-ре РД и клапане КСиР возникает небольшой перепад напоров Для нормальной работы нужно, чтобы напор смесит насосов, превышая напор подающих т/д на 5м.

Производительность насосов определяется по формуле ,где - расход воды в подающем т/д

u – коэффициент смешения

, где - расчетная температура воды а подающем т/д ; - расчетные температуры воды в подающие и обратном т/д после смешения.

При выключении смесительных насосов клапан КСиР закрывается, гидравлически разобщая зоны I и II . При этом, с прекращением циркуляции в зоне II в подающих т/д и обратном т/д устанавливается давление, определяемое давлением в обратном т/д в конце зоны I ( показано пунктирной линией). Смесительные подстанции применяются для автономного теплоснабжения раб. районов, запитающейся от промышленных предприятий, в которых принят температурный график, недопустимый для отопления жилых домов. Смесительные подстанции наиболее эффективны в крупных двухтрубных системах теплоснабжения, когда t_т.н. больше 150⁰С.

7. Конденсатные подстанции тепловых сетей. Открытая и закрытая схемы сбора и возврата конденсата :

Применяются для сбора и возврата конденсата на и.т. Сбор и возврат конденсата может осуществляться по открытой и по закрытой схеме.

Конденсатная подстанция с открытой схемой сбора и возврата конденсата.

где Р_н – давление водяных паров при t насыщенного конденсата

Р_к - запас давления на предотвращения кавитации

, где

Р^’_н – давление насыщенного пара при t на 2-3⁰С выше температуры конденсата.

- потери давления в т.д. от бака до насоса. - давление в баке.

При открытой схеме конденсат, в баке насыщаясь воздухом, способствует быстрой коррозии конденсатопроводов.

Для уменьшения насыщения конденсата воздухом, конденсат не переохлаждается и бак его подают под уровень конденсата для уменьшения поверхности контакта конденсата с воздухом помещают поплавок.

Конденсатная подстанция c закрытой схемой

Избыточные потери вредны и их надо задросселировать. Поэтому при подборе насосов с запасом напора необходимо погасить избыток давления д.ш. у абонента ( со временем шероховатость т.д. 1 и увеличивается гидро потери, а d изменить нельзя – поэтому и ставят д.ш.)

Конденсат из пароприёмника через ко подается в КБ, в котором постоянно поддерживается избыточное давление (выше атм) паровой подушки при помощи РДПС и РДДС. При понижении давления в КБ поступает пар через РДПС и пар и КБ отводится в пароводяной подогреватель. Здесь он конденсируется, отдавая теплоту воде. Конденсат из ВП, отводится в КБ. Из КБ конденсат откачивается на станцию насосами. Уровень в конденсате с помощью РД-3.

При отсутствии контроля качества конденсата объем КБ должен быть не менее двух, 50% V конденсата.

При круглогодичной работе конденсата количество баков должно быть не < 2^х, по 50% от объема конденсата.

При сезонной работе, а также при расходе конденсата до 5т/ч допускается устанавливать 1 бак.

При контроле качества конденсата объем каждого бака должен быть не менее 30% (мин). мax расхода конденсата.

8. Необходимые условия для нормальной работы абонентских систем теплопотребления:

Для нормальной работы водяных абонентских систем необходимо:

1. Заполнение системы водой.

2. Создание циркуляции

3. Обеспечение элеваторного подмешивания.

4. Обеспечение прочности целостности системы (давление д. б.не более мах допустимого)

5. Обеспечение невскипания воды

11. Насосные подстанции с водоподогревателями:

Подогревательные подстанции применяются для создания гидравлического режима в тепловых сетях после подстанции, независимо от режима после подстанции.

Применяются в сетях с понижением к концу сети или для изоляции отдельных высотных зданий. Используются подстанции как паро, так с водоводяными подогревателями.

Подстанция с водоводяным подогревателем.

Схема подстанции с пароводяным подогревателем.

Подстанции в паровых тепловых сетях устраиваются в том случае, когда для некоторых абонентов требуются т/н вода (пром-котельная). Подогревательные подстанции более надежны в работе, но они дороже. В настоящее время такое присоединение крупных потребителей экономически целесообразно, т.е. когда несколько источников тепла и большой перепад отметок.

12. Трубопроводы тепловых сетей. Условное и рабочее давление. Марки сталей и типы труб:

Трубы являются наиболее ответственным элементом тепловой сети, поэтому к ним предъявляются следующие требования:

1. Достаточная механическая прочность и герметичности при имеющих место P и t теплоносителя.

2. Эластичность (малый коэффициент линейного удлинения) т. е. устойчивость против термических напряжений при переменном тепловом режиме.

3. Постоянство механических свойств.

4. Устойчивость против внутренней и внешней коррозии.

5. Малая шероховатость внутренней поверхности.

6. Малый коэффициент tº - х деформаций.

7. Простота, надёжность и герметичность соединения отдельных элементов.

8. Простота хранения транспортировки и монтажа.

При расчёте труб пользуются понятиями наружного, внутреннего и условного диаметра.

- под условным диаметром подразумевается номинальный внутренний диаметр трубы. Трубы, с каким – то имеют постоянный наружный диаметр, но могут отличаться толщиной стенки.

В настоящее время для сооружения тепловых сетей применяют стальные трубы: прямошовные или спиральношовные электросварные (спиральношовные только для прямых участков). Бесшовные трубы допускается применять для трубопроводов. Применение сварных труб не разрешается, при отсутствии электросварных труб необх. нагрева, например в северных районах строительства.

Основные типы трубопроводов для тепловых сетей.

до ø 400 мм включительно – бесшовные, горячекатаные d = 25-400 мм. Ø 400 и ↑ - электросварные с продольным (d = 25-1400 мм) и спиральным швом (d = 400-700 мм) для воздушных и канальных прокладок.

Трубы тепловых сетей изготавливают из углеродистых сталей:

1. Сталь обыкновенного качества – Ст 3 (Ст 2)

2. Качественно – конструктивных сталей 10; 20.

Ст 3 и 20 используются при

Низколегированная сталь 10 при .

Ст 3 выпускается трёх групп:

Гр. А (нормируются только механические свойства)

Гр. Б (нормируются только химические свойства)

Гр. В (нормируется и то и другое) → для т/с только гр. В.

По количеству нормируемых характеристик гр. В делится на 6 категорий – для т/с только 4 и 5.

Пример обозначения: ВСт 3 сп 4; ВСт 4 ПС 5.

Для подбора сортамента стальных труб и арматуры тепловых сетей пользуются шкалой давлений, в которой трубы заранее рассчитываются на стандартный набор внутренних давлений – которые называются условными давлениями .

- наибольшее давление среды при t = 20 ºC, при котором допустима длительная работа арматуры и деталей т/д. Труба, рассчитанная на такое м/б применена для рабочего давления .

- наибольшее давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей т/д при заданной t.

, где ε – коэффициент, учитывающий зависимость температуры.

Для проведения гидравлических испытаний с температурой теплоносителя от 5 до 70 ºC, испытания на прочность и герметичность системы пользуются понятием пробное давление, т. е. испытание проводят под пробным давлением.

Трубопроводы т/с соединяют м/у собой при помощи электрической или газовой сварки. Наиболее слабым местом, по которому следует вести проверку напряжений являются сварные швы.

Бесшовные трубы допустимо применять для трубопроводов с повышенными параметрами теплоносителя или когда применение шовных труб не допускается.

13. Напряжение от внутреннего давления в трубопроводе. Расчет толщины стенок трубопровода.

Т/д т/с на прочность рассчитываются по формулам для тонкостенных сосудов, т. к. у них δ∕d <0,2.

Рассмотрим основные напряжения, возникающие в т/д т/с.

І. Итак, под действием сил внутреннего давления на стенки трубопровода возникают следующие напряжения:

1. Напряжения растяжения в торцевой плоскости, нормальной к оси трубы . Его вектор направлен по образующей цилиндра.

Осевая сила внутреннего давления в торцевой плоскости, нормальной оси трубы.

- площадь торцевого сечения , тогда

2.Напряжение растяжения в осевой (меридиональной) плоскости .Его вектор направлен по касательной к окружности трубы.

;

Следует отметить, что сила действует не при всех схемах т/д. В разрезных конструкциях (где есть сальниковый компенсатор)

В не разрезных конструкциях и - определяется по исходным формулам.

Суммарное напряжение под действием сил внутреннего давления определяется по энергетической теории прочности для неразрезных конструкций:

а для разрезных конструкций

Из сравнения (*) и (**) видим, что в т/д испытывающих осевую силу внутреннего давления чем в т/д где эта сила не действует. Это объясняется тем, что потенциальная энергия деформации формы, являющаяся по энерг. теории мерой прочности материала, получается меньше тогда, когда напряжение растяжения действует в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а не в одной плоскости.

ІІ. Кроме того, в стенках трубопровода возникают напряжения изгиба .

1. - под действием собственного веса т/д с водой, изоляцией и арматурой, изгиб под действием снега и ветра.

- под действием термической деформации в гнутых компенсаторах и на участках естественной компенсации.

Суммарное напряжение от изгиба:

ІІІ. В пространственных конструкциях также возникают крутящие моменты τ. В плоскостных конструкциях τ = 0.

Итак, при одновременном действии всех видов деформации мах приведённое напряжение

Для плоских

Приведённое мах напряжение не должно превосходить допускаемого напряжения для наиболее опасного сечения т/д, которым является сварной стык.

Т. е.

Где - допускаемое напряжение.

Толщина стенки трубы определяется по формулам

;

где n – коэффициент перегрузок = 1.1

- предел текучести, Па

Из двух формул выбирается наибольшее значение .

14. Конструкции подвижных опор:

(при бесканальной прокладке не применяются)

Подвижные опоры воспринимают вес т/д и обеспечивают его свободное перемещение при температурной деформации. По принципу перемещения различают опоры: скольжения, качения и подвесные опоры.

І . Конструкции подвижных опор.

1. Скользящие опоры.

1. Т/д с теплоизоляцией. h = 140 мм при

2. Корпус опоры (башмак). h = 90 мм при

3. Мет. прокладка (швеллер).

4. Ж/б подушка.

Скользящие опоры применяются при всех способах прокладки т/д, для всех диаметров и независимо от направления горизонтальных перемещений.

+ простота

- Большой коэффициент трения

-Сход с опоры при бок. перемещении.

2. Катковая опора: применяется для труб Ø 175 мм и более, при осевых перемещениях труб и их прокладке в тоннелях, коллекторах и на отдельно стоящих опорах при надземной прокладке.

1. Т/д с теплоизоляцией. + Малый коэффициент трения

2. Корпус опоры - Необходимость в уходе и смазке

3. Каток. -Работают только на прямолинейных участках

4. Опорная плита

(при боковом смещении → как скользящие)

5. Лапа

-Применение в непроходных каналах нецелесообразно.

3. Шариковые опоры: Применяют в тех же случаях что и катковые, но при горизонтальном перемещении под углом к оси трассы.

Такие опоры устраивают в углах поворота трассы, где есть не только продольные, но и боковые перемещения.

4. П одвесные опоры. Применяются при надземной прокладке.

16. Конструкции неподвижных опор:

Н еподвижные опоры делят трубопровод на самостоятельные участки независимые друг от друга по восприятию температурных деформаций. Н. о. воспринимают усилия возникающие в т/д этих участках при различных способах компенсации температурных удлинений и передают их на несущие конструкции и грунт.

І. Конструкции неподвижных опор.

1. Лобовые (упорные) неподвижные опоры.

- применяются при всех способах прокладки и Ø т/д.

1. Приварные упоры с двумя рёбрами жёсткости.

2. Несущая конструкция из швеллеров.

3. Поперечные связи.

2. Хомутовые опоры: Применяются при надземной прокладке и прокладке в тоннеле, до Ø. Удобны для закрепления труб на балках, кронштейнах и других устройствах.

3. Щитовые опоры. Применяются при канальной, бесканальной прокладке и прокладке вне кранов и размещение опор вне тепловых камер.

1- Непроходной канал.2-Приварные упоры.3-Приварные кольца. 4-Щит. 5-Футляр, стальная труба. 6-Дренажное отверстие. 7-Антикоррозийная прокладка (паролитовая).

15. Определение расстояния м/д подвижными опорами. Нагрузки на подвижные опоры:

С расчётной точки зрения т/д т/ сети представляют собой бесконечную неразрезную балку.

__ изгибающий момент по местным (направлениям), напряжениям в стенке трубы.

----- изгибающий момент по несущей способности т/д.

По местным напряжениям:

где q – нагрузка на 1 погон. м. трубы.

- вертикальная нагрузка (∑ вес 1 пм включая саму трубу, воду изоляцию), - горизонтальная или вертикальная нагрузка.

ω- скорость ветра.

ρ- плотность ветра.

к- аэродинамический коэффициент = 1,4-1,6

d _н - наружный диаметр изоляции

к₁- коэффициент, учитывающий изменение изоляции скоростного напора с высотой прокладки.

Ветровое усилие учитывается в надземном трубопроводе при открытой прокладке.

- расстояние под действием веса трубопровода.