Задачи и методика гидравлического расчета транзитных трубопроводов и разветвленных водяных тепловых сетей

Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети. При проектировании в задачи гидравлического расчета входят:

- определение диаметров трубопроводов;

- определение падения давления (потерь напора) по сети;

- определение давлений (напоров) в различных точках сети;

- увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимого давления и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Иногда необходимо определение пропускной способности трубопроводов и сети при известных расчетных значениях диаметра и потерях давления.

Результаты гидравлического расчета позволяют:

- определить капиталовложения, расход металла (труб, арматуры, и объем строительно-монтажных работ);

- установить характеристики циркуляционных сетевых и подпиточных насосов, их количество и размещение;

- выяснить условия работы сети систем абонентов, выбрать схему присоединения абонентских установок;

- выбрать средства авторегулирования для сети и абонентских вводов;

- разработать режимы эксплуатации систем теплоснабжения.

Для проведения гидравлического расчета (водяной) тепловой сети должны быть задана схемы и профиль сети по рельефу местности, указаны размещения источников теплоты, потребителей и их расчетные нагрузки и расходы сетевой воды. Гидравлический расчет для определения диаметров труб выполняют по зимним суммарным расчетным расходам теплоносителя.

При дублированных или кольцевых схемах также выполняют проверочный гидравлический расчет на аварийный режим, исходя из условия обеспечения неотключаемых тепловых нагрузок.

Величина эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стальных труб теплоснабжения для проектируемых сетей принимают: для водяных теплоносителей К_э=0,0005 м; для паропроводов К_э=0,0002 м; для конденсатопроводов К_э=0,001 м.

Диаметры участков трубопроводов обычно выбирают исходя из непревышения R_л, Па/м.

Удельные потери давления на трение определяются на основе технико-экономических расчётов.

Допускается принимать линейные потери давления в трубопроводе R_л:

- для участков магистральных трубопроводов от источника тепла до самого удаленного потребителя 40-80 Па/м;

- для распределительных тепловых сетей и ответвлений к отдельным зданиям по располагаемому перепаду давления, но не более 295 Па/м. Избыточный перепад давления используется в элеваторах (соплах) или в дроссельных шайбах;

- для паропроводов по располагаемому перепаду давления, но при скорости пара не более указанной:

Диаметр паропровода Ду, мм	Скорость пара, w, м/с
	Для перегретого пара	Для насыщенного пара
до 200 включительно	50	35
свыше 200	80	60

- для напорных конденсаторов до 98 Па/м;

- для сборных конденсатопроводов по располагаемому перепаду давления.

На основании гидравлического расчета устанавливаются величины давлений (напоров) в различных точках сети. Для водных сетей строится пьезометрический график (график давлений или напоров), который позволяет выбрать схему присоединения абонентов, увязать статистический и динамический режимы работы сети, определить напор сетевых и подпиточных насосов. Для паровых сетей из-за малой плотности пара пьезометрический график не строится, профиль прокладки не учитывается.

Расчёт транзитного трубопровода

Коэффициент местных потерь:

где

- коэффициент из справочника;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений;

l – длина транзитного участка, м;

G – расход теплоносителя, кг/с;

ΔР – суммарная потеря давления, Па.

Удельная линейная потеря давления:

Внутренний диаметр трубопровода:

где

- коэффициент из справочника;

Суммарная потеря давления на участке:

ΔР = R_л ∙ l ∙ (1+α) = R_л ∙ l_пр , где l_пр – приведенная длина трубопровода, м l_пр = l + l_ЭК , где l_ЭК – эквивалентная длина местных сопротивлений (задвижки, вентили, повороты, компенсаторы).

Расчёт разветвлённой сети

Перед выполнением расчёта разрабатывают расчётную схему теплосети, на которой проставляют длины участков, расчётные расходы теплоносителя, номера узлов или участков, определяют расположение запорной арматуры и.т.д.

Перед расчётом должны быть известны расчётные расходы и параметры теплоносителя (p,t,ρ) на источнике и у абонентов.

Искомая величина - диаметры участков трубопроводов при условии обеспечения требуемых напоров у потребителей.

Сначала определяют основную магистраль от источника до одного из абонентов. Она характеризуется наименьшим удельным падением давления: , Па/м.

Если давления у абонентов одинаковы, то основной магистралью является линия к самому удалённому абоненту. Далее задаются распределением давления по основной магистрали. Если нет ограничения по рельефу, высотности зданий, дальности транспортировки, то выбирают прямолинейное распределение давления (напора).

Затем расчёт ведут от начала участка, определяя:

-диаметр трубопроводов участков, D_Н· S;

-удельные потери R, Па/м;

-конечное давление на каждом участке;

-скорость движения теплоносителя, ω,м/с.

Диаметр условного прохода принимают не менее 32 мм, скорость движения должна быть не более 3,5 м/с.

Далее определяют число компенсаторов, переходов и т.д.

Далее выполняют гидравлический расчёт ответвления от основной магистрали по располагаемому перепаду давления между точкой ответвления и потребителями. Простые ответвления (один абонент) считаются как транзитные участки с заданными потерями давления.

Сложные ответвления считаются аналогично с определением и первоначальным расчётом основной магистрали ответвления, затем ответвлений от неё и т.д.

Увязку потерь давления следует выполнять подбором диаметров трубопроводов ответвлений, причём линейные потери давления не должны превышать 300 Па/м. Если это невозможно, то избыток давления на абонентском вводе срабатывают в сопле элеватора, дроссельными шайбами.

Расход теплоносителя:

- закрытые водяные сети G_под = G_обр;

- открытые сети G_под ≠ G_обр, т.е. расчёт по усреднённому расходу:

, где

G₀, G_B, G_Г - расчётный расход воды на отопление, вентиляцию, ГВС соответственно, кг/с.

Определяют диаметр трубопровода по ГОСТу, находят удельную линейную потерю давления R_л для прямой и обратной при G_под ≠ G_обр.

Суммарные потери давления:

- закрытые сети ΔР_под = ΔР_обр;

- открытые сети при G_под ≠ G_обр, ΔР_под ≠ ΔР_обр.

Зная суммарную потерю давления на участке и давление на оном из его концов находят давление на другом конце участка.

При расчёте сложных ответвлений определяется:

- расчётное направление (с минимальной удельной потерей давления);

- расчётное давление или располагаемые напоры у абонентов при выбранных диаметрах сети.

№48