Что дает гидравлический расчет теплотрассы. Гидравлические расчеты

Глава2. МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

2.1. ЗАДАЧИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Гидравлический расчет тепловой сети ведут по участкам. Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов d на каждом участке, обеспечивающих пропуск заданного расхода теплоносителя G при заданных потерях давления Dp или напора DН. Также могут быть решены и другие задачи: определение потерь давления Dр или напора DН на участках тепловой сети диаметром d при заданных расходах G, определение пропускной способности G участков трубопроводов диаметром d при перепадах давления на участках Dр или потерях напора DН.

На основании результатов гидравлического расчета участков определяют потери давления или напора по сети в целом, выбирают оборудование, в том числе насосы для водяных и конденсатных сетей, разрабатывают гидравлические режимы.

2.2. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Потери давления на участках теплопроводов складываются из потерь на трение, называемых также линейными потерями Dр Л, и потерь в местных сопротивлениях Dр М:

Dр=Dр Л +Dр М (2.1.)

где Dр Л – потеря давления собственно в трубопроводе;

Dр М – потеря давления при расширениях, сужениях, поворотах трубопровода и в различных устройствах, установленных на участке (компенсаторах, задвижках, клапанах и т.д.).

Рассмотрим более подробно линейные потери давления Dр Л при течении несжимаемой жидкости. Плотность несжимаемой жидкости ρ при изменении давления практически не меняется. При этом условии на участке трубопровода с внутренним диаметром d скорость теплоносителя ω также остается неизменной. В этом случае линейная потеря давления Dр Л определяется по формуле Дарси-Вейсбаха

Dр Л =λ, (2.2.)

где λ – коэффициент гидравлического трения;

L – длина участка трубопровода.

При гидравлических расчетах часто используют понятие удельной линейной потери давления R Л, которая представляет собой линейную потерю давления. отнесенную к единице длины участка трубопровода.:

R Л =Dр Л /L. (2.3.)

Из уравнений (2.1.) и (2.2.) следует, что

R Л =λ. (2.4.)

При ламинарном течении теплоносителя по трубопроводу коэффициент гидравлического трения определяют по формуле Пуазейля-Гагена

λ=64/Re. (2.5.)

Эту формулу используют при Re≤2300. При более высоких значениях числа Рейнольдса, в так называемой переходной области, коэффициент гидравлического трения в гидравлически гладких трубах следует рассчитывать по формуле Блазиуса

λ=0,3164/Re 0,25 . (2.6)

Большинство труб, используемых для теплоснабжения, с точки зрения гидравлики являются шероховатыми. В переходной области режим течения жидкости в таких трубах определяется не только числом Re, но и величиной относительной эквивалентной шероховатости k Э /d, которая представляет собой отношение абсолютной эквивалентной шероховатости k Э к внутреннему диаметру трубы d. Под абсолютной эквивалентной шероховатостью k Э понимают такую высоту выступов равномерной искусственной шероховатости, при которой коэффициент гидравлического трения получается таким же, как и в реальной трубе.

Значения эквивалентной шероховатости, м, определенные опытным путем для различных видов труб приведены ниже.

Паровые сети……………………………………………………………………0,0002

Водяные тепловые сети ………………………………………………………..0,0005

Тепловые сети горячего водоснабжения и конденсатопроводы…………….0,001

Для расчета гидравлического трения в рассматриваемых условиях наиболее удобна формула А.Д.Альтшуля

λ=0,11. (2.7.)

Эта формула используется при 10≤Re<500.

Re<10 она практически совпадает с (2.6.).

При Re≥500 коэффициент гидравлического трения λ практически не зависит от Reи определяется только относительной эквивалентной шероховатостью , при этом линейная потеря давления Dр Л пропорциональна квадрату скорости течения ω. Поэтому область Re≥500 называют областью квадратичного закона. Поэтому в области квадратичного закона можно определить коэффициент гидравлического трения по формуле Б. Л. Шифринсона

λ=0,11() 0,25 (2.8.)

При Re>500 (2.7.) практически совпадает с (2.8.).

Получим формулу расчета удельной линейной потери давления R Л при внутреннем диаметре теплопровода d и пропускной способности участка сети G. Уравнение (2.4.) с учетом уравнения неразрывности

где G – массовый секундный расход теплоносителя на участке, преобразуется к виду

R Л =λ. (2.10.)

Отсюда следует, что

d=; (2.11.)

G=. (2.12.)

В зависимости от режима работы теплопровода в уравнения (2.10) – (2.12.)

следует подставлять значение коэффициента гидравлического трения λ из (2.5.) - (2.8.).

Режим работы водяных тепловых сетей чаще всего соответствует области квадратичного закона. В этих условиях (2.10) – (2.12.) с учетом (2.8.) принимают вид

Гидравлический расчет производят в следующей последовательности:

Выбирают на трассе тепловых сетей главную магистраль – наиболее протяженную и загруженную, соединяющую источник теплоснабжения с дальними потребителями.

Разбивают тепловую сеть на расчетные участки, проставляют номера (сначала по главной магистрали, затем по ответвлениям), определяют расчетные расходы теплоносителя и измеряют длину участков.

Задавшись удельными потерями давлений на трение, исходя из расходов теплоносителя на участках, по номограмме (приложение 10) , составленным для труб с коэффициентом эквивалентной шероховатости k e = 0,0005 мм, находят диаметр трубопроводов, действительные удельные потери на трение и скорость движения теплоносителя, которая должна быть не более 3,5 м/c.

Определив диаметры расчетных участков тепловой сети, разрабатывают монтажную схему теплопроводов, размещая по трассе запорную арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы.

По монтажной схеме устанавливают местные сопротивления на расчетных участках и находят сумму коэффициентов местных сопротивлений и их эквивалентные длины, в зависимости от диаметра трубопровода.

Определяют приведённую длину расчетного участка тепловой сети

Находят потери давления на расчетных участках тепловой сети

4.1 Определение расходов сетевой воды

Расчетный расход сетевой воды, т/ч , в закрытых системах теплоснабжения для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

На отопление :

где и – температуры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования систем отопления и вентиляции.

На вентиляцию :

Расчетные расходы сетевой воды на горячее водоснабжение, т/ч зависят от схемы присоединения водоподогревателей. При двухступенчатой схеме присоединения расход воды определяют по следующим формулам:

где среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, т/ч.

И температура в подающем и обратном теплопроводах в точке излома графиков температур воды.

Формулы для определения расчетного расхода сетевой воды при параллельной схеме присоединения подогревателей приведены в .

Суммарный расчетный расход сетевой воды, т/ч, в двухтрубных тепловых сетях при качественном регулировании по отопительной нагрузке:

где коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение, принимается в зависимости от мощности системы теплоснабжения (k=1,0 при k=1,0 при ).

Для потребителей с тепловым потоком 10 МВт и менее суммарный расчетный расход воды следует определять по формуле:

При центральном качественном регулировании отпуска теплоты по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения расчетный расход сетевой воды определяется как сумма расходов воды на отопление и вентиляцию без учета нагрузки горячего водоснабжения:

Расчетный расход сетевой воды в неотопительный период, т/чопределяется по формуле:

где определяют по формуле (33), с учётом того, что максимальную тепловую нагрузку на горячее водоснабжение определяют с учётом повышения температуры холодной воды до 15 o C;

Коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному, принимаемый для жилищно-коммунального сектора равным 0,8. Для курортных и южных городов , для промышленных предприятий .

ПРИМЕР 4. Для двух кварталов района города определить расчетный суммарный расход сетевой воды. Данные по расчетным тепловым потокам взять из примера 1. Температура воды в подающем трубопроводе , в обратном Регулирование отпуска теплоты производится по совмещенной нагрузке на отопление и горячее водоснабжение.

Трасса тепловой сети

На плане жилого района нанести трассу тепловой сети от источника теплоснабжения до каждого квартала. Рекомендуется применять радиальную схему тепловой сети. При трассировке следует стремиться к наименьшей протяженности сети и двухсторонней нагрузке магистралей. В каждый квартал следует предусматривать по одному вводу и только в отдельные крупные кварталы допускается по два ввода. Подключение противолежащих кварталов целесообразно осуществлять в одной точке.

В пределах городской застройки прокладку тепловых сетей по архитектурным условиям следует принять подземную канальную. По территории вне городской черты прокладку тепловой сети студент может выбрать по своему усмотрению подземную или надземную на низких опорах.

Задачей гидравлического расчета является определение диаметров труб и потерь давления в них.

Расчетный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием этих расходов .

Расчетный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

а) на отопление

б) на вентиляцию

; (2.41)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:

среднечасовой

; (2.42)

максимальный

; (2.43)

г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:

среднечасовой, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

; (2.44)

максимальный, при параллельной схеме присоединении водоподогревателей

; (2.45)

среднечасовой, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

; (2.46)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

; (2.47)

В формулах (2.40 - 2.47) расчетные тепловые потоки приведены в Вт,

теплоёмкость с принимается равной 4,198 кДж/(кг °С).

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле

Коэффициент k 3, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, следует принимать по таблице 4. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k 3 принимается равным нулю.

Таблица 4 – Значения коэффициента k 3

Для проведения гидравлического расчета составляется расчетная схема сети, на которой показывается источник теплоснабжения, трасса тепловой сети и подсоединяемые к ней ЦТП или узловые камеры кварталов. Трассу разбивают на расчетные участки, указывая на каждом номер, длину и расход теплоносителя.

Рис.3. Расчётная схема тепловой сети (пример).

Расход сетевой воды по жилым кварталам распределяют пропорционально их тепловой нагрузке (или площади).

В целях сокращения однотипных расчетов разрешается выполнить гидравлический расчет магистрального направления (от источника до самого удаленного квартала) и одного ответвления трассы.

Для предварительного расчета удельные потери давления (R Λ) могут быть приняты для участков магистрального направления до 80 Па/м, для участков ответвления трассы до 300 Па/м.

Расчет начинают с головного участка, т.е. от источника до первого ответвления. По расчетному расходу теплоносителя на участке и предварительно принятым удельным потерям давления по номограмме для гидравлического расчета, согласно приложения 5 данного учебного пособия, а также по таблицам и номограммам находят диаметр трубопровода. По таблицам 3.4 и 3.7 «Трубы стальные» выбирают стандартный диаметр трубы близкий к предварительно полученному по номограмме. Для стандартной трубы уточняют удельные потери давления и скорость движения теплоносителя. Для рассматриваемого участка разрабатывают монтажную схему, на которой указывают трубопроводы, арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы, углы поворота, переходы. Выделяют виды местных сопротивлений и подсчитывают эквивалентную длину участка . Расчеты сводят в таблицу 5.

Таблица 5 – Гидравлический расчет водяной тепловой сети

Трубопроводы тепловой сети на схеме показываются двумя параллельными линиями и обозначаются Т1 и Т2. Подающий трубопровод Т1 располагается обязательно справа по ходу теплоносителя от источника. Все точки ответвлений закрепляются неподвижными опорами и обозначаются УТ – узлы трубопроводные. На ответвлениях тепловой сети устанавливается запорная арматура – стальные задвижки, для обслуживания которых предусматриваются тепловые камеры [приложение 16 данного учебного пособия].