Гидравлический расчет отопление и тепловые сети. Гидравлический расчет тепловых сетей

Водяные системы теплоснабжения представляют собой сложные гидравлические системы, в которых работа отдельных звеньев находится во взаимной зависимости. Одним из важных условий работы таких систем является обеспечение в тепловой сети перед центральными или местными тепловыми пунктами располагаемых напоров, достаточных для подачи в абонентские установки расходов воды, соответствующей их тепловой нагрузке.

Гидравлический расчет – один из важных разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети. При проектировании тепловой сети в гидравлический расчет входят следующие задачи: определение диаметров трубопроводов, определение падение давления, определение давлений в различных точках сети, увязка всей системы при различных режимах работы сети. Результаты гидравлического расчета дают следующие исходные данные:

1) Для определения капиталовложений, расход металла труб и основного объема работ на сооружение тепловой сети;

2) Установление характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количество насосов и их размещение;

3) Выяснения условия работы условий источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

5) Разработка режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

В качестве исходных данных для расчёта обычно задаются: схема тепловой сети, параметры теплоносителя на входе в рассчитываемый участок, расход теплоносителя и длина участков сети. Поскольку в начале расчёта неизвестен ряд величин, задачу приходиться решать методом последовательных приближений в два этапа: приближенный и проверочный расчёты.

Предварительный расчёт

1. Определяется располагаемая потеря напора в сети исходя из обеспечения необходимого статического напора на абонентском вводе. Определяется тип пьезометрического графика.

2. Выбирается самая отдалённая точка тепловой сети (расчётная магистраль).

3. Магистраль разбивается на участки по принципу постоянства расхода теплоносителя и диаметра трубопровода. В некоторых случаях в пределах участка с равным расходом изменяется диаметр трубопровода. На участке находится сумма местных сопротивлений.

4. Вычисляется предварительное падение давления на данном участке, оно же является максимально возможным падением давления на рассматриваемом участке.

5. Определяется доля местных потерь данного участка и удельное линейное падение давления. Доля местных потерь представляет собой отношение падения давления в местных сопротивлениях к линейному падению давления прямолинейных участков.

6. Предварительно определяется диаметр трубопровода рассчитываемого участка.

Проверочный расчёт

1. Предварительно рассчитанный диаметр трубы округляется до ближайшего стандартного типоразмера трубы.

2. Уточняется линейное падение давление и вычисляется эквивалентная длина местных сопротивлений. Эквивалентная длина местных сопротивлений – прямолинейный трубопровод линейное падение давления на котором равно падению давления в местных сопротивлениях.

3. Рассчитывается истинное падение давления на участке, которое является полным сопротивлением данного участка.

4. Определяется потеря напора и располагаемый напор в конечной точки участка между подающий и обратной линиях.

Все участки тепловой сети рассчитываются по данной методике и увязываются между собой.

Для проведения гидравлического расчета обычно задаются схемой и профилем тепловой сети, а затем выбирают наиболее удаленную точку, которые характеризуется наименьшим удельным падением магистрали. Расчетная температура сетевой воды в подающей и обратной линиях тепловой сети: t1=150 °С, t2=70 °С. Расчетная схема тепловой сети показана на рис. 5.1.

Располагаемый напор в точке ввода м. вод. ст. Располагаемый напор на всех абонентских вводах м. вод. ст. Средний удельный вес воды γ =9496 Н/м 2 , длина расчетной магистрали, L(0-11)=820 м.

Определяем расходы воды на участках в соответствии с расчетной схемой и результаты сводим в в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Расход воды по участкам

№ участка	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10
G,т/ч	65,545	60,28	47,1175	31,3225	26,6425	18,745	9,6775	6,1675	3,8275
№ участка	10-11	1-1.1	2-2.1	3-3.1	3.1-3.2	3.1-3.3	3.3-3.4	3.3-3.5	3.5-3.6
G,т/ч	1,755	0,585	0,585	9,945	0,585	8,19	0,585	5,5575	3,51
№ участка	3.5-3.7	4-4.1	5-5.1	6-6.1	7-7.1	8-8.1	9-9.1	10-10.1	11-1.1
G,т/ч	1,17	0,585	0,8775	0,585	0,8775	0,8775	0,8775	2,6325	0,8775

Предварительный расчет

Располагаемая потеря напора м. вод. ст. Распределяем поровну эту потерю напора между подающей и обратной линиями тепловой сети, поскольку тепловая сеть выполнена в двух трубном исполнение, одинаковый профиль труб . вод. ст.

Падение давления на участке 1-2, Па:

δP1-2 = δH*ƴ*L1-2/L1-27=4748

∑Ƹ=∑Ƹзадв+∑Ƹ90ᵒ+∑Ƹкомп=2,36

Определяем долю местных сопротивлений

0,20

где коэффициент при эквивалентом шероховатости ..

Предварительно вычисляем удельное линейное падение давления, Па/м и диаметр участка 1-2, м:

Па/м;

,

где коэффициент при эквивалентой шероховатости для стальных труб, .

Поверочный расчет

Выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр, мм по ГОСТ 8731-87 "Трубы стальные" .

Dв.1-2 = 0,261 мм.

Определяем удельное линейное падение давления, Па/м:

11,40Па/м,

где коэффициент при эквивалентом шероховатости, .

Рассчитываем эквивалентную длину местных сопротивлений, м участка трубопровода на участке 1-2

28,68м,

где – коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости .

Потеря давления на участке трубопровода 0-1, Па:

Потеря напора на участке трубопровода 0-1, м. вод.ст.:

0,13м.

Так как потеря напора в подающей и обратной линиях тепловой сети одинакова, то располагаемый напор в точке 1, можно вычислить по формуле:

Для остальных участков рассматриваемой магистрали расчеты проводятся аналогично, их результаты представлены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Гидравлический расчет магистрали теплопровода

Предварительный	Поверочный
№	L,м	δP,Па	Σξ	А	Rл, Па/м	d, м	d", м	R", Па/м	Lэ, м	δP",Па	δH", м	ΔH", м
0-1			1,34	0,46	40,69	0,29	0,313	9,40	17,05	348,14	0,04	29,93
1-2			2,36	0,20	49,38	0,28	0,261	11,40	28,68	1238,73	0,13	29,74
2-3		3264,25	1,935	0,24	47,83	0,28	0,261	11,04	23,69	868,90	0,09	29,82
3-4		3857,75	2,105	0,22	48,58	0,28	0,261	11,21	25,68	1016,91	0,11	29,79
4-5		10979,75	4,145	0,15	51,46	0,27	0,261	11,88	49,87	2789,63	0,29	29,41
5-6		3857,75	2,105	0,22	48,58	0,28	0,261	11,21	25,68	1016,91	0,11	29,79
6-7		7418,75	3,125	0,17	50,68	0,27	0,261	11,70	37,74	1903,62	0,20	29,60
7-8			3,38	0,17	50,93	0,27	0,261	11,76	40,77	2125,15	0,22	29,55
8-9		2670,75	1,765	0,27	46,79	0,28	0,261	10,80	21,72	720,73	0,08	29,85
9-10		1483,75	1,425	0,39	42,69	0,28	0,313	9,86	17,92	423,17	0,04	29,91
10-11		890,25	1,255	0,57	37,74	0,29	0,313	8,72	16,25	272,45	0,03	29,94

Ответвление рассчитываться как транзитные участки с заданным падением давления (напора). При расчете сложных ответвлений, сначала находиться расчетное направление как направление с минимальным удельным падением давления, а затем проводят все остальные операции.

Гидравлический расчет ответвления теплопровода показан в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Результаты гидравлического расчета ответвлений

№	L,м	δP,Па	Σξ	А	Rл, Па/м	d, м	d", м	R", Па/м	Lэ, м	δP",Па	δH", м	ΔH", м
3-3.1			1,34	0,458607	25,36	0,31	0,313	5,86	19,07	229,1455	0,02	29,95
3.1-3.2		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
3.1-3.3		2077,25	1,595	1,224859	22,87	0,32	0,313	5,29	23,27	308,2111	0,03	29,94
3.3-3.4		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
3.3-3.5		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
3.5-3.6			2,02	0,230444	19,65	0,33	0,313	4,55	30,55	411,7142	0,04	29,91
3.5-3.7			1,34	0,458607	25,36	0,31	0,313	5,86	19,07	229,1455	0,02	29,95
4-4.1		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
5-5.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
6-6.1		593,5	1,17	0,80085	27,35	0,31	0,313	6,32	16,36	166,6545	0,02	29,96
7-7.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
8-8.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
9-9.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96
10-10.1		2670,75	1,765	0,268471	21,46	0,32	0,313	4,97	26,14	353,213	0,04	29,93
11-11.1		890,25	1,255	0,572688	26,32	0,31	0,313	6,08	17,71	199,023	0,02	29,96

Пьезометрический график показан на рис. 5.2.

6.Расчет толщины изоляции

Среднегодовая температура теплоносителя t 1 =100, t 2 =56,9

Определим внутренний d в.э и наружный d н.э эквивалентные диаметры канала по внутренним (0,9×0,6 м) и наружным (1,15×0,78 м) размерам его поперечного сечения:

м

м

Определим термическое сопротивление внутренней поверхности канала

Определим термическое сопротивление стенки канала Rк, приняв коэффициент теплопроводности железобетона λст = 2,04 Вт/(м · град):

Определим при глубине заложения оси труб h = 1,3 м и теплопроводности грунта λгр = 2,0 Вт/(м · град), термическое сопротивление грунта

Приняв температуру поверхности теплоизоляции 40 °С , определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего t т.п и обратного t т.о трубопроводов:

Определим также, используя прил. , коэффициенты

теплопроводности тепловой изоляции (Теплоизоляционные изделия

из пенополиуретана) для подающего λ к1 и обратного λ к2 трубопроводов:

λ к 1 = 0,033 + 0,00018 t т.п = 0,033 + 0,00018 ⋅ 70 = 0,0456 Вт/(м⋅°С);

λ к2 = 0,033 + 0,00018 t т.о = 0,033 + 0,00018 ⋅ 48,45 = 0,042 Вт/(м⋅ °С).

Определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя:

Примем по прил. нормируемые линейные плотности тепловых потоков для подающего ql1 = 45 Вт/м и обратного ql2 = 18 Вт/м трубопроводов. Определим суммарные термические сопротивления для подающего Rtot1 и обратного Rtot2 трубопроводов при К1 = 0,9 :

Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего ϕ1 и обратного ϕ2 трубопроводов:

Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего Rк.п и обратного Rк.о трубопроводов, м ⋅°С/Вт:

R к.п = R tot1 − R п.c − (1+ϕ 1)(R п.к + R к + R гр)=

2,37− 0,1433− (1+ 0,4)(0,055 + 0,02+ 0,138) =1,929 м⋅ °С /Вт;

R к.о = R tot2 − R п.c − (1+ϕ 1)(R п.к + R к + R гр)=

3,27− 0,1433− (1+ 2,5)(0,055 + 0,02 + 0,138) = 2,381 м ⋅ °С /Вт.

Определим значения В для подающего и обратного трубопроводов:

Определим требуемые толщины слоев тепловой изоляции для подающего δк1 и обратного δк2 трубопроводов:

Принимаем толщину основного слоя изоляции для подающего мм, обратного трубопроводов мм.

Расчет компенсатора

Компенсаторы предназначены для компенсации температурных удлинений и деформаций для предотвращения разрушения трубопроводов. Компенсаторы располагаются между неподвижными опорами.

Расчет компенсатора для 3го участка.

Приняв коэффициент температурного удлинения α=1,25 10⋅ − 2 мм/(м ⋅°С) , используя данные табл. 14.2 прил. 14 , определим максимальную длину участка, на которой может обеспечить компенсацию один сильфонный компенсатор:

Здесьλ– амплитуда осевого хода, мм, λ = 60мм

Необходимое количество компенсаторов n на расчетном участке составит

Примем одинаковые пролеты между неподвижными опорами

83/2= L ф = 41,5м.

Определим фактическую амплитуду компенсатора λ ф при длине пролета между неподвижными опорами L ф = 41,5 м.

R с. к, приняв одинаковые пролеты между неподвижными опорами L = 41,5 м:

R c.к = R ж + R р,

где R ж – осевая реакция, возникающая вследствие жесткости осевого хо- да, определяется по формуле (1.85)

R ж = С λ λ ф = 278 · 36,31 =10094,2 Н

где С λ – жесткость волны, Н/мм, (С λ = 278 Н/мм);

R р – осевая реакция от внутреннего давления, Н , определяемая

Определим реакцию компенсатора Р с. к

R c.к = R ж + R р = 10094,2+ 17708 = 27802,2 Н.

В системе теплоснабжения тепловой пункт, связывающий тепловую сеть с потребителем теплоты, занимает важное место. Посредством теплового пункта (ТП) осуществляется управление местными системами потребления (отоплением, горячим водоснабжением, вентиляцией), в нем также производится трансформация параметров теплоносителя (температуры, давления, поддержание постоянства расхода, учет теплоты и др.). Одновременно в тепловом пункте осуществляется управление самой сетью, так как в нем производится по отношению к тепловой сети распределение теплоносителя и контроль его параметров

Проект теплового пункта выполняем для 5 этажного дома, подключенного на участке 6.

Схема индивидуального теплового пункта приведена

Подбор смесительных насосов

Подача насоса определяется согласно СП 41-101-95 по формуле:

где –расчетный максимальный расход воды на отопление из тепловой сети кг/с;

u – коэффициент смешения, определя­емый по формуле:

где – температура воды в подающем трубо­проводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для про­ектирования отопления t н.о, °С;

–тоже, в подающем трубопроводе сис­темы отопления, °С;

– то же, в обратном трубопроводе от сис­темы отопления, °С;

;

Напор смесительного насоса при таких схемах установки определяется в зависимости от давления в тепловой сети, а так же требующегося давления в системе отопления и принимается с запасом в 2 -3 м.

Выбираем циркуляционные насосы WiloStratos ECO 30/1-5-BMS. Это стандартные насосы с мокрым ротором и фланцевым присоединением. Насосы предназначены для использования в системах отопления, промышленных циркуляционных системах, системах водоснабжения и кондиционирования.

WiloStratos ECO успешно используются в системах, где температура перекачиваемой жидкости составляет широкий диапазон: от -20 до +130°С. Многоступенчатый (2-х, 3-х) переключатель частоты вращения позволяет оборудованию подстраиваться под текущие условия системы отопления.

Устанавливаем 2 насоса фирмы Wilo марки ECO 30/1-5-BMSс подачей 3 м^3/ч, напором 6 м. Один из насосов находится в резерве.

Подбор циркуляционного насоса

Выбираем циркуляционный насос типа GrundfosComfort. Эти насосы обеспечивают циркуляцию воды в системе ГВС. Благодаря этому горячая вода течет сразу же после того, как открывается кран. Этот насос комплектуется встроенным термостатом, автоматически поддерживающим заданную температуру воды в диапазоне от 35 до 65 °С. Это насос с «мокрым ротором», но благодаря его сферической форме практически невозможна блокировка рабочего колеса вследствии загрязнения насоса содержащимися в воде примесями. Выбираем насос Grundfos UP 15-14 B с подачей 0,8 м 3 /час, напор 1,2 м, мощностью 25 Вт.

Выбор магнитных фланцевых фильтров

Магнитные фильтры предназначены для улавливания стойких механических примесей (в том числе ферромагнетиков) в неагрессивных жидкостях с температурой до 150 °С и давлением 1,6 МПа (16 кгс/см 2). Они устанавливаются перед счетчиками холодной и горячей воды. Принимаем фильтр ФМФ.

Выбор грязевика

Грязевики предназначены для очистки воды в системах теплоснабжения от взвешенных частиц грязи, песка и других примесей.

Устанавливаем грязевик серии Ду65 Ру25 Т34.01 с.4.903-10 на подающем трубопроводе при вводе в тепловой пункт.

Выбор регулятора расхода и давления

Регулятор применяют как регулятор прямого действия для автоматизации абонентских вводов жилых зданий. Он подбирается по коэффициенту пропускной способности клапана:

где DР = 0,03…0,05 МПа – перепад давления на клапане, принимаем DР = 0,04 МПа.

м 3 /ч.

Выбор регулятора расхода и давленияDanfoss AVP с условным диаметром, D y – 65 мм, - 2 м 3 /ч

Выбор терморегулятора

Предназначен для автоматического регулирования температуры в открытых системах ГВС. Регулятор снабжен блокировочным устройством, защищающим систему отопления от опорожнения в часы пиковых нагрузок ГВС и в аварийных ситуациях.

Выбираем терморегуляторDanfossAVT/VGс условным диаметром, D y – 65 мм, - 2 м 3 /ч.

Выбор обратных клапанов

Обратные клапаны являются запорной арматурой. Они предотвращают обратный ток воды.

Обратные клапаны типа 402 фирмы Danfoss устанавливаем на трубопроводе после РР, на перемычке после насосов, после циркуляционного насоса, на трубопроводе ГВС.

Выбор предохранительного клапана

Предохранительные клапаны – это вид трубопроводной арматуры, предназначенный для автоматической защиты технологической системы и трубопроводов от недопустимого повышения давления рабочей среды путем частичного ее сброса из защищаемой системы. Наиболее распространены пружинные предохранительные клапаны, в которых давлению рабочей среды противодействует сила сжатой пружины. Направление подачи рабочей среды - под золотник. Клапан предохранительный чаще всего присоединяется к трубопроводу с помощью фланца, колпаком вверх.

Выбираем клапан предохранительный пружинный без ручного подрыва 17нж21нж (СППК4) с D у = 65 мм.

Выбор шаровых кранов

На подающем трубопроводе из тепловой сети, а также на обратке, на трубопроводах к терморегулятору и после него устанавливаем шаровые краны, из углеродистой стали (шар – нержавеющая сталь), сварные, с рукояткой, фланцевые, (Р у = 2,5 МПа) типа Jip, фирмы Danfoss, с D у = 65 мм. На циркуляционном трубопроводе линии ГВС до и после циркуляционного насоса, устанавливаем шаровые краны с D у = 65 мм. Перед подающей линии системы отопления и после обратной линии шаровые краны с D у = 65 мм и с D у = 65 мм. На перемычке насосов смешения устанавливаем шаровые краны с D у = 65 мм.

Выбор теплосчетчика

Теплосчетчики для закрытых систем теплоснабжения предназначены для измерения суммарного количества тепловой энергии и суммарного объемного количества теплоносителя. Устанавливаем тепловычислитель Логика 9943-У4 срасходомером SONO 2500 CT; Dу= 32 мм.

Тепловычиситель рассчитан на работу в открытых и закрытых системах водяного теплоснабжения от 0 до 175 ºС и давления до 1,6 МПа. Разность температур воды в подающем и обратном трубопроводе системы от 2 до 175 ºС. Прибор обеспечивает подключение двух однотипных платиновых термопреобразователей сопротивления и одного или двух расходомеров. Обеспечивает регистрацию показаний параметров в электронном архиве. Прибор формирует месячные и суточные отчеты, где в табличной форме представлены все необходимые сведения о потреблении тепловой энергии и теплоносителя.

Комплект термопреобразователей КТПТР-01-1-80 платиновый предназначен для измерения разности температур в подающем и обратном трубопроводах систем теплоснабжения. Применяется в составе теплосчетчиков. Принцип работы комплекта основан на пропорциональном изменении электрического сопротивления двух подобранных по сопротивлению и температурному коэффициенту термопреобразователей в зависимости от измеряемой температуры. Диапазон измерения температуры от 0 до 180 о С .

Заключение

Целью работы являлась разработка системы теплоснабжения жилого микрорайона. Район состоит из тринадцати зданий, одиннадцать жилых, один детский сад и одна школа., место расположения района г. Омск.

Разрабатываемая система теплоснабжения закрытая с центральным качественным регулированием с температурным графиком 130/70 . По роду подачи тепла двухступенчатая – здания непосредственно присоединяются к тепловой сети через автоматизированные ИТП, ЦТП отсутствуют.

При разработке тепловой сети были выполнены следующие необходимые расчеты:

Определенны тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС всех абонентов. В качестве метода определения нагрузок отопления и вентиляции использован метод по укрупненным показателям. Исходя из типа и объема здания задавались удельными тепловыми потерями здания. Расчетные температуры приняты согласно наружной температуре по СНиП «Строительная климатология». Температура внутри помещения по справочным данным согласно СанПиН исходя из назначения помещения. Нагрузку на ГВС определяли по нормативному расходу горячей воды на одного человека согласно справочных данных исходя из типа здания.

Рассчитан график центрального качественного регулирования

Определенны расчетные расходы сетевой воды (абонентов)

Разработана гидравлическая схема тепловой сети и выполнен гидравлический расчет, цель которого определить диаметры трубопроводов и падение давления на участках тепловой сети

Выполнен тепловой расчет теплопроводов, т.е. расчет изоляции для снижения теплопотерь в сети. Расчет выполнен по методу непревышения нормируемых тепловых потерь. В качестве теплопроводов выбрана предизолированная труба с изоляцией из пенополиуретана. Способ прокладки трубопровода бесканальный

Выполнен подбор компенсаторов для компенсации удлинения трубопроводов вследствие температурного расширения. В качестве компенсаторов применены сильфонные компенсаторы.

-был разработана схема индивидуального теплового пункта и подобраны основные элементы, т.е. насосы, регулирующие клапана, терморегуляторы и.т.д.

Библиографический список

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети/ Е.Я.Соколов; .– М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 с.:ил.

2. Тихомиров А.К. Теплоснабжение района города: учеб. Пособие/ А.К. Тихомиров.- Хабаровск: Изд-во Тхоокеан. Гос. Ун-та, 2006.-135с.

3. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник./ В.И. Манюк, Э.Б.Хиж и др. М.:Стройиздат,1988. 432с.

4. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей./Под.ред. А.А. Николаева. М. 1965. 359с.

5. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986. 320с.

6. Златопольский А.Н. Экономика, организация и планирование теплосилового хозяйства промышленного предприятия/ Златопольский А.Н., Прузнер С.Л., Калинина Е.И., Ворошилов Б.С. М.: Энергоатомиздат, 1995. 320с.

7. Сборник №24 «Теплоснабжение и газопроводы – наружные сети» ТЕР 81-02-24-2001 (г. Омск), 2002г.

8. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция.

9. И.В. Беляйкина Водяные тепловые сети/ И.В. Беляйкина, В.П. Витальев, Н.К. Громов и др.; Под ред. Н.К.Громова, Е.П. Шубина. М.: Энергоатомиздат, 1988г. 376с.

10. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети.

11. Козин В.Е. Теплоснабжение/ Козин В.Е., Левина Т.А., Марков А.П., Пронина И.Б., Слемзин В.А. М.: Высшая школа, 1980. 408с.

12.Теплоснабжение (курсовое проектирование): Учебное пособие/ В. М. Копко, Н.К. Зайцев, Г. И. Базыленко-Мн,1985-139 с.

13. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»

14 Применение средств автоматизации Danfoss в тепловых пунктах систем централизованного теплоснабжения зданий, В.В. Невский, 2005г.

15. Cтандартные автоматизированные блочные тепловые пункты фирмы Danfoss, В.В. Невский, Д.А. Васильев, 2008г.

16 Проектирование распределительных сетей теплоснабжения микрорайона,
Е.В. Корепанов, М.:Высш.школа, 2002г.,

17. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20

Страница 1

Гидравлический расчёт является важнейшим элементом проектирования тепловых сетей.

В задачу гидравлического расчёта входят:

1. Определение диаметров трубопроводов,

2. Определение падения напора в сети,

3. Установление величин напоров (давлений) в различных точках сети,

4. Увязка напоров в различных точках системы при статическом и динамическом режимах её работы,

5. Установление необходимых характеристик циркуляционных, подкачивающих и подпиточных насосов, их количества и размещение.

6. Определение способов присоединения абонентских вводов к тепловой сети.

7. Выбор схем и приборов автоматического регулирования.

8. Выявление рациональных режимов работы.

Гидравлический расчёт производят в следующем порядке:

1) в графической части проекта вычерчивают генплан района города в масштабе 1:10000, в соответствии с заданием наносят место расположения источника теплоты (ИТ);

2) показывают схему тепловой сети от ИТ к каждому микрорайону;

3) для гидравлического расчёта тепловой сети на трассе трубопроводов выбирают главную расчётную магистраль, как правило, от источника тепла до наиболее удалённого теплового узла;

4) на расчётной схеме указывают номера участков, их длины, определяемые по генплану с учётом принятого масштаба, и расчётные расходы воды;

5) на основании расходов теплоносителя и, ориентируясь на удельную потерю давления до 80 Па/м, назначают диаметры трубопроводов на участках магистрали;

6) по таблицам определяют удельную потерю давления и скорость теплоносителя (предварительный гидравлический расчёт);

7) рассчитывают ответвления по располагаемому перепаду давлений; при этом удельная потеря давления не должна превышать 300 Па/м, скорость теплоносителя – 3,5 м/с;

8) вычерчивают схему трубопроводов, расставляют отключающие задвижки, неподвижные опоры, компенсаторы и другое оборудование; расстояния между неподвижными опорами для участков различного диаметра определяются на основании данных таблицы 2;

9) на основании местных сопротивлений определяют эквивалентные длины для каждого участка и вычисляют приведённую длину по формуле:

10) вычисляют потери давления на участках из выражения

,

Где α – коэффициент, учитывающий долю потерь давления на местных сопротивлениях;

∆pтр – падение давления на трение на участке тепловой сети.

Окончательный гидравлический расчет отличается от предварительного тем, что падение давления на местных сопротивлениях учитывается более точно, т.е. после расстановки компенсаторов и отключающей арматуры. Сальниковые компенсаторы применяют при d ≤ 250 мм, при меньших диаметрах – П-образные компенсаторы.

Гидравлический расчёт выполняется для подающего трубопровода; диаметр обратного трубопровода и падение давления в нём принимают такими же, как и в подающем (п. 8.5 ).

Согласно пункту 8.6 , наименьший внутренний диаметр труб должен приниматься в тепловых сетях не менее 32 мм, а для циркуляционных трубопроводов горячего водоснабжения – не менее 25 мм.

Предварительный гидравлический расчёт начинают с последнего от источника теплоты участка и сводят в таблицу 1.

Таблица 6 – Предварительный гидравлический расчёт

№ участка							lпр=lх (1+α), м	∆Р=Rхlпр, Па
МАГИСТРАЛЬ
РАСЧЕТНОЕ ОТВЕТВЛЕНИЕ
								∑∆Ротв =

Расчетная схема теплосети от источника теплоты (ТЭЦ) до районных тепловых пунктов (РТП) приведена на рис. 2.5. Для компенсации температурных деформаций используем сальниковые компенсаторы. Удельные потери давления по главной магистрали примем в размере 30−80 Па/м.

Рис. 2.5. Расчетная схема магистральной тепловой сети

Выполним расчет для подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную и загруженную ветвь теплосети от ТЭЦ (участки 1, 2, 3, 4, 9). По таблицам гидравлического расчета, приведенным в литературе , а также в прил. 6, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3, 4, 9 диаметры трубопроводов d н xS , мм, фактические удельные потери давления R , Па/м и скорости воды V , м/с.

По известным диаметрам на участках главной магистрали определим сумму коэффициентов местных сопротивлений Sx и их эквивалентные длины L э. Так, на участке 1 имеется головная задвижка (x = 0,5), поворот (x = 0,3), тройник на проход при разделении потока (x = 1,0); количество сальниковых компенсаторов (x = 0,3) на участке определим в зависимости от длины участка L и максимального допустимого расстояния между неподвижными опорами l . Согласно приложения 7 для D у = 500 мм это расстояние составляет 140 метров. Следовательно, на участке 1 длиной 2000 м следует предусмотреть пятнадцать сальниковых компенсаторов. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит:

L п = L + L э = .

Затем определим потери давления DP на участке 1:

DP = R × L п = .

Аналогично выполним гидравлический расчет участков 2, 3 и 4 главной магистрали (см. табл. 2.6, 2.7).

Далее приступаем к расчету ответвлений. По принципу увязки потери давления DP от точки деления потоков до концевых точек (РТП) для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Поэтому при гидравлическом расчете ответвлений необходимо стремиться к выполнению следующих условий:

∆P 5 = ∆P 6 ;∆P 6 = ∆P 2+ 7 ; DP 7 = DP 3+8 ;DP 8 = DP 4+9 ;DP 9 = DP 10 .

Исходя из этих условий найдем ориентировочные удельные потери давления для ответвлений. Так, для ответвления 7 получим:

.

Коэффициент a, учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления, определяем по таблице 6.2 приложения 6:

Па/м.

Ориентируясь на R = 142 Па/м, определим по таблицам гидравлического расчета диаметр трубопровода, удельные потери давления R , скорость V , потери давления DР на участке 7. Аналогично выполним расчет ответвлений 5, 6, 8 и 10, определив предварительно для них ориентировочные значения R :

Таблица 2.6

Расчет эквивалентных длин местных сопротивлений.

Таблица 2.7

Гидравлический расчет магистральных трубопроводов

Определим невязку потерь давления на ответвлениях.

Гидравлический расчет - один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в гидравлический расчет входят следующие задачи:

1)определение диаметров трубопроводов;

2)определение падения давления (напора);

3)определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4)увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета дают следующий исходный материал:

1)для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2)установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3) выяснения условий работы источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение источников теплоты и потребителей и расчетные нагрузки.

Схема тепловой сети определяется размещением источников теплоты (ТЭЦ или котельных) по отношению к району теплового потребления, характером тепловой нагрузки потребителей района и видом теплоносителя. Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети, - надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует, как правило, стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины теплопроводов

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентрирована. Водяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое число потребителей, измеряемое нередко тысячами и даже десятками тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, измеряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистральные и распределительные. К магистральным обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой. Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляюшим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к магистральным сетям не следует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий.

Уравнение Бернулли для установившегося движения по трубопроводу несжимаемой жидкости, выражающее, отнесенный к единице массы, энергетический баланс этой жидкости без учета ее энтальпии, может быть записано в виде:

Где Z 1 и Z 2 - геометрическая высота оси трубопровода в сечениях 1 и 2 по отношению к горизонтальной плоскости отсчета,

w 1 , и w 2 - скорости движения жидкости в сечениях 1 и 2, м/с;

р 1 и р 2 - давления жидкости, измеренные на уровне оси трубопровода в сечениях 1 и 2, Па;

δр - падение давления на участке 1 - 2;

ρ - плотность жидкости, кг/м3;

g- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

Первый член в Z 1 g - удельная энергия высоты в данном сечении, (отнесенная к единице массы жидкости), Дж/кг;

w 2 /2 - удельная кинетическая энергия жидкости в данном сечении, Дж/кг;

р/ρ - удельная потенциальная энергии жидкости в данном сечении, Дж/кг;

δр /ρ - удельная потеря потенциальной энергии жидкости из-за трения и местных сопротивлений на участке трубопровода 1-2, Дж/кг, которая переходит в теплоту, что приводит к увеличению удельной энтальпии жидкости в процессе ее движения по трубопроводу.

Наряду с удельной энергией в гидравлическом расчете тепловых сетей широко используется другой параметр - напор, м:

где р - давление в трубопроводе, Па

ρ/γ=H - пьезометрический напор, м;

γ – удельный вес жидкости, Н/м 3 .

При гидравлическом расчете трубопроводов обычно заданы расход теплоносителя и суммарное паление давления на участке. Требуется определить диаметр трубопровода. Расчет состоит из двух этапов: предварительного и проверочного. Гидравлический расчет упрощается при использовании номограмм.

Предварительный расчет.

1.Задаются долей местных потерь или вычисляют ее.

2.Находят удельное линейное падение давления.

3.Определяют среднюю плотность теплоносителя на участке.

4.Определяют диаметр трубопровода из предположения его работы в квадратичной области.

Проверочный расчет.

1.Предварительно рассчитанный диаметр округляют до ближайшего по стандарту. Используя для этого таблицу стандартных диаметров труб, применяемых при транспортировке воды и водяного пара.

2.Определяют число Re. сравнивают его с предельным Re пр, рассчитанным ранее. Устанавливают расчетную область, в которой работает трубопровод.

3. При расчете паропроводов сопоставляют полученное значение ρ ср с предварительно принятым. При большом расхождении задаются более близкими значениями этих величин и вновь осуществляют проверочный расчет.

По результатам расчета строится пьезометрический график сети.

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].