Основные задачи и расчетные зависимости

При проектировании тепловых сетей основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.

В процессе эксплуатации тепловых сетей возникает необходимость решения обратных задач по определению расходов теплоносителя на участках сети или давлений в отдельных точках при изменении гидравлических режимов. Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрических графиков, выбора схем абонентских вводов, подбора насосного оборудования, определения стоимости тепловой сети и других целей.

При течении теплоносителя в протяженных тепловых сетях систем теплоснабжения потери напора складываются из потерь напора в местных сопротивлениях и потерь напора, происходящих по длине трубопроводов (линейных потерь напора). Запорная и регулирующая арматура, участки изгиба трубопроводов, компенсаторы, сужения и расширения трубопроводов и другие местные сопротивления являются причиной падения напора в трубопроводах.

Падение напора (давления) на линейном участке трубопровода

, (5.1)

, (5.2)

где h_л – удельное падение напора, м/м; R_л – удельное падение давления, Па/м; l_л – длина трубопровода, м.

По формуле Дарси

, (5.3)

, (5.4)

где l – коэффициент гидравлического трения (безразмерная величина); w – скорость движения жидкости, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с²; d – внутренний диаметр трубы, м; V – объемный расход теплоносителя, м³/ч; r – плотность теплоносителя, кг/м³; G – массовый расход теплоносителя, кг/с.

Коэффициент гидравлического трения l зависит от режима движения жидкости и степени шероховатости стенки трубы. Режим движения жидкости характеризуется числом Рейнольдса Re и бывает ламинарными (Re£2300) и турбулентным (Re³2300).

Параметрами, характеризующими степень шероховатости стенки трубы, являются эквивалентная (абсолютная) шероховатость k_е, которая представляет высоту выступа шероховатости, и относительная шероховатость k_е/r (r – радиус трубопровода). Согласно СНиП для гидравлических расчетов следует принимать следующие значения эквивалентной шероховатости:

· для паропроводов – k_е=0,0002 м;

· для водяных тепловых сетей – k_е=0,0005 м;

· для сетей горячего водоснабжения – k_е=0,001 м.

Применение более высоких значений эквивалентной шероховатости для гидравлических расчетов должно быть подтверждено специальными испытаниями трубопроводов тепловых сетей.

С увеличением числа Re коэффициент гидравлического сопротивления l монотонно уменьшается. При превышении некоторого числа Re_пр коэффициент гидравлического сопротивления l остается постоянным. В этом случае коэффициент гидравлического трения зависит только от относительной эквивалентной шероховатости k_е/r и определяется по формуле проф. Б. Л. Шифринсона

. (5.5)

При Re³Re_пр в трубопроводах зависимость падения давления от расхода воды подчиняется квадратичному закону. Режимы движения жидкости в тепловых сетях, как правило, являются турбулентными и характеризуются числами Re³Re_пр. Потери напора (давления) в сети описываются следующим уравнением:

(5.6)

или

, (5.7)

где S_р = S×g×r – характеристика сопротивления сети, выраженная через единицы давления (падение давления при V=1), Па×с²/м⁶; S – характеристика сопротивления сети, выраженная через единицы напора (потеря напора при V=1); V - расход воды, м³/с.

Характеристика сопротивления сети описывается уравнением

(5.8)

или

, (5.9)

где А_R=0,0894 k_е^0,25, м^0,25; l – длина участка трубопровода, м; d – диаметр трубопровода, м; – эквивалентная длина местных сопротивлений, т.е. такая длина прямолинейного трубопровода, линейные потери давления в котором численно равны потерям давления в местных сопротивления, м; Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Из уравнений (5.6)-(5.9) следует, что сопротивление сети зависит от ее геометрических характеристик (длина и диаметр), абсолютной шероховатости внутренней поверхности труб, эквивалентной длины местных сопротивлений. Гидравлическая характеристика сопротивления сети не зависит от расхода воды, что позволяет определять величину сопротивления сети по режиму, для которого известен расход воды и соответствующее этому расходу падение давления.