Гидравлический расчет по удельной линейной потери давления

(с постоянным перепадом температур)

Данные по схеме	Принято
Участок №	Q, Вт	G, кг/ч	l, м	Dу , мм	w, м/c	Rср, Па/м	RФ · l, Па		Z, Па	RФ · l + Z, Па	Примеча-ние
			13,2		0,488			9,1
			4,5		0,248			6,3
					0,225			8,5
			23,7		0,24			32,7
			2,5		0,663			9,2
					0,439
					0,488			9,1
	-		0,5		0,576			1,5
=14091
Расчет второстепенного кольца
Ст 2			15,7		0,236			55,8

Итак,

Тройник на ответвлении при делении потоков при и при	1,4
Отвод 90° Dу = 20 мм	0,6
Тройник на растекании при - 3 шт. 6,3´3	18,9
Кран трехходовой при проходе при Dу = 20 мм - 3 шт. 3´3
Радиатор РСВ при Dу = 20 мм - 3 шт. 2´3
Тройник на проходе при 1 - 3 шт. 0,7´3	2,1
Тройник на ответвлении при слиянии потоков при - 3 шт. 5´3
Внезапное сужение с Dу = 20 мм до Dу = 15 мм	0,5
Тройник на ответвлении при слиянии потоков при и при	2,3
	= 55,8

Аналогично, как и для основного циркуляционного кольца, определяем местные и общие потери давления в стояке 2 (графы 10 и 11 табл. 5.3). При этом невязка составит:

,

что больше допустимого значения (15%). По формуле (5.10) подберем диаметр дроссельной шайбы. Имеем:

DрД = Dр4 - Dрris2 = 2933 – 2369 = 564 Па; мм.

Дроссельная шайба устанавливается в нижней части стояка

Гидравлический расчет системы отопления

По характеристикам сопротивлений

Перед началом расчета необходимо выполнить все требования, изложенные в начале главы 5. Расчет начинают с дальнего стояка основного циркуляционного кольца, затем рассчитывают предпоследний стояк, и т.д. Вследствие этого в расчетную таблицу 5.4 участки заносятся в соответствии с порядком расчета, однако участки, входящие в основное циркуляционное кольцо, необходимо выделить - например, взять в рамку. Расчет производится следующим образом.

По формуле (5.8) рассчитывают средние удельные потери давления на трение R_ср в основном циркуляционном кольце. Для выбора диаметра труб на каждом участке основного циркуляционного кольца вычисляют значение удельной характеристики сопротивления:

Па/[м·(кг/ч)2],

(5.11)

где G_ор.i - ориентировочный расход воды на i-том участке, определяемый по формуле (5.7), кг/ч.

Диаметры участков принимают, сопоставляя полученные значения со значениями, приведенными в табл. 10.7 [3, с. 91], причем для повышения тепловой устойчивости системы отопления рекомендуется принимать для стояков - ближайший меньший диаметр, для магистралей - ближайший больший. При выборе диаметров необходимо проверить допустимость скорости движения теплоносителя. Для этого ориентировочный расход воды на участке G_ор.i делят на расход воды при скорости 1 м/с для соответствующего диаметра, приведенного в табл. 10.7 [3, с. 91]. (Например, если расход воды в трубе D_у = 15 мм составляет 500 кг/ч, то скорость движения воды м/с.) Кроме того, из этой таблицы берутся значения удельного динамического давления А, Па/(кг/ч)², приведенного коэффициента гидравлического трения , 1/м, и заносится в расчетную таблицу.

Далее приступают к расчету дальнего стояка (стояк 1 на рис. 5.5). Для этого задаются перепадом температур в нем, на 5-7°С больше расчетного, и по формуле (5.7) рассчитывают фактический расход воды в стояке G_ris. Эти цифры заносят в таблицу.

Таблица 5.4

Таблица гидравлического расчета по характеристикам сопротивлений

(с переменным перепадом температур)

Данные по схеме

Принято

Участок

Q, Вт

l, м

Dy , мм

, м-1

l·

l· +

A×104, Па/(кг/ч)2

S×104, Па/(кг/ч)2

Dt , °С

G, кг/ч

Dp, Па

w, м/с

Затем вычисляют сумму коэффициентов местных сопротивлений стояка при помощи приложений II.10¸II.20 [3, с. 258-263]. Принимается, что тройники на стыке двух участков относятся к участку с меньшим расходом. Диаметры подводок к приборам можно назначить 15 мм. Пример расчета сумм коэффициентов местных сопротивлений на участках приведен ниже.

Характеристика сопротивления участка равна:

, Па/(кг/ч)2,

(5.12)

где l_yч - длина участка, м;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений участка.

По расчетной таблице величина S_уч определится как произведение колонок 8 и 9 таблицы 5.4.

Зная характеристику сопротивления участка можно рассчитать потери давления на участке:

Dpyч = Syч × Gyч2, Па,

(5.13)

где G_yч - фактический расход воды в стояке, кг/ч.

На этом расчет стояка 1 заканчивают.

После расчета дальнего стояка приступают к расчету соседнего с ним (стояк 2 на рис. 5.5). Стояки 1 и 2 в гидравлическом отношении параллельны - значит, потери давления в них должны быть одинаковыми. Полученное для стояка 1 значение потерь давления заносят в соответствующую графу таблицы и для стояка 2.

Затем рассчитывают среднюю удельную потерю давления на трение в стояке:

, Па/м,

(5.14)

где Dp_ris2 - потери давления в стояке, Па;

l_ris2 - длина трубопроводов рассчитываемого стояка, м;

и вычисляют значение удельной характеристики сопротивления:

, ,

(5.15)

где - ориентировочный расход воды в стояке 2, определяемый по (5.7), кг/ч.

По найденному значению удельной характеристики сопротивления, в соответствии с правилами, изложенными выше, определяют диаметр стояка, удельное динамическое давление, приведенный коэффициент гидравлического трения, которые заносят в таблицу.

Аналогично, как и для дальнего стояка, вычисляется сумма коэффициентов местных сопротивлений и рассчитывается характеристика сопротивления стояка по (5.12). Фактический расход воды в стояке определяется по формуле:

, кг/ч;

(5.16)

действительный перепад температур в стояке:

, °С.

(5.17)

Если этот перепад температур попадает в пределы ±7°C от заданного, то расчет стояка заканчивают. Если нет, то необходимо поменять характеристику сопротивления. Как следует из формул расчета, при маленьком перепаде температур S необходимо снизить, при большом - увеличить. Изменение S следует производить вначале, за счет изменения диаметра стояка, если при большом температурном перепаде невязка сохраняется и при минимально возможном диаметре стояка (15 мм), то необходимо увеличение коэффициентов местных сопротивлений путем установки диафрагм (дроссельных шайб), балансировочных вентилей. В этом случае диаметр дроссельной шайбы подбирается следующим образом.

Рассчитываются потери давления в стояке 2:

,

(5.18)

где - потери давления, Па, в стояке 2 при диаметре D_у = 15 мм;

- расход теплоносителя в стояке при D_y = 15мм, кг/ч.

Необходимые для увязки потери давления в диафрагме равны:

DрД = Dр4 - , Па.

(5.19)

Диаметр диафрагмы определяют по формуле (5.10):

,

(5.20)

при этом диаметр должен быть больше 5мм.

После этого приступают к расчету парных участков 1¸7, 2¸6, 3¸5. Для этих участков уже известны: диаметр, величины удельного динамического давления А и приведенного коэффициента гидравлического трения . Расход теплоносителя на них равен сумме расходов теплоносителя в стояках, которые они снабжают; длина этих участков снимается с чертежей, а сумма коэффициентов местных сопротивлений определяется при помощи таблиц II.10¸II.20 [3, с. 258-263]. При этом надо иметь в виду, что местное сопротивление на стыке двух участков относится к участку с меньшим расходом.

Характеристику сопротивления участков рассчитывают по формуле (5.12), а потери давления - по (5.13).

После этого приступают к расчету следующего стояка (если он имеется), потери давления, в котором должны быть равны сумме потерь давления на парных участках и в дальнем стояке (рис.5.4):

Dрris3 = Dр6 +Dр7 +Dр8 , Па.

(5.21)

Проверка результатов расчета производится таким образом: суммируются потери давления в главном циркуляционном кольце (участки, выделенные рамкой) и сравниваются с расчетным циркуляционным давлением в системе отопления. Должно соблюдаться следующее условие:

, Па,

(5.22)

где - сумма потерь давлений на участках, входящих в основное циркуляционное кольцо, Па;

Dр_р - расчетное циркуляционное давление в системе отопления, Па.

Если это условие соблюдается, то расчет заканчивается. При большом расхождении необходимо изменить расход воды в системе. Требуемый расход теплоносителя равен:

, кг/ч,

(5. 23)

где - расход воды в системе отопления (участок 1), кг/ч.

Изменение общего расхода воды в системе повлечет изменение расхода и на участках - пропорционально коэффициенту:

.

(5.24)

После этого пересчитывают перепады температур воды в стояках и переходят к определению площади отопительных приборов. Если площади уже посчитаны, то их необходимо скорректировать с учетом изменений перепада температур в стояках.

Рассмотрим пример, характеризующий особенности расчета по данному методу.

Пример 5.3. Рассчитать по характеристикам сопротивлений ветвь однотрубной системы отопления с нижней разводкой, со смещенными замыкающими участками и кранами регулирующими проходными КРП (рис. 5.5).

Расчетное циркуляционное давление принять равным Dp_p = 15846 Па. Приборы – радиаторы чугунные секционные МС-140-108 установлены у световых проемов, присоединены к стоякам без «уток». Параметры теплоносителя в системе отопления 95÷70°С.

1. Основное циркуляционное кольцо выбираем через стояк 1, длина кольца составляет 52,9 м. Разбиваем его на участки. При данной схеме системы отопления стояки также можно считать как один участок, хотя расходы теплоносителя в приборных узлах меняются.

2. Заносим в расчетную таблицу номера участков в соответствии с порядком расчета (табл. 5.5). Номера участков, входящих в основное циркуляционное кольцо обводим рамкой.

3. Определяем тепловые нагрузки участков и их длины.

4. По формуле (5.8) рассчитываем средние удельные потери давления в основном циркуляционном кольце:

Па/м.

5. Ориентировочный расход воды на участках равен (5.7):

кг/ч;
кг/ч;

и т.д.

6. По значению средних удельных потерь давления на трение R_ср и ориентировочных расходов на участках G_ор по формуле (5.11) рассчитывается удельная характеристика сопротивления участков:

;
.

Аналогично и для других участков, входящих в основное циркуляционное кольцо.

7. По правилам, изложенным в предыдущем параграфе, по величине S_уд определяют диаметры участков D_у, удельное динамическое давление А и приведенный коэффициент трения . Например, для стояка 1 примем:

D_у = 15 мм; А = 10,6·10^-4 ; = 2,7 .

8. При помощи этой же таблицы проверяется допустимость скорости движения воды. Здесь приведены расходы воды при скорости, равной 1 м/с. Для диаметра 15 мм он составит 690 , а рассчитанный ранее ориентировочный расход в стояке G_ор.ris1 = 328 кг/ч, следовательно, скорость движения воды в стояке 1 равна:

м/с,

что допустимо.

Аналогично проверяются скорости и для других участков. Если же скорость превышает допустимый предел, то необходимо увеличить диаметр трубопровода.

Выбранные значения диаметров, удельных динамических давлений и приведенных коэффициентов трения заносятся в расчетную таблицу.

9. После этого приступаем непосредственно к расчету стояка 1. Задаемся перепадом температур теплоносителя на входе и выходе из стояка:

Dtris1 = 25 + 5 = 30°С.

10. При таком перепаде температур расход и скорость движения воды составят:

кг/ч;
м/с.

11. По табл. II.10¸II.20 [3, с. 258-263] выбираем коэффициенты местных сопротивлений стояка 1:

Тройник на проходе при делении потоков при	2,2
Радиаторные узлы с кранами КРП (Приложение 5) Dу = 15 мм - 6 шт. 7,1´6	42,6
Тройник на проходе при слиянии потоков при 0,5	2,2
	= 47

12. По (5.12) определим характеристику сопротивления стояка 1:

13. Потери давления в стояке равны:

Па.

Это значение Dp_ris1 заносится в графу 13 расчетной таблицы; оно также будет соответствовать потерям в стояке 2.

14. После этого приступаем к расчету стояка 2. По формулам (5.7), (5.8), (5.11) рассчитываются: значение средней удельной потери давления на трение, ориентировочный расход и удельная характеристика сопротивления стояка 2:

Па/м;
кг/ч;

15. По табл. 10.7 [3, с.91] выбираем диаметр стояка D_у = 10 мм. Однако, производя расчет, получаем, что перепад температур в стояке 2 равен:

Dtris2 = 36,2°С,

что недопустимо. Поэтому принимаем диаметр стояка: D_у = 15 мм.

16. Аналогично, как и для стояка 1 произведем расчет суммы коэффициентов местных сопротивлений:

Тройник на поворот при делении потоков при и	1,3
Радиаторные узлы с кранами КРП Dу = 15 мм - 6 шт. 7,1´6	42,6
Тройник на поворот при слиянии потоков при и	1,13
	= 45,03

17. Характеристика сопротивления и расход воды (формулы 5.12, 5.16) в стояке составят:

;
кг/ч.

18. По формуле (5.17) определим перепад температур в стояке:

°С.

Перепад температур на входе и выходе из стояка 2 попал в заданный промежуток, – следовательно, диаметр стояка выбран правильно.

19. Далее приступаем к расчету парных участков. В рассматриваемом примере это участки 1 и 7, 2 и 6, 3 и 5. Расчеты также производятся в табличной форме отдельными строками. Расходы на участках 3 и 5 определяются, как сумма расходов стояков 1 и 2:

G3= G5= Gris1+ Gris2 = 274 + 312 = 586 кг/ч.

Для остальных парных участков расходы рассчитываются по (5.7), для участка 8 расход определяется по формуле:

кг/ч.

Здесь U =2,2 – коэффициент смешения элеватора.

Полученные значения заносятся в расчетную таблицу.

20. Определяем суммы коэффициентов местных сопротивлений парных участков:

Участок 3:	Тройник на поворот при делении потоков при	6,15
	Кран пробочный проходной Dу = 25 мм	1,5
	Тройник с пробкой (тройник на проход при ) Dу = 25 мм	0,7
		= 8,35
Участок 5:	Тройник на поворот при смешении потоков при	4,9
	Кран пробочный проходной Dу = 25 мм	1,5
	Тройник с пробкой	0,7
		= 7,1
Участок 2:	Отвод 90° Dу = 32 мм	0,5
	Кран пробочный проходной Dу = 32 мм	1,5
	Тройник на поворот при делении потоков при	2,3
		= 4,3
Участок 6:	Отвод 90° Dу = 32 мм	0,5
	Кран пробочный проходной Dу = 32 мм	1,5
	Тройник на поворот при смешении потоков при	5,2
		= 7,2
Участок 1:	Вентиль запорный муфтовый Dу = 50 мм	x1 = 6,9
Участок 7:	Вентиль запорный муфтовый Dу = 50 мм	6,9
	Отвод 90° Dу = 50 мм	0,3
		= 7,2
Участок 8:	Тройник на поворот при делении потоков при и	x8 = 1,4

Рис. 5.5 Ветвь однотрубной системы отопления с нижней разводкой

Таблица 5.5