Гидравлический расчет внутридомового газопровода

Расчет внутридомовых газопроводов производится после выбора и размещения оборудования (газовой плиты, газового водонагревателя и газового счетчика), а также составления аксонометрической схемы газопроводов.

Расход газа на газовую плиту зависит от количества и типа конфорок и объема духового шкафа. На современных газовых плитах устанавливаются 4 конфорки (две средние, одна малая и одна большая мощностью q_г, соответственно 1,9; 0,9 и 2,7 кВт) и духовой шкаф имеющий объем V_шк = 45 дм³ с удельной тепловой мощностью q_шк = 0,09 кВт/дм³.

Мощность водонагревателей Q_вн составляет 18, 20, 23 и 25 кВт и устанавливаются они в квартирах, где нет централизованного горячего водоснабжения.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1) определяется часовая нагрузка на прибор или группу приборов, устанавливаемых в одной квартире, по формуле

, м³/ч (31)

где n_г – количество горелок малой, средней или большой мощности на плите;

2) вычисляются расчетные часовые расходы газа на всех участках по формуле

Q_{р. ч} = Q_кв n_кв k_о, м³/ч (32)

где n_кв – число квартир, обслуживаемых расчетным участком;

k_о – коэффициент одновременности, который следует принимать по [4] или таблице 13;

3) принимается диаметр участка в зависимости от его месторасположения:

подводки к приборам – 15 мм;

диаметр стояка – 15-25 мм (в зависимости от общей нагрузки на стояк);

диаметры остальных участков – такими, чтобы суммарное сопротивление внутридомовой сети не превышало 30 даПа.

4) определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений ([5, 6] или таблицам 14, 15, 16) каждого участка в отдельности;

5) по номограмме ([5] или рисунку 4) находится эквивалентная длина трубопровода l_экв того же диаметра, что и местные сопротивления со значением коэффициента x = 1;

6) измеряются фактические длины участков по масштабу l;

7) определяются расчетные длины участков по формуле

l_р = l + l_экв åz (33)

8) определяются удельные потери давления на трение R_уд в газопроводах по номограммам в зависимости от расхода и выбранного диаметра участка;

9) рассчитываются суммарные потери давления для каждого участка по формуле

∆p_уч = l_р R_уд. (34)

Таблица 13 – Коэффициенты одновременности

Число квартир	Коэффициент одновременности kо в зависимости от установки в жилых домах газового оборудования
Плита 4-конфорочная	Плита 2-конфорочная	Плита 4-конфорочная и газовый проточный водонагреватель	Плита 2-конфорочная и газовый проточный водонагреватель
			0,700	0,750
	0,650	0,840	0,560	0,640
	0,450	0,730	0,480	0,520
	0,350	0,590	0,430	0,390
	0,290	0,480	0,400	0,375
	0,280	0,410	0,392	0,360
	0,280	0,360	0,370	0,345
	0,265	0,320	0,360	0,335
	0,258	0,289	0,345	0,320
	0,254	0,263	0,340	0,315
	0,240	0,242	0,300	0,275
	0,235	0,230	0,280	0,260
	0,231	0,218	0,250	0,235
	0,227	0,213	0,230	0,205
	0,223	0,210	0,215	0,193
	0,220	0,207	0,203	0,186
	0,217	0,205	0,195	0,180
	0,214	0,204	0,192	0,175
	0,212	0,203	0,187	0,171
	0,210	0,202	0,185	0,163
	0,180	0,170	0,150	0,135
Примечания: 1. Для квартир, в которых устанавливается несколько однотипных газовых приборов, коэффициент одновременности следует принимать как для такого же числа квартир с этими газовыми приборами. 2. Значение коэффициента одновременности для емкостных водонагревателей, отопительных котлов или отопительных печей рекомендуется принимать равным 0,85 независимо от количества квартир.

Расчеты производятся для самого дальнего стояка. Диаметры остальных стояков не рассчитываются и принимаются равными диаметрам расчетного стояка. Результаты расчета сводятся в таблицу 17. Увязка отдельных стояков не производится.

Рисунок 4 – Номограмма для определения эквивалентных длин для природного газа (r = 0,73 кг/м³, n = 1,4 · 10^–6 м²/с при 0°С и 0,1013 МПа)

Таблица 14 – Коэффициенты местных сопротивлений

Вид местного сопротивления	Значение z для диаметров, мм
					50 и более
Угольник 90°	2,2	2,1		1,8	1,6	1,1
Пробочный кран
Вентиль прямой
Вентиль «Косьва»				2,5	2,5

Таблица 15 – Коэффициенты местных сопротивлений

Вид местного сопротивления	Значение z для диаметров, мм
50-100	175-200	300 и более
Задвижка	0,5	0,25	0,15

Таблица 16 – Коэффициенты местных сопротивлений

Вид местного сопротивления	Значение z
Внезапное сужение в пределах перехода на следующий диаметр по ГОСТу	0,35*
Тройник проходной	1**
Тройник поворотный (ответвление)	1,5**
Крестовина проходная	2**
Крестовина поворотная	3**
Отвод гнутый 90°	0,3
* z отнесен к участку с меньшим диаметром. ** z отнесен к участку с меньшим расходом газа.

Таблица 17 – Гидравлический расчет внутридомовой сети

Номер участка

l, м

Qкв, м3/ч

nкв

kо

Qр. ч, м3/ч

dу, мм

lэкв, м

åz

lэкв åz, м

lр, м

Rуд, Па/м

∆pуч, Па/м

Итого:

å∆pуч

Дополнительное избыточное давление

∆pизб

Потери давления на самом удаленном приборе

∆pгор

Потери давления на счетчике

∆pсч

Всего:

Во внутридомовой сети газопроводов подача газа к приборам осуществляется через стояки, и, следовательно, часть участков газопровода имеют разные геометрические отметки. В связи с тем, что природный газ легче воздуха, в стояках возникает дополнительное избыточное давление p_изб^А, величина которого пропорциональна разности плотностей воздуха и газа. Величину этого дополнительного избыточного давления можно определить по рисунку 5.

Рисунок 5 – Изменение избыточного давления в газопроводе с высотой:

1 – подземный газопровод; 2 – стояк; 3 – сопла газовых горелок приборов (условно)

В сечении А-А вблизи поверхности земли в газопроводе абсолютное давление будет p_г^А, а барометрическое давление p_б^А, в сечении Б-Б – соответственно p_г^Б и p_б^Б. Тогда в сечении А-А

p_г^А = p_б^А + p_изб^А, (35)

а в сечении Б-Б

p_г^Б = p_б^Б + p_изб^Б. (36)

С увеличением высоты давление в газопроводе и давление барометрическое уменьшаются. Это уменьшение определяется по уравнениям:

p_г^Б = p_г^А – g r_г H; (37)

p_б^Б = p_б^А – g r_в H. (38)

Избыточное давление определяется по формуле

p_изб^А = p_г^А – p_б^А; (39)

p_изб^Б = p_г^Б – p_б^Б. (40)

Подставив вместо p_г^Б и p_б^Б их выражения (37) и (38), получим:

p_изб^Б = (p_г^А – g r_г H) – (p_б^А – g r_в H) =

= (p_г^А – p_б^А) – g (r_г – ρ _в ) H = (41)

= p_изб^А – g (r_г – ρ _в ) H.

Преобразуя данное выражение, получим:

∆p_изб = p_изб^А – p_изб^Б = g (r_г – r_в) H, Па. (42)

Отсюда следует, что дополнительное давление газа с увеличением высоты возникает потому, что абсолютное давление в газопроводе падает в меньшей степени, чем барометрическое давление. При подъеме газа по стояку величина ∆p_изб будет положительной, а при опуске – отрицательной. Если газ тяжелее воздуха (пропан, бутан), то ∆p_изб будет отрицательным.

Дополнительное избыточное давление учитывается в расчетах городских и промышленных газопроводов низкого давления, при резко выраженном перепаде геодезических отметок рельефа местности, а также при расчете внутридомовых и внутрицеховых газопроводов низкого давления. В зданиях до пяти этажей гидростатическое давление можно не учитывать, так как оно незначительно.

При расчете внутридомовых газовых сетей необходимо учесть сопротивление газовой горелки ∆р_гор » 70 Па и газового счетчика (см. рис. 6, 7).

Рисунок 6 – Потери давления на счетчике газа ВК-G 2,5:

Рисунок 7 – Потери давления на счетчике газа ВК-G 4, 6, 10: