Порядок проведения гидравлического расчета

Перед проведением гидравлического расчета сеть трубопроводов необходимо разбить на расчетные участки. Расчетным участком называют отрезок трубопровода между двумя ответвлениями; на всем его протяжении диаметр трубопровода и расход теплоносителя остаются неизменными. При гидравлическом расчете трубопроводов обычно заданы расход теплоносителя и суммарное падение давления на участке. Требуется определить диаметр трубопровода.

Поскольку в начале расчета неизвестен ряд величин, требующихся для определения диаметра, постольку задачу приходится решать методом последовательных приближений.

Величину удельного линейного падения давления рекомендуется определять по технико-экономическому расчету. Допускается принимать для водяных тепловых сетей от источника теплоты до наиболее удаленного потребителя R= 80÷100 Па/м; для паровых сетей удельное линейное падение давления определяется по располагаемому перепаду давления.

После определения расходов теплоносителя и загрузки схемы тепловой сети приступают к проведению гидравлического расчета. Искомыми величинами являются диаметры трубопроводов, которые рассчитываются на суммарные зимние расходы теплоносителя. Минимальный диаметр для магистральных сетей принимается 0,040 м, для ответвлений к отдельным зданиям – 0,025 м.

Тепловые сети (водяные и паровые) снабжают теплотой многих потребителей и, как правило, выполняются разветвленными (рис. 5.4).

Гидравлический расчет состоит из двух этапов: предварительного и поверочного.

Предварительный расчет. Здесь выполняются последовательно операции:

1) выбор расчетной магистрали, т. е. направления, характеризующегося наименьшей величиной удельного падения давления;

2) определение среднего коэффициента местных потерь для расчетной магистрали по формуле (5.5);

3) определение удельного линейного падения давления.

В водяных сетях удельное падение давления либо задается в пределах, указанных выше, либо определяется при заданном падении напора DH в расчетной магистрали по формуле

, (5.7)

где – сумма длин участков расчетной магистрали, м;

r – плотность воды в трубопроводе, кг/м³.

При заданной величине удельного падения давления расчетной магистралью являются участки сети, соединяющие источник теплоты с наиболее удаленным потребителем. В паровых сетях удельное падение давления, Па/м, определяется согласно выражению

, (5.8)

где DP – падение давления в магистрали, Па;

– длины участков магистрали, м.

В предварительный расчет входит также расчет диаметров трубопроводов, который начинается с конечного участка магистрали (рис. 29). Расчету диаметров предшествует определение удельного линейного падения давления на участке по формулам (5.7) и (5.8):

для воды

;

для пара

,

где – длина расчетной магистрали, м.

Диаметры трубопроводов определяют по номограммам, построенным по формуле (5.1). Определение диаметров проводится по известным R и G.

Поверочный расчет. Он проводится в следующей последовательности.

1) округляют предварительно рассчитанный диаметр до ближайшего по сортаменту или по ГОСТ;

2) определяют удельное линейное падение давления для выбранной трубы по сортаменту, используя для этого расчетные номограммы или таблицы;

3) находят полное падение напора или давления, Па, на участке по формуле (5.6):

.

Здесь – эквивалентная длина местных сопротивлений на участке, или по формуле

.

Далее определяют напор или давление в начальной точке рассчитываемого участка при заданном напоре или давлении у конечного потребителя.

В указанной последовательности рассчитывают и все последующие участки трубопроводов. Расчет обычно оформляется в виде таблицы.

Расчет напорных конденсатопроводов проводится аналогично гидравлическому расчету водяных тепловых сетей.

Пьезометрический график

При проектировании и эксплуатации разветвленных тепловых сетей широко используется пьезометрический график, на котором в конкретном масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий и напор в сети. Этот график строится для определения величин напоров (давлений) в любой точке сети и систем потребителей теплоты с целью проверки соответствия предельных давлений прочности элементов систем теплоснабжения. По пьезометрическому графику выбираются схемы присоединений потребителей к тепловой сети и подбирается оборудование тепловых сетей (сетевые и подпиточные насосы, а также авторегуляторы давления, устанавливаемые на трубопроводах). График строится при двух режимах работы системы теплоснабжения - статическом и динамическом. Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах. Динамический режим характеризует давления, возникающие в сети и в системах теплопотребителей при работающей системе теплоснабжения и сетевых насосах, при движении теплоносителя.

На рис. 30 приведены принципиальная схема и пьезометрический график двухтрубной водяной системы теплоснабжения. За горизонтальную плоскость отсчета напоров принят уровень I-I, имеющий горизонтальную отметку 0. Условно принимают, что ось трубопроводов и геодезические отметки установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадают с отметкой земли. Высшее положение воды в отопительной системе совпадает с верхней отметкой здания.

График строят по двум осям - вертикальной и горизонтальной. На вертикальной оси откладывают напоры в любой точке сети, напоры насосов, профиль сети и высоты отопительных систем в метрах. На горизонтальной оси нанесены длины отдельных участков сети, показано взаимное расположение по горизонтали характерных потребителей теплоты.

H_п1, H_п4 - график напоров подающей линии сети; H_о1, H_о4 - график напоров обратной линии сети; H_о1 - полный напор в обратном коллекторе источника теплоснабжения; H_н - напор, развиваемый сетевым насосом I; H_ст - полный статический напор тепловой сети; H_к - полный напор в точке К на нагнетательном патрубке насоса; dH_т - потеря напора сетевой воды в теплоподготовительной установке III; H_п1 = H_к-dH_т - полный напор в подающем коллекторе источника теплоснабжения; H₁ = H_п1-H_о1 - располагаемый напор сетевой воды на коллекторах ТЭЦ

Рисунок 30. Схема и пьезометрический график двухтрубной тепловой сети:

Напор в любой точке тепловой сети, например в точке 3, обозначается следующим образом: H_п3 - полный напор в точке 3 подающей линии сети; H_о3 - полный напор в точке 3 обратной линии сети.

Если геодезическая высота оси трубопровода над плоскостью отсчета в этой точке сети равна Z₃, то пьезометрический напор в точке 3 подающей линии равен H_п3 - Z₃, a пьезометрический напор в обратной линии - H_о3 - Z₃. Располагаемый напор в точке 3 тепловой сети равен разности пьезометрических напоров подающей и обратной линий тепловой сети или, что одно и то же, разности полных напоров H₃ = H_п3 = H_о3.

Потеря напора в подающей линии тепловой сети на участке между источником теплоснабжения и абонентом Д составляет:

.

Потеря напора в обратной линии на этом участке тепловой сети:

.

При работе сетевого насоса I (см. рис. 30, а) напор H_ст, развиваемый подпиточным насосом II, дросселируется регулятором давления IV до H_о1.

При останове сетевого насоса I в тепловой сети устанавливается статический напор H_ст, развиваемый подпиточным насосом.

В ходе выполнения гидравлического расчета паровых сетей профиль паропровода можно не учитывать вследствие малой плотности пара. Падение давления на участке паропровода принимается равным разности давлений в концевых точках участка. Правильное определение потери напора, или падения давления в трубопроводах, имеет первостепенное значение для выбора их диаметров и организации надежного гидравлического режима сети.

Основные требования к режиму давлений водяных тепловых сетей из условия надежности работы системы теплоснабжения сводятся к следующему:

1) непревышение допустимых давлений в оборудовании источника, тепловой сети и абонентских установок. Допустимое избыточное (сверх атмосферного) давление в стальных трубопроводах и арматуре тепловых сетей зависит от применяемого сортамента труб и в большинстве случаев составляет 1,6¸2,5 МПа;

2) обеспечение избыточного давления во всех элементах системы теплоснабжения для предупреждения кавитации насосов (сетевых, подпиточных, смесительных) и защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Невыполнение этого требования приводит к коррозии оборудования и нарушению циркуляции воды. В качестве минимального значения избыточного давления принимают 0,05 МПа (5 м вод. ст.);

3) обеспечение невскипания сетевой воды при гидродинамическом режиме системы теплоснабжения, т.е. при циркуляции воды в системе. Для этого во всех точках системы теплоснабжения должно поддерживаться давление, превышающее давление насыщенного водяного пара при максимальной температуре сетевой воды в системе.

Пьезометрические графики для однотрубных сетей теплоснабжения, конденсатопроводов и сетей горячего водоснабжения строятся по правилам, изложенным для двухтрубных сетей.

На рис. 31, а показаны пьезометрический график и схема сети горячего водоснабжения. По этой сети вода подается от станции к абонентам. Пьезометрический график имеет уклон в сторону движения воды. На рис. 31, а использованы следующие обозначения: H₁ - пьезометрический напор на станции; H₂ и H₃ - пьезометрические напоры в точках 2 и 3 сети; H₄ - H₆ - пьезометрические напоры на абонентских вводах.

Пьезометрические напоры на абонентских вводах должны превышать высоту абонентских установок горячего водоснабжения.

На рис. 5.6, б показаны пьезометрический график и схема конденсатной сети. По этой сети конденсат откачивается от абонентов на станцию. Пьезометрический график имеет уклон по направлению от абонентов к станции. На рис. 31, б: H₁ - пьезометрический напор в конденсатопроводе на станции; H₂ и H₃ - пьезометрические напоры в точках 2 и 3 конденсатной линии; H₄ - H₆ - пьезометрические напоры в конденсатной линии у абонентов. Напоры H₄ - H₆ создаются с помощью конденсатных баков или конденсатных насосов.