Принципи розрахунку внутрішніх та дворових газопроводів.

Розрахунок газопроводів виконують методом питомих втрат тиску на тертя. Перепад тиску в дворовій і внутрішній мережі приймається рівним 600 Па з урахуванням опору газового приладу (ПГ- 4) – 60 Па і газового лічильника – 200 Па.

Відмінною особливістю гідравлічного розрахунку внутрішньо-будинкових газопроводів є те, що при визначенні втрат тиску у вертикальних ділянках (стояках) необхідно враховувати гідростатичний тиск в газопроводі:

ΔΡ_г = h·g·(ρ_п – ρ_к), Па,

де h – різниця геометричних відміток в кінці і на початку газопроводу, м;

ρ_п, ρ_к – густина навколишнього повітря і природного газу відповідно, кг/м³;

g – прискорення вільного падіння, м/с².

При визначенні втрат тиску на ділянці за формулою

ΔΡ_з = ΔΡ_л + ΔΡ_м +(−)ΔΡ_г, Па

Для природного газу, який легше повітря, при його русі по газопроводу вгору значення ΔΡ_г необхідно приймати зі знаком “мінус”, а при русі вниз – зі знаком “плюс”.

Розрахункові втрати тиску на ділянках внутрішніх газопроводів з урахуванням втрат тиску на місцевих опорах можна визначити за формулою:

ΔΡ_л + ΔΡ_м = l_г∙r + l_e∙Σξ

Тільки для житлових будинків допускається втрати тиску на місцевих опорах враховувати у вигляді надбавок до втрат тиску на гідравлічне тертя ΔΡ_м = α ΔΡ_л, де α – коефіцієнт надбавок.

Після нескладних перетворень формула для визначення втрат тиску на ділянці газопроводу прийме такий вигляд:

ΔΡ_з = (1+α/100)·l_г· r, Па.

Добуток (1+α/100)·l_г = l_p називають розрахунковою довжиною ділянки.

Розрахункові витрати газу на ділянках визначають як суму номінальних витрат газу всіма приладами з урахуванням коефіцієнту одночасності їх дії за формулою:

V_i = 3,6·K_sim ∕ Q_р^н ∙∑(Q_i ∕ η_i), м³/год,

де K_sim – коефіцієнт одночасності;

Q_i – номінальна теплова потужність і-того приладу, кВт;

η_i – ККД і-того приладу;

Q_р^н – нижча теплота спалювання газу, МДж/м³.

Гідравлічний розрахунок газопроводів розпочинають з точки підключення дворового газопроводу до вуличної мережі низького тиску. Кінцева точка розрахунку – газовий прилад верхнього приладу найбільш віддаленого стояка.

 

 

Розрахунок внутрішніх та дворових газопроводів.

Визначення витрат газу.

Номінальна витрата газу 4-пальниковою газовою плитою ПГ- 4 становить:

V = 3,6·Q_ном ∕ Q_р^н = 3,6∙10,5 ∕ 34 = 1,11 м³/год.

Для ділянок газопроводу, які постачають газ для N квартир визначається з урахуванням коефіцієнту одночасності K_sim.

 

Гідравлічний розрахунок газопроводів.

Гідравлічний розрахунок починають з точки підключення дворового газопроводу до вуличної мережі низького тиску. Кінцева точка розрахунку – газовий прилад (ПГ- 4) сьомого поверху найбільш віддаленого газового стояка.

Загальний перепад тиску в системі становить ΔΡ_р = 600 Па. Гідравлічний опір газової плити дорівнює ΔΡ₁ = 60 Па, а газового лічильника G1,6 – ΔΡ₂ = 200 Па. Тоді розрахунковий перепад тиску буде складати:

ΔΡ_L = ΔΡ_р – ΔΡ₁ – ΔΡ₂ = 600 – 60 – 200 = 340 Па.

Розрахункова довжина ділянок мережі визначається з урахуванням надбавок на місцеві опори. Результати розрахунку наведені в таблиці 11.

Таблиця 11

Гідравлічний розрахунок дворових і внутрішньобудинкових газопроводів

№ ділян.	ΣVном, м^3/год	Nкв, шт.	Кsim	ΣVp, м^3/год	Lг , м	α,%	Lр , м	dy, мм	R, Па/м	ΔΡ, Па
1-2	194,25		0,203	39,43					1,2	39,9
2-3	116,55		0,210	24,48					2,5	137,5
3-4	38,85		0,229	8,90			71,5		0,9	64,4
4-5	31,08		0,232	7,21					1,5	30,0
5-6	23,31		0,235	5,48			28,8		0,5	14,4
6-7	15,51		0,243	3,78			17,5		1,6	28,0
7-8	7,77		0,280	2,18			46,3		1,35	62,5
8-9	6,66		0,280	1,86	2,8		3,4		1,3	4,4
9-10	5,55		0,29	1,61	2,8		3,4		0,8	2,7
10-11	4,44		0,35	1,55	2,8		3,4		0,75	2,6
11-12	3,33		0,45	1,50	2,8		3,4		0,75	2,6
12-13	2,22		0,65	1,44	2,8		3,4		0,7	2,4
13-14	1,11		1,00	1,11	3,4		4,1		1,8	6,1
							Σ 293,2			Σ 397,5

 

Гідростатичний тиск для вертикальних ділянок (стояка) складає:

ΔΡ_г = 16,8·9,81·(1,21 – 0,73) = 79,1 Па.

Загальні втрати тиску у дворових і внутрішньобудинкових газопроводах становлять:

ΣΔΡ = 397,5 + 60 + 200 – 79,1 = 578,4 < 600 Па

Як видно, фактичні сумарні втрати тиску не перевищують рекомендованого перепаду для дворової і внутрішньобудинкової мережі. Манометричний тиск газу перед пальниками газових приладів буде таким:

Р_п = 1800 – 578,4 = 1221,6 > 1200 Па.

На основі розрахунків складаємо специфікацію труб та обладнання для системи газопостачання житлового будинку.

 

 

Розрахунок димових каналів.

Вихідні дані.

Необхідно запроектувати димохід для відведення продуктів спалювання від проточного газового водонагрівача ВПГ-18. Температура продуктів спалювання після тягоперервника t_п.c.=110 °С. Найбільш несприятливі умови для відведення продуктів спалювання - теплий період року при температурі повітря t_п=20 °С і значенні коефіцієнту надлишку повітря α=2,8. При роботі в цьому режимі передбачається пониження тиску газу перед пальником до мінімально допустимої величини за умови стабільної роботи. Для атмосферних пальників допускається знижувати перед ними тиск в два рази, порівняно з розрахунковим значенням. Тоді, тут Р_min = 0,5·1400=700 Па.

Теоретично необхідна кількість повітря для спалювання 1 м³ природного газу Q_p=34 МДж/м³ становить згідно проведених раніше розрахунків L_o=9,2 м³/м³.

Димовідвідний тракт складається з приєднувальної металевої труби діаметром d=130 мм і каналу, який проходить спочатку у внутрішній цегляній стіні, а потім - на горищі. Металева приєднувальна труба має довжину горизонтальної ділянки l₁= 2,7 м, вертикальної l₂=0,3 м і три повороти під КУТОМ 90º. Висота димоходу У внутрішній стіні до горища становить l₃=5 м, на горищі l₄=4 м. Товщина стінки каналу дорівнює 0,5 цеглини.

 

Визначення об'єму продуктів спалювання.

При зниженому тиску газу перед пальником Р_min=700 Па швидкість виходу газу із сопла буде дорівнювати:

W_min = 0,8·(2·700/0,73)^0,5 = 35 м/с,

Для цих умов витрата газу через два ежектори при діаметрі сопла d₁=3,1·10^-3 м складає:

V _г.min = 2·З600·0,785·d₁²·W_min = 2·3600·0,785·(3,1·10^-3)²·35 = 1,9 м^З/год.

Об'єм продуктів спалювання:

V_n.c=1,9·(1+2,8·9,2) = 50,8 мЗ/год.

При умові, що тиск газу буде дорівнювати номінальному Р =1400 Пa, витрата газу дорівнює V_г =2,76 м^З/год., а об'єм продуктів спалювання:

V = 2,76(1+2,8·9,2 = 73,9 м³/год.

 

Визначення поперечних перерізів димових каналів і швидкостей

Димових газів.

Поперечні перерізи димових каналів визначають, виходячи з прийнятої швидкості продуктів спалювання ω = l,5...2,0 м/с при номінальній витраті газу або максимальному об'ємі продуктів спалювання, тобто V_п.с = 73,9 м³/год.

F_д = V_п.с./(3600·ω) = 79,3/(3600·1,5) = 0,0137 м².

Канал у цегельній стіні розміром 140х140 мм має площу поперечного перерізу F = 0,0196 м², що більше необхідного значення.

Тоді для прийнятої конструкції каналу в цегельній стіні швидкість димових газів дорівнює:

а) при номінальному тиску газу: (V_п.с = 73,9 м³/год)

ω_ном = 73,9/(3600·0,0196) = 1,05 м/с,

б) при зниженому тиску газу (V_п.с = 50,8 м³/год)

ω_зн = 0,72 м/с.

Швидкість продуктів згоряння в приєднувальній трубі при зниженому тиску газу:

ω₁ = 50.8/(3600·0,785·0,132) = 1,06 м/с

 

Визначення температури димових газів на виході в атмосферу.

Згідно завдання температура продуктів спалювання на виході водонагрівача дорівнює t_o =110 ºC, а температура навколишнього повітря t_п=20 ºС.

Величина охолодження димових газів під час їх руху по димовідвідному тракту знаходиться по формулі.

Згідно додатку 12 середні значення коефіцієнтів теплопередачі, Вт/м² ·ºС, становлять:

а) для приєднувальної металевої не утепленої труби - k₁=4,05;

б) для димоходу у внутрішній цегляній стіні з товщиною стінки 0,5 цеглини – k₂=2,44;

в) для димоходу у зовнішній цегляній стіні з товщиною стінки 0,5 цеглини –k₃=3,31.

Внутрішня площа, м², поверхні розрахункової ділянки димоходу дорівнює відповідно:

а) F_дl = π·d(L₁ + L₂) = 3, 14·0,13(2,7 + 0,3) = 1,2246;

б) F_д2 = 2L₃(а_l + а₂) = 2·5(0,14 + 0,14) = 2,8;

в) F_д3 = 2L₄(а₁ + а₂) = 2·4(0, 14+ 0, 14) = 2,24.

Охолодження димових газів у металевій приєднувальній трубі

Δt₁ = (110 – 20) ∕ (0,384∙50,8/(4,05∙1,2246) + 0,5) = 20,3ºC.

Температура продуктів спалювання на вході в канал у цегляній стіні

t₁ = t₀ – Δt₁ = 110 - 20,3=89,7ºC.

Середня температура димових газів на ділянці приєднувальної труби

t_п.с. = (110 - 20,3/2) = 99,85ºC.

Охолодження димових газів у внутрішньому димоході

Δt₂ = (89,7 – 20) ∕ (0,384∙50,8/(2,44∙2,8) + 0,5) = 20,8ºC.

Температура продуктів спалювання в кінці внутрішнього димоходу

t₂ = t₁ - Δt₂ = 89,7 - 20,8 = 68,9 ºC.

Середня температура димових газів на ділянці внутрішнього димоходу

t_п.с = (89,7 - 20,8/2) = 79,3ºC.

Охолодження продуктів спалювання у зовнішньому димоході

Δt₃ = (68,9 – 20) ∕ (0,384∙50,8/(3,31∙2,24) + 0,5) = 15,6 ºC.

Температура продуктів спалювання на виході з димової труби в атмосферу дорівнює:

t₃ = t₂ - Δt₃ = 68,9 - 15,6 = 53,3ºC.

Середня температура димових газів у зовнішньому димоході

t_п.cep. = (68,9 - 15,6/2) = 61,1ºC.

 

Визначення величини тяги.

Тягу визначаємо як суму тяги в кожній вертикальній дільниці димоходу

ΔΡ_TΣ = ΣΔΡ_T.i..

Величина тяги, що утворюється вертикальними ділянками димоходу складає:

· для дільниці від газового приладу до входу в стіну

ΔΡ_T = 0,0345·0,3(1/(273+20) – 1/(273+99,85))·101300 = 0,77 Па

· для внутрішнього димоходу

ΔΡ_T = 0,0345·4(1/(273+20) – 1/(273+79,3))·101300 = 8,03 Па

· для зовнішнього димоходу

ΔΡ_T = 0,0345·5(1/(273+20) – 1/(273+61,1))·101300 = 7,34 Па

Загальна тяга в димоході:

ΔΡ_ΤΣ = 0,77+8,03+7,34=16,14 Па.

 

Визначення втрат тиску.

а) Втрати тиску на тертя

Втрати тиску на тертя знаходять по формулі, згідно додатку 12 коефіцієнт гідравлічного тертя для оксидних металевих труб λ = 0,04. Густина продуктів спалювання прийнята рівною ρ_п.с. =1,3 кг/м³.

Втрати тиску складуть:

· в димовідвідній трубі

ΔP₁ = (0,04·3/0,13)·(1,06²/2)·1,3·(273 + 99,85)/273 = 0,92 Па

· у внутрішньому каналі

ΔP = (0,04·4/0,14)·(0,72²/2)·1,3·(273 + 79,3)/273 = 0,5 Па

· у зовнішньому каналі

ΔP = (0,04·5/0,14)·(0,72²/2)·1,3·(273 + 61,1)/273 = 0,59 Па.

Загальні втрати тиску на гідравлічне тертя становлять

ΣΔΡ_ΤΡ = ΔР₁ + ΔР₂ + ΔР₃ = 0,92 + 0,5 + 0,59 = 2,01 Па.

 

б) Втрати тиску в місцевих опорах

Втрати тиску в місцевих опорах знаходять по формулі. Значення коефіцієнтів місцевих опорів приймають по даним додатку 12.

Для приєднувальної металевої труби місцевими опорами є:

1) вхід в приєднувальну трубу - ξ₁ = 0,5;

2) три повороти під кутом 90º - ξ₂ = 3·0,9 = 2,7;

3) вхід в цегляний канал з поворотом під кутом 90º - ξ₃ = 1,2.

Сума складає Σξ = 0,5 + 2,7 + 1,2 = 4,4.

Для цегляної труби місцевим опором є вихід з димоходу - ξ₄ = 1,5.

Втрата тиску в приєднувальній трубі:

ΔР₄ = 4,4·(1,06²/2)·1,3·(273 + 99,85)/273 = 4,39 Па.

Те ж, в цегляному каналі (внутрішньому і зовнішньому):

ΔР₅ = 1,5·(0,72²/2)·1,3·(273 + 71,5)/273 = 0,64 Па.

Загальні втрати тиску в місцевих опорах складуть:

ΣΔΡ_м = ΔР₄ + ΔР₅ = 4,39 + 0,64 = 5,03 Па.

Сумарні втрати тиску в димовому каналі

ΣΔΡ_заг = ΣΔΡ_ΤΡ + ΣΔΡ_М = 2,01 + 5,03 = 7,04 Па.