Порядок гидравлического расчета двухтрубных разветвленных водяных сетей

Расчет главной магистрали

1.Так как диаметры подающей и обратной труб на каждом участке одинаковы, то проводят определение диаметров только подающей линии. 2.Выбирают за главную магистраль последовательность участков от энергетического источника до самого удаленного потребителя. На рис. 3.17 это потребитель 1 и участки l₁ +l₅ + l₆. 3.Для всех участков главной магистрали принимают (из технико-экономических соображений) численное значение удельного линейного падения давления R_л.эк., Па/м. 4.По (3.94) определяют диаметр d_в1, м, последнего участка магистрали l₁. Используя данные табл.2.35, округляют полученное значение в сторону ближайшего стандартного диаметра d_в.1.ст, м. 5.Уточняют по (3.93) величину реального удельного линейного падения давления на участке 1 при течении потока через диаметр стандартного размера R_л.1.d. Если система закрытая, то и в обратной трубе будут такой же диаметр, расход, величины R_л1d и Δр_л1 = R_л1×l₁. 6. Используя схему на рис. 3.17 и данные табл. 3.12, определяют потери в местных сопротивлениях на подающей трубе участка 1 Δр_м1п по формуле (3.82) (один клапан ζ_к = 6; одна задвижка ζ_з = 0,5; один сальниковый компенсатор ζ_ск = 0,2; один тройник раздающий на проход ζ_тр = 1; один грязевик ζ_гр = 7) и их долю a₁=Δр_м1п/Δр_л1. 7. Вычисляют общие потери давления на участке 1 Δр_1d=R_л1dl₁(1+a₁). 8. Аналогично проводится расчет и остальных участков главной магистрали.

Рис.3.17. Схемы разветвленной тепловой сети

а – водяная двухтрубная; б – паровая однотрубная; 1–4 – потребители теплоты; – клапан; – нормальная задвижка; – компенсатор; П – то же гибкий П-образный; I – сетевой насос; II – подпиточный насос; III – водоподогреватель; IV – регулятор подпитки; V – паровой котел

Расчет ответвлений

1. Из схемы на рис.3.17 очевидно, что общие потери давления на участке ответвления 2 совпадают с общими потерями на участке главной магистрали 1, который расположен после точек присоединения ответвления. Отсюда, так как R_л2=Δр₂/l₁(1+a₂), то задаются значением а₂ и подставив Δр_1д=Δр₂, определяют R_л2=Δр_1д/l₂(1+a₂) 2. По (3.94) определяют диаметр d_в2 и округляют его в сторону ближайшего большего диаметра d_в.2.ст.б. Далее расчет ведется по изложенной выше методике расчета участка главной магистрали с целью определения R_p2o, Δр_м2п, а₂, Δр_2д.

При расчете открытых двухтрубных водяных сетей в данную методику вносят некоторые изменения:

1)Диаметры и подающей и обратной трубы участка открытой двухтрубной водяной сети выбирают по единому расчетному расходу

G_di= √[(G_o.p.i+G_в.р.i)²+(G_o.p.i+G_в.р.i)G_г.ср.i_0,5G_г.ср.i]

и округляют до одинаковых стандартных значений d_в.сг.i. Однако в реальных условиях по ним протекают расходы, отличающиеся на величину G_г.ср.i. Поэтому, начиная с пункта 6 расчета главной магистрали, возникают отличия от расчета закрытой системы теплоснабжения.

2)Уточняют по (3.93) величины удельного линейного падения давления на участке 1 раздельно для подающей

R_л1дⁿ=13,62*10^-6(G_o.p.1+G_в.р.1+G_г.ср.1)²/d_в.ст1^5,25; Δp_л1ⁿ=R_л1дⁿ*l₁;

и обратной линий

R_л1д^o=13,62*10^-6(G_o.p.1+G_в.р.1+G_г.ср.1)²/d_в.ст1^5,25; Δp_л1^o=R_л1д^o*l₁.

3)Раздельно учитывают сумму коэффициентов местных сопротивлений для подающей трубы Σζ_n

и для обратной трубы Σζ_o, а также величины потерь давления в их местных сопротивлениях:

Δp_м.1.n=0,8106Σζ_n(G_o.p.1+G_в.р.1+G_г.ср.1)²/ρd_в.ст1⁴; a¹ⁿ=Δp_м.1.n/Δp_л1ⁿ;

Δp_м.1.o=0,8106Σζ_o(G_o.p.1+G_в.р.1+G_г.ср.1)²/ρd_в.ст1⁴; a^1o=Δp_м.1.o/Δp_л1^o.

4)Общие потери давления на участке считают суммарно по подающей и обратной трубам

ΣΔp_1д=[R_л1дⁿ(1+a¹ⁿ)+R_л1д^o(1+a^1o)]l₁; и так на всех остальных участках главной магистрали.

Расчет ответвлений в открытой системе теплоснабжения

1.Задаются величиной а₂ и вычисляют удельное линейное падение давления на ответвлениях R^л2=ΣΔp_1д/2]l₂(1+a²)]. 2.Определяют одинаковые диаметры подающей и обратной трубы d^в2 участка 2 по G^д2 и R^л2, используя (3.94), и округляют каждый из них в сторону ближайшего большего стандартного d^в2.ст. Естественно, что и d^в2.ст.n=d^в2.ст.o. 3.Так как реальные расходы через подающую и обратную трубы участка различаются, то вычисляют по (3.93) величины удельного падения давления на участке 2 раздельно для подающей и обратной трубы.

Далее расчет аналогичен пунктам 7 и 8 расчета главной магистрали.

При гидравлическом расчете разветвленных паропроводов кроме исходных данных, необходимых для расчета водяных тепловых сетей, должны быть заданы дополнительно параметры пара р_и, МПа, и t_и, °С, отходящего от источника теплоты, а также величины р_i и t_i, требующиеся каждому потребителю.

Методика гидравлического расчета паропроводов совпадает с вышеизложенной методикой гидравлического расчета подающего трубопровода закрытой системы теплоснабжения и отличается от нее лишь в следующих моментах:

4.Направление главной магистрали выбирается по направлению к тому потребителю, для которого требуется наименьшая величина удельного линейного падения давления. С этой целью по направлению к каждому потребителю вычисляют значение удельного линейного падения давления R^лi=10⁶(p_и-p_i)/Σl_и-i, Па/м; где Σl_и-i– сумма длин участков сети, через которые пар поступает к i-му потребителю от источника теплоты, м. На том направлении, где R^лi будет наименьшим из всех сравниваемых R^лi, ему присваивается обозначение R^л.эк. Например, на схеме паропровода рис.3.17 в качестве главной принята l_г.м=l₆+l₇+l₄. 5.Плотность пара при движении по паропроводу существенно меняется, и для каждого участка паропровода должно вычисляться значение средней плотности пара ρ_ср.i кг/м³. С этой целью для каждого участка главной магистрали предварительно вычисляется среднее по его длине давление пара p_ср.i. Применительно к схеме однотрубного паропровода, представленного на рис. 3.17,б, это производится следующим образом:

p_ср.6=p_и-(R_л.эк*0,5l₆)10^-6; p_ср.7=p_и-(R_л.эк*(l₆+0,5l₇)10^-6;

p_ср.4=p_и-(R_л.эк*(l₆+l₇+0,5l₄)10^-6.

Затем для этих же участков предварительно вычисляют среднее значение температуры пара на участке – t_ср.i,°С:

t_ср.6=t_ср.и-δt_m.n0,5l₆; t_ср.7=t_ср.и-δt_m.n(l₆+0,5l₇); t_ср.4=t_ср.и-δt_m.n(l₆+l₇+0,5l₄);

где δt_m.n– опытное значение падения температуры перегретого пара при движении по теплоизолированному паропроводу. Обычно δt_m.n= 0,02°С/м.

При движении насыщенного пара его температура t_{ср.i s} находится по давлению. По найденным значениям p_ср.i и t_ср.i определяют среднюю плотность пара ρ_ср.i, кг/м³.

6.По данным табл.3.8 принимают величину эквивалентной шероховатости паропроводов D=0,0002 м. 7.Внеся соответствующие коррективы по значениям D и ρ_ср.i в (3.93) – (3.95), гидравлический расчет паропровода проводят по методике расчета закрытых водяных тепловых сетей.

Изложенная методика гидравлического расчета позволяет определить диаметры всех участков водяных или паровых тепловых сетей и падение давления на каждом из них, но для водяных тепловых сетей не даст ответа на вопрос: какая истинная величина давления теплоносителя будет наблюдаться в каждом конкретном сечении подающей и обратной труб? Ответ может быть получен только после построения и анализа пьезометрического графика тепловой сети.

Пьезометрический график – это график, на котором в масштабе по оси абсцисс откладываются длины участков главной магистрали и ответвлений тепловой сети, а по оси ординат наносятся: рельеф местности, по которой проложена тепловая сеть, высоты зданий, присоединенных к тепловой сети, а также величины напора теплоносителя в каждом сечении подающего и обратного теплопровода.

Методика построения пьезометрического графика излагается применительно к схеме тепловой сети, представленной на рис.3.17,а, а сам график представлен на рис.3.18.

 

Рис.3.18. Пьезометрический график

Приняв за начало координат оси ординат (отметка 0) уровень размещения источника теплоснабжения, а оси абсцисс (отметка 0) точку выхода магистрали тепловой сети, откладывают по ней последовательно длины участков главной магистрали: l₆, l₅, l₁, а из точек соответствующих ответвлений – их длины l₂, l₇, l₃ и l₄. Проводят линию рельефа местности, по которой расположен каждый участок, и в конце каждого ответвления и главной магистрали высота рельефа обозначается соответственно: z₁, z₂, z₃, z₄, м. От отметок рельефа откладывают высоты зданий в метрах, обозначенные 1Н, 2Н, 3Н, 4Н, м.

Затем приступают к построению графика давлений.

Целесообразная область давлений в обратных трубах главной магистрали и ответвлений от них определяется из соображений:

• максимальный уровень давлений (напоров) теплоносителей, движущихся через обратные трубопроводы, не должен разрушать элементы присоединенных к ним систем потребителей. При зависимом присоединении отопительных систем самым слабым элементом являются отопительные приборы, которые выдерживают напор не выше 60 м водяного столба. Следовательно, максимальный напор в обратных трубах не может быть выше 60 м;
• минимальный уровень давлений в обратной магистрали при зависимой схеме присоединения систем отопления не может быть ниже геометрической высоты здания плюс 5 м водяного столба, чтобы обеспечить циркуляцию теплоносителя через отопительные приборы верхнего этажа.
• максимальный уровень давлений в подающих трубах ограничен прочностью трубопроводов использованного сортамента. На практике это составляет 160 или 250 м водяного столба;
• минимальный уровень давления (напора) теплоносителя в подающей трубе должен обеспечивать невскипание его при самой высокой температуре τ_1.o.p. Максимальное значение используемых температур τ_1.o.p= 150°С, поэтому напор в подающей трубе не должен быть ниже 55 м водяного столба.

С учетом выделенных областей выбирают значение напора в конце обратной трубы главной магистрали в точке О_max (ниже верхнего предела и выше нижнего). Из напора в точке О_min – h_о,max, вычитают Δp_1д/ρg=Δh_1д и находят напор в обратной трубе в точке a^'- h_a^'. Соединяя их прямой, получают графики напоров на участке l₁^'. Вычтя из напора в точке a^' величину Δh₅, находят напор в обратной трубе в точке в^'- h_в^' и, соединив а^' и b^', получают график напоров на участке l₅^'. Далее, вычитая из напора в точке b^' Δh_7д, получают напоры в точке с^', а прибавляя к напору в точке b^' Δh_7д, получают напор в точке d^'. Продолжая аналогично, получают полную картину графика напоров в обратных трубах.

В закрытой системе теплоснабжения график напоров в подающей линии является зеркальным отображением графика в обратной, но в области, пределы которой ограничивают 160¸55 м вод. ст.

Как видно из рис.3.18, из-за отличия рельефа местности и различий в собственной высоте зданий не всегда обслуживаемые здания можно присоединить к сети по стандартной схеме, а именно:

а). У потребителя 1 напор в обратной линии (точка О_max) обеспечивает циркуляцию воды через верхние этажи и одновременно не разрушает отопительные приборы. Тем не менее разница напоров h _{n min} и h_{о max} менее 10 м и не обеспечивает работу элеваторов. Поэтому присоединение потребителя 1 зависимое, но с насосом смешения.

б). У потребителя 2 верхняя отметка здания вместе с отметкой рельефа z₂ больше 60 м, поэтому при нарушении циркуляции в тепловой сети гидростатический напор от этого здания может разрушить приборы нижних этажей соседних зданий. Присоединение потребителя 2 по независимой схеме предотвратит возможное разрушение приборов.

в). У потребителя 3 высота здания и геодезической отметки z₃ менее 60 метров, но выше давления в обратной линии в точке присоединения. Для нормальной циркуляции через верхние этажи здания на обратном стояке устанавливают клапан подпора.

У потребителя 4 все обеспечено, и здание присоединяется по нормальной зависимой схеме с элеватором.

Из построения линий напоров в подающей и обратной магистрали тепловой сети легко определить напоры теплоносителя на входе в источник теплоснабжения – h_с^' и на выходе из него – h_с^', однако определенная часть напора – Δh_ист – необходима для преодоления сопротивлений водоподогревателей III и внутренних трубопроводов источника. Поэтому для циркуляции теплоносителя напор, развиваемый сетевым насосом, должен составлять

ΔH_с.н=h_сh_с^'+Δh_ист.

При плановой или аварийной остановке циркуляции сетевой воды уровень напоров во всех участках тепловой сети выровняется. Во избежание опорожнения отопительных систем (если он будет очень низким) или разрушения отопительных приборов (если он будет чересчур велик) на обводной линии сетевого насоса между установленными на ней клапанами к₁ и к₂, регулируя степень их открытия, создают необходимый уровень статического напора – h_ст. Заданная величина этого напора подводится к регулятору расхода IV, который будет обеспечивать необходимый уровень подпитки тепловой сети водой от подпиточного насоса II для поддержания h_ст постоянным. При прекращении работы сетевого насоса I этот постоянный статический напор установится и будет поддерживаться во всей сети.