Гидравлический расчет тепловых сетей.

Гидравлический расчет – один из важнейших разделов проектирования тепловой сети. При выполнении гидравлического расчета определяются диаметры трубопроводов, перепады давлений по длине трубопроводов, давление в любой точке трубопровода, разности давлений и напоры у каждого потребителя, производится увязка потерь давления в сети и в абонентских установках.

Результаты гидравлического расчета позволяют определить:

- возможный радиус передачи теплоты;

- капитальные вложения на сооружение тепловой сети (расход металла и основной объем работ по сооружению тепловой сети);

Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрического графика, на основании которого определяют:

- характеристики сетевых и подпиточных насосов;

- пределы колебаний давлений в трубопроводе в увязке с предельными давлениями для оборудования;

- схемы присоединения потребителя теплоты;

- требования к оборудованию на ТЭЦ, в тепловой сети и у потребителя;

- параметры работы автоматических регуляторов для тепловой сети и потребителей;

- режимы эксплуатации сети.

     

Может производиться поверочный гидравлический расчет для действующей тепловой сети, когда по известным диаметрам при заданных напорах определяется пропускная способность сети, или по известным расходам и диаметрам, уточняют потери давления в сети.

    Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указано размещение источника теплоты и потребителей, а также расчетные нагрузки.

В гидравлическом расчете используется понятие полного напора, м:

,

где Z – геометрическая высота;

     - высота, соответствующая скоростному напору;

     - пьезометрическая высота (напор).

Скоростной напор потока в гидравлическом расчете обычно не учитывают, т.к. он мал и незначительно изменяется по длине. Обычно принимают полный напор равным сумме геометрической высоты положения оси трубопровода над плоскостью отсчета Z и пьезометрического напора H _n. Под пьезометрическим напором понимается давление в трубопроводе, выраженное в линейных единицах столба той жидкости, которая передается по трубопроводу. Он равен разности между полным напором и геометрической высотой оси трубопровода над плоскостью отсчета.

Располагаемый напор определяет падение давления в сети или разность напоров.

,

    где ∆ Р – падение давления или разность давлений в сети, Па.

Падение давления в трубопроводе может быть представлено как сумма двух слагаемых: линейного падения давления  и потерь давления в местных сопротивлениях:

,

где R _л – удельное линейное падение давления, т.е. падение давления на единицу длины трубопровода за счет сил трения, Па/м.

Исходной зависимостью для определения R _л является уравнение Вейсбаха-Д’Арси:

,

где λ – коэффициент гидравлического трения (безразмерная величина);

    d – внутренний диаметр трубопровода, м.

Коэффициент гидравлического трения λ зависит от шероховатости стенки трубы и формы движения жидкости (режима течения).

Абсолютная шероховатость определяется величиной выступов отложений коррозии и накипи труб, и она изменяется от 0,2 до 2÷3 мм. Относительная шероховатость есть отношение абсолютной шероховатости к радиусу трубы.

Эквивалентная относительная шероховатость – это искусственная относительная равномерная шероховатость, коэффициент гидравлического трения которой такой же как и в реальном трубопроводе.

Коэффициент гидравлического трения с учетом эквивалентной шероховатости стальных труб хорошо описывается универсальным уравнением  А.Д. Альтшуля:

,

где k _э – эквивалентная шероховатость.

При k _э = 0 уравнение Альтшуля переходит в уравнение Блазиуса:

.

При Re→∞ формула Альтшуля переходит в формулу Шифринсона:

.

    С увеличением числа Рейнольдса значение второго слагаемого в формуле Альтшуля резко снижается, поэтому при больших числах Re расхождение по этим формулам получается незначительным. Принимая допустимое расхождение в коэффициенте гидравлического трения по формулам Альтшуля и Шифринсона равным 3%, получим предельное число Рейнольдса Re _пр:

.

Если , то λопределяется по формуле Шифринсона, в этом случае имеет место квадратичная зависимость падения давления в трубопроводе от расхода.

Если , то λопределяется по формуле Альтшуля..

Из Re _пр можно определить предельную скорость, при которой наступает область квадратичного закона:

.

При температуре теплоносителя 70 ºС предельная скорость равна w _np = 0,46 м/с.

        

 

    Местное падение давления. Падение давления в местных сопротивлениях – это потери в арматуре, коленах, переходах диаметров, компенсаторах. При наличии на участке трубопровода ряда местных сопротивлений суммарное падение давления во всех местных сопротивлениях определяется по формуле, Па

где  - сумма коэффициентов местных сопротивлений, находящихся на расчетном участке.

Но ∆Р _м принято определять не через коэффициенты местных сопротивлений, а через эквивалентную длину местных сопротивлений, которая представляет собой трубопровод диаметра d такой длины, на которой линейное падение давления равно потере давления в местных сопротивлениях. Тогда местное падение давления может быть найдено из равенства

откуда эквивалентная длина местных сопротивлений, м

.

    Отношение падения давления в местных сопротивлениях трубопровода к линейному падению в этом трубопроводе представляет собой долю местных потерь. Доля местных потерь α равна отношению эквивалентной длины местных сопротивлений к длине трубопровода

.

    Суммарное падение давления можно записать

 

,

или

Для предварительных расчетов долю местных потерь α принимают приближенно по формуле Шифринсона:

,

где G – расход теплоносителя, кг/с;

       Z – опытный коэффициент; для воды Z = 0,019 – 0,05.