Методика гидравлического расчета

Задачей гидравлического расчета чаще всего бывает определение диаметров участков теплосети и падение давления в них. Поскольку в начале расчета неизвестен ряд требуемых величин, то задачу решают методом последовательных приближений.

Для гидравлического расчета составляют расчетную схему тепловой сети, на которую наносят источник теплоты, трассу тепловых сетей с указанием номера участка, его длину, расход теплоносителя и количество местных сопротивлений (задвижки, компенсаторы и т.п.), если они известны. Расчетный участок характеризуется неизменным расходом теплоносителя и диаметром на всем своем протяжении. Он располагается, как правило, между соседними присоединениями.

Формулы для расчета линейного падения давления в квадратичной области, диаметра и расхода теплоносителя приведены к виду, удобному для использования при расчетах на ПК.

Удельное падение давления при транспортировке жидкости, в частности воды, для которой ρ = const, Па/м

                                                                         (1)

если k _э = 0,0005 м, то А  = 13,62 ∙ 10^-6 м^3,25 кг.

Диаметр трубопровода, м

                                                                             (2)

где А = 117 ∙ 10^-3 м^0,62 / кг^0,19 при k _э = 0,0005 м.

Пропускная способность трубопровода, кг/с

                                                                                  (3)

где A  = 269 кг^0,5 /м^1,625 при k _э = 0,0005 м.

Расчет проводится в два этапа – предварительный и проверочный.

Предварительный расчет. Расчет начинают с магистральных участков и ведут от самого дальнего участка в направлении источника. Главной магистралью называется трубопровод, соединяющий источник теплоты с наиболее удаленным потребителем.

Для магистральных участков трубопроводов принимают удельное линейное падение давления R _л = 80 Па/м, считая, что давление вдоль главной магистрали падает равномерно. В ответвлениях R _л определяется по располагаемому давлению, но должно выполняться условие: R _л ≤ 300 Па/м. Рассчитывают необходимый диаметр трубопровода по номограмме или по формуле (2).

Окончательный расчет. Предварительно рассчитанный диаметр округляется до ближайшего стандартного. При принятом внутреннем диаметре определяют удельное линейное падение давления по формуле (1). Рассчитывают эквивалентную длину местных сопротивлений или долю местных потерь, а затем  полное падение давления на расчетном участке. Результаты гидравлического расчета заносятся в таблицу. Диаметры подающего и обратного трубопроводов двухтрубных водяных сетей, как правило, принимаются одинаковыми.

Диаметры распределительных трубопроводов принимают не менее 50 мм, а ответвлений – не менее 25 мм.

 

 

Пьезометрический график

    По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график. График напоров позволяет решать важнейшие вопросы при проектировании, строительстве, наладке и эксплуатации всех элементов системы теплоснабжения. К таким вопросам относятся:

1) проверка правильности выбора диаметров после гидравлического расчета тепловой сети;

2) выбор сетевых и подпиточных насосов;

3) выявление необходимости сооружения насосных станций для повышения давления в сети;

4) определение располагаемого давления на вводах у абонентов и выбор схемы присоединения потребителей;

5) определение давлений в любой точке сети при разных режимах работы и этапах развития системы теплоснабжения;

6) проверка соответствия предельных давлений прочности элементов системы теплоснабжения.

График строится для двух режимов работы системы: статического и динамического. Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах. Динамический режим характеризует давления, возникающие в сети при работающих сетевых и подпиточных насосах и при движении теплоносителя. Графики разрабатываются для основной магистрали теплосети и для протяженных ответвлений. При построении графиков используются величины давления, выраженные  в линейных единицах (м вод.ст.), поэтому график называется пьезометрическим.

Изобразим принципиальную схему тепловой сети в масштабе, для которой построим пьезометрический график.

На координатную сетку в масштабе наносят профиль поверхности земли по трассе тепловой сети от источника до последнего потребителя. Все отсчеты производят от уровня, соответствующего отметке сетевых насосов, принимаемой за геодезическую отметку нуль. От нее откладывают по вертикали профиль сети и высоты зданий. Высшее положение воды в отопительной системе совпадает с верхней отметкой здания. Условно принимаем, что ось трубопроводов и нагревательные приборы на первом этаже совпадают с отметкой земли.

По трассе отмечают начальные и конечные точки каждого участка сети согласно схеме гидравлического расчета. Точка 1 характеризует местоположение источника теплоснабжения, вернее, сетевого насоса. Точка 3 соответствует расположению последнего потребителя, высота отопительной системы которого в вертикальном масштабе равна 3Д. В точке 2 сети имеется ответвление к потребителю С, высота отопительной системы которого 4С.

Строим линию давлений в обратной магистрали.

Наносим точку О1, соответствующую давлению теплоносителя в обратном трубопроводе у источника. Точку О1 выбираем так, чтобы давление в обратном трубопроводе было достаточным для преодоления сопротивления на  всасе сетевых насосов и обеспечивало бы необходимое давление в расположенных поблизости от источника 5-9 этажных домах. Можно принять 20-30 м вод.ст. Минимальное давление в точке О1 для предупреждения кавитации в сетевом насосе 5-10 м вод.ст. (5 м вод.ст. предотвращает вскипание теплоносителя с температурой не более 110ºС).

По данным гидравлического расчета строим линию падения давления в обратной магистрали. Откладываем от точки О1 потери напора по участкам главной магистрали, начиная от источника до последнего потребителя.

Требования к линии напоров в обратной магистрали:

1) условие залива систем отопления: напор в обратной магистрали должен перекрывать верхние точки отопительных систем, присоединенных по зависимой схеме, не менее чем на 5 м.

2) Условие прочности чугунных радиаторов: линия О1-О3 не должна быть выше 60 м по условиям прочности чугунных радиаторов и других нагревательных приборов, рассчитанных на это давление. Если линия О1-О3 не удовлетворяет обоим требованиям, ее положение изменяют, поднимая или опуская ее в зависимости от рельефа, высоты зданий и т.п.

В некоторых случаях требуется сделать линию О1-О3 более пологой или более крутой, для этого надо увеличить или соответственно уменьшить диаметры трубопроводов и произвести заново гидравлический расчет.

 Наносим потери давления в тепловом пункте у последнего потребителя О3–П3. Необходимо обеспечить располагаемый перепад давлений в ИТП не менее требуемого для работы элеваторного узла (10 – 15 м),  при этом расчетные потери напора в отопительной системе не должны превышать (15 – 20) кПа или (1,5 – 2) м вод. ст.. При подключении систем отопления без элеватора располагаемый напор на вводе должен быть не менее удвоенных расчетных потерь напора в местной системе, но не менее 10 м вод. ст. Для ГТП принимается располагаемый напор   25 м, при непосредственном присоединении систем отопления   ≥ 5 м.

По данным гидравлического расчета наносим линию падения давления в подающем трубопроводе П3-П1. В закрытой системе линия падения давления в подающем трубопроводе имеет вид зеркального изображения линии О1-О3.

Проверяют соответствие  линии П3-П1 обязательным условиям:

       1) условие невскипания, т.е. линия П3-П1 должна быть выше линии, соединяющей верхние концы отрезков, которые выражают избыточные давления, предотвращающие вскипание воды в точках наивысшего положения воды в сети. Эта условная пограничная линия следует за геодезическими отметками положения воды в системе. Если температура воды в сети 150ºС, то для исключения ее вскипания давление в сети должно быть более 40 м. В связи с неравномерным нагреванием воды в отдельных трубках водогрейных котлов температура воды для определения давления, обеспечивающего невскипание, принимается на 30 ºС выше расчетной температуры сетевой воды;

         2 ) условие предельных давлений: давления в подающей линии сети не должны превышать допустимые для отдельных элементов системы;  максимальный напор в подающем трубопроводе ограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок; допустимое избыточное давление для водогрейных котлов, бойлеров, труб и арматуры тепловых сетей 160 – 250 м вод. ст.; для скоростных подогревателей типа МВН 100 м вод. ст.; для стальных конвекторов 90 м вод.ст; для калориферов 80 м вод. ст.;

    3) ни в одной из точек системы линия П3-П1 не должна быть ниже линии статического давления;

Наносим потери давления в источнике теплоты П1-К. Потери давления в пароводяных подогревателях, водогрейных котлах, приборах учета и трубопроводах источника составляют 25-40 м. В бойлерной установке котельной можно принимать 10-20 м, в зависимости от вида применяемого оборудования.

Наносим линию статического давления Н_ст. Оно устанавливается в сети, когда не работают сетевые насосы, а давление, равное статическому, поддерживается постоянно действующими подпиточными насосами. Циркуляции в сети нет, то есть давления в подающей и обратной линиях одинаковы. К линии статического давления применяются те же требования, что и к линии давления в обратном трубопроводе:

а) линия должна проходить не менее чем на 5 м выше перекрытия верхнего этажа зданий, расположенных на самой высокой отметке и присоединенных по зависимой схеме с тем, чтобы их местные системы отопления всегда были заполнены водой и в них не подсасывался воздух;

б) линия должна находиться на высоте, не превышающей 60 м над полом первого этажа зданий, расположенных в самых низких отметках района и присоединенных по зависимой схеме.

При невозможности обеспечения всего района централизованного теплоснабжения единой линией статического давления, следует предусматривать деление водяных сетей на независимые зоны, каждая из которых обеспечивает работоспособность и надежность системы своей зоны. Для зданий повышенной этажности можно использовать независимую схему присоединения отопительных установок к тепловой сети, т.к. в них создаётся статический напор, не зависящий от статического напора в тепловой сети.

Линия статического давления может пересекать линию давлений в обратном трубопроводе, но не может быть ниже точки О1.

Строим падение давления в ответвлении С. Для этого от места ответвления (точка 2) откладывают потери напора по участкам ответвления, т.е. от точек О2 и П2 откладываем потери давления на участке 2-4. Располагаемый напор абонента на ответвлении не должен быть меньше располагаемого напора у последнего абонента.

По пьезометрическому графику можно определить:

- располагаемый напор сетевых насосов ;

- напор, развиваемый подпиточными насосами в динамическом режиме: ;

- в статическом режиме:   ;

- располагаемый напор у потребителя Д: ;

- в произвольной точке сети 5: ;

- потери в подающей магистрали: ;

- потери в обратной магистрали: ;

- полные потери в тепловой сети: .