Тема 15. Гидравлический расчет кольцевых тепловых сетей

 

Тепловые сети современных крупных городов образуют многокольцевые систе­мы. Расчет потокораспределения в таких системах — задача сложная, решаемая с по­мощью электронно-вычислительной техни­ки или методами физического моделирова­ния Принцип расчета потокораспределения в многокольцевых сетях основан на уравне­ниях Кирхгофа. В зависимости от оснащен­ности системы теплоснабжения авторегуля­торами на практике встречаются два раз­личных условия расчета.

1. При наличии на групповых или мест­ных подстанциях регуляторов расхода сете­вой воды расчет заключается в определении расходов воды по отдельным участкам ма­гистральной кольцевой сети по заданным сопротивлениям этих участков sK и задан­ным расходам воды К у абонентов. При отсутствии на групповых или ме­стных подстанциях регуляторов расхода расчет заключается в определении расхода
сетевой воды в системе теплоснабжения и его распределения по участкам кольцевой сети по заданному перепаду давлений Δp0 или располагаемому напору Но в узле 0 подвода сетевой воды к кольцевой сети и его распределению по участкам сети.

 

Рис. Схема однокольцевой сети

На рис. показана схема сети, состоя­щей из одного кольца.

Вода поступает со станции в узел 0 и распределяется по участкам /— IV магистра­ли между абонентами 1,2 и 3. Расходы воды V1, V2 и V3 у абонентов заданы и поддержи­ваются постоянными с помощью регулято­ров расхода. Суммарный расход воды V = V1 + V2 + V3. Требуется рассчитать рас­пределение расходов воды по участкам ма­гистрали.

Условимся: а) приток воды в узел счи­тать положительным, а сток воды из узла — отрицательным; б) потерю напора потока, протекающего в контуре по часовой стрел­ке, считать положительной, а потока, проте­кающего в контуре против часовой стрелки, — отрицательной. При вышеуказанных ус­ловиях можно следующим образом сфор­мулировать уравнения Кирхгофа в приме­нении к тепловой сети.

Первое уравнение Кирхгофа. Алгеб­раическая сумма расходов воды в любом уз­ле равна нулю:

Второе уравнение Кирхгофа. Алгеб­раическая сумма потерь напора для любого замкнутого контура равна нулю:

 

Зададимся произвольным распределени­ем расходов воды по участкам, удовлетво­ряющим первому уравнению Кирхгофа,

(индекс римскими цифрами обозначает рас­ход на участке магистрали, арабскими — на ответвлениях к абоненту).

По второму уравнению Кирхгофа опре­делим невязку потерь напора (перепада дав­ления) в кольце

I-II-III-IV

 

где s1, s2, s3I, s4 — сопротивления соот­ветствующих участков магистрали тепло­вой сети.

Положительная невязка показывает, что перегружены участки, в которых расход на­правлен по часовой стрелке, и недогружены участки, в которых расход направлен про­тив часовой стрелки.

В данном случае применительно к рис. положительная невязка потерь на­пора (перепада давлений), т.е. δр > О, озна­чает, что Δ pI+ Δ pII,+ Δ pIII> Δ pIV или

Δ HI+ Δ HII,+ Δ HIII> Δ HIV (Δ pI, Δ pII,, Δ pIII, Δ pIV — потери давления, а Δ HI, Δ HII,, Δ HIII, Δ HIV — падение напора на участках /— IV магистральной кольцевой сети).

При указанных условиях пьезометриче­ский график магистральной кольцевой сети имеет вид, показанный на рис. штрихо­вой линией.

Как видно из рис., располагаемый напор в узле 3 кольцевой сети в потоке, движущемся по часовой стрелке, т.е.в положительном потоке, H 3+= H0- Δ H1- Δ H2- Δ H3

Рис. Пьезометрический график кольцевой сети

 

Для того чтобы в точке водораздела рас­полагаемые напоры в положительном и от­рицательном потоках совпали, необходимо снизить в положительном потоке расход во­ды на какую-то величину 5V, называемую увязочным расходом, и прибавить на такую же величину 5 V расход воды в отрицатель­ном потоке.

Решая это уравнение и пренебрегая чле­нами, содержащими δV2 как относительно малыми, получаем

Увязочный (поправочный) расход может быть определен по уравнению (6.47), если принять в нем Ър = 0 и ввести значение увя­зочного расхода в правую часть уравнения. В этом случае уравнение принимает вид

 

 

 

где ΣsV = s1 V1 + sII VII + sIII VIII + sIV VIV; ΣsV — всегда величина положительная, по­этому знак δV всегда равен знаку δр.

Определив значение δр, уточняют рас­ходы на участках и вновь проводят прове­рочный расчет. Обычно вполне удовлетво­рительные результаты получаются после второй поправки.

После введения поправки пьезометриче­ский график кольцевой сети принимает вид, показанный на рис. сплошной линией. При большом значении увязочного расхода δVможет измениться и предварительно принятая точка водораздела. Так, если в рассмотренном примере δV > VIII, то точка водораздела может переместиться из узла 3 в узел 2.

 

Расчет потокораспределения в много­кольцевых сетях с регуляторами расхо­да. На рис. показана схема трехкольце вой водяной сети, состоящей из магистра­лей I-II-III и IV-V-VI, питаемых от общего коллектора 0-0. Сопротивление коллектора можно принять равным нулю (s0 = 0), так как он выполняется обычно из труб боль­шого диаметра и имеет малую длину.

 

Рис. Схема трехкольцевои сети

 

В узлах 1— 6 от тепловой сети отходят ответвления с заданными расходами воды V 1— V6, поддерживаемыми постоянными с помощью регуляторов расхода, устанавли­ваемых на ГТП или МТП. Узлы 1 и 4, 2 и 5, 3 и б соединены между собой перемычка­ми VII — IX, образующими совместно с ма­гистральными участками сети три кольца: 0-I-VII-IV; VII-II-VIII-V; VIII-III-IX-VI. Зада­ны сопротивления всех участков магистра­ли sI —sVI и перемычек sVII-sIX. Требует­ся рассчитать потокораспределение в теп­ловой сети. Расчет проводят следующим образом:

1) распределяют предварительно расхо­ды воды по участкам каждого кольца на ос­нове первого уравнения Кирхгофа;

2) последовательно от первого кольца(ближайшего к станции) до последнего
уточняют расходы воды на основе второгоу равнения.
Уточнение выполняется, как правило, несколько раз методом постепенного при­ближения.

Расчет считается законченным, когда предварительно принятые расходы воды на участках сети отличаются от полученных при окончательном расчете на значение, равное или меньшее допустимой ошибки, в качестве которой обычно принимают 3— 5 наименьшего из заданных расходов в ответвлениях от магистрали тепловой се­ти. Для расчета потокораспределения в многокольцевых сетях широко используют ЭВМ, благодаря чему существенно сокра­щается время и повышается точность расче­та.

Расчет потокораспределения в сети, пи­таемой от нескольких источников. В крупных городах тепловые сети иногда питаются тепло­той от нескольких ТЭЦ, работающих параллель­но. В магистральных линиях таких сетей возни­кают точки водораздела, представляющие собой точки встречи потоков воды, поступающих в се­ти от разных станций. Положением этих точек водораздела определяется распределение расхо­дов воды, а следовательно, и распределение теп­ловой нагрузки между отдельными ТЭЦ.

Положение точки водораздела зависит от со­противления тепловой сети, распределения на­грузки вдоль магистрали сети, а также от распо­лагаемых напоров на коллекторах параллельно работающих ТЭЦ.

Соответствующим регулированием распола­гаемых напоров на коллекторах ТЭЦ можно пе­ремещать точку водораздела вдоль тепловой се­ти и таким образом получать требуемое распре­деление тепловой нагрузки, удовлетворяющее условиям экономичности работы или распола­гаемой тепловой мощности отдельных ТЭЦ. Суммарный расход воды в таких сетях является, как правило, заданным. Этот расход определяет­ся значением и видом тепловой нагрузки абонен­тов и поддерживается на требуемом уровне с по­мощью авторегуляторов, установленных на ГТП и на МТП или абонентских вводах. При переме­щении точки водораздела изменяется только распределение расхода воды между станциями.