Розрахунок втрат тиску теплоносія

Визначення діаметрів трубопроводів.

Розрахунковою ділянкою розгалуженої мережі прийнято називати трубопровід, у якому витрата теплоносія не змінюється. Розрахункова ділянка розташовується, як правило, між сусідніми відгалуженнями.

Іноді розрахункова ділянка приходиться поділяти на два або трохи, якщо в його межах потрібно змінити діаметри труб, У першу чергу гідравлічний розрахунок ведуть по ділянках з найбільш вилученим абонентом. У парових теплових мережах, коли необхідне тиск пари в абонентів по-різному, неминуче приходиться спочатку розраховувати ті трубопроводи, що з'єднують джерело тепла з абонентом, що вимагає максимальний тиск пари.

Нехай число ділянок уздовж головної магістралі дорівнює n, розрахункові витрати теплоносія G₁, G₂, G₃,…... G_n, а розташовуваний перепад тисків у всій мережі Р_с (мал.4.1).

 

Рис.4.1. Розрахункова схема теплової мережі

 

Тоді для кожної ділянки мережі можна записати:

 

……………………………………………

 

Таким чином, для визначення діаметрів труб можна записати (n, +I) рівнянь при числі невідомих 2n (невідомі . Для однозначного рішення даної системи рівнянь варто задатися оптимальним законом розподілу тисків по головній магістралі.

Методика визначення економічного розподілу тиску в теплових мережах приводиться в /1,2/. Звичайно приймають, що тиск уздовж головної магістралі падає рівномірно, тобто

тоді

відкіля

(10)

 

По величині середньої питомої утрати тиску і відомих витрат теплоносія можна визначити такі діаметри труб, при яких розташовуваний циркуляційний тиск Р_с буде досить повно використано.

У попередніх розрахунках, коли не відомі діаметри труб, частка втрат тиску в місцевих опорах може бути орієнтовно визначена по формулі Б.Л.Шифринсона

Де

- коефіцієнт, для водяних мереж =0,01, для парових мереж =0,5...0,1;

G - витрата теплоносія в початковій ділянці розгалуженого теплопроводу, т/ч. Перед гідравлічним розрахунком необхідно:

- накреслити в масштабі розрахункову схему трубопроводів;

- розділити неї на ділянки;

- визначити довжини ділянок і розрахункові витрати теплоносія.

Розрахунок виконують у два етапи: попередній і остаточний.

1) Приймаємо лінійне падіння тиску по довжині трубопроводу із оптимального діапазону R_л = 80-100 Па/м.

2) По номограмі для гідравлічного розрахунку водоводів (Сазонов рис. 5.2., Соколов рис 5-7, 5-9) визначаємо дійсний діаметр трубопроводу, швидкість та лінійне падіння тиску по довжині трубопроводу R_л за розрахунковою витратою теплоносія ділянках G₁, G₂,…………G_nі

 

Розрахунок втрат тиску теплоносія.

При проектуванні теплових мереж основна задача гідравлічного розрахунку складається у визначенні діаметрів труб по заданих витратах теплоносія і розташовуваних перепадів тисків у всій мережі або & окремих її ділянках*

У процесі експлуатації теплових мереж виникає необхідність рішення зворотних задач по визначенню витрат теплоносія на ділянках мережі або тисків в окремих крапках при зміні гідравлічних режимів. Результати гідравлічного розрахунку використовується для побудови пьезометричних графіків, вибору схем абонентських уведень, підбора насосного устаткування, визначення вартості теплової мережі й інших цілей.

При русі теплоносія по трубах утрати тиски складаються з гідравлічних опорів тертя по довжині трубопроводу і місцевих опорів:

 

 

Гідравлічні опори (Па) по довжині трубопроводу визначаються по формулі Вейсбаха-Дарси

 

(2)

 

де

l - коефіцієнт гідравлічного тертя;

i - довжина трубопроводу, м;

d - внутрішній діаметр трубопроводу, м;

r - щільність теплоносія, кг/м³;

 

w - швидкість руху теплоносія» м/с.

Коефіцієнт гідравлічного тертя в загальному випадку залежить від числа Рейкольдса (Re) і відносної еквівалентної шорсткості труби (k_э/d). Шорсткістю труби називають виступи і нерівності, що впливають при турбулентному русі рідини на лінійні втрати тиску. У реальних трубах ці виступи і нерівності різні за формою, величині і нерівномірно розподілені по її довжині.

За еквівалентну шорсткість k_э умовно приймають рівномірну зернисту шорсткість, виступи якої мають однакові форму і розміри, а втрати тиску по довжині такі ж, як і в реальних трубах. Величину еквівалентної шорсткості стінок труб з урахуванням корозії рекомендується приймати:

для паропроводів -0,2 мм;

для водяних теплових мереж - 0,5 мм;

для конденсаторів - I мм.

Для теплопроводів зовнішніх мереж характерним є турбулентний режим руху теплоносіїв.

При R_ek_э/d 23 труби вважаються гідравлично гладкими. У цьому випадку ламінарний прикордонний шар покриває шорсткість стінок, тобто товщина прикордонного шару більше k_э гідравлічні опори обумовлюються тільки силами тертя в рідині і залежать від числа Ренольдса.

Для гідравлично гладких труб при турбулентному русі коефіцієнт гідравлічного тертя можна визначати по формулі

Г.А.Муріна

 

.

 

Для гідравлично шорсткуватих труб при R_ek_э/d 560, коли вирішальний вплив на гідравлічні опори по всій довжині трубопроводу роблять сили тертя рідини об стінку тру б, коефіцієнт гідравлічного тертя залежить тільки від відносної еквівалентної шорсткості і визначається по формулі Б.Л.Шифринсона

 

 

У перехідній області гідравлічних опорів, що характеризується зміненому комплексу R_ek_э/d=23…560, рекомендується формула А.Д. Альтшуля

 

По (5) величина.l_n визначається досить точно для всіх трьох геть гідравлічних опорів (гладкої, перехідної і шорсткуватої). При R_ek_э/d 10 результати розрахунку збігаються з даними Г.Л. Муріна, і при R_ek_э/d 560- про даними Б.Л.Шифринсона, Тому при побудові розрахункових номограм була використана формула Л.Д. Альтшуля.

Місцеві гідравлічні опори визначаються по формулі Вейсбаха

 

 

де - сумарний коефіцієнт місцевих опорів на ділянці трубопроводу.

Місцеві втрати тисків можна замінити еквівалентними гідравлічними опорами по довжині» золі в (2) замість підставити - еквівалентну довжину місцевих опорів, тобто довжину такого прямолінійного трубопроводу, лінійні втрати тиску в якому чисельно дорівнюють утратам тиску в місцевих опорах.

Вирішуючи спільно (2) і (6) одержимо

 

(7)

 

Для характерних у теплових мережах місцевих опорів значення еквівалентних довжин приведені в додатку.

Гідравлічний розрахунок розгалужених трубопроводів зручно проводити по методу середніх питомих утрат тиски, тому часто використовуються наступні форми запису повних гідравлічних опорів:

(8)

де

- коефіцієнт, що враховує частку втрат тиску в місцевих

опорах від опору по довжині;

– питоме падіння тиску по довжині, Па/м.

З (2) випливає, що

 

 

де

G - витрата теплоносія, т/ч.

Для полегшення розрахунків по (9) складаються таблиці або номограми, якими користуються при проектуванні теплових

Невикористане у відгалуженнях тиск рекомендується погасити в соплах елеваторів або (у крайньому випадку) дроселювать шайбами. При цьому шайби варто встановлювати не на загальному введенні, а на трубопроводах кожного споживача тепла даного будинку (опалення, вентиляція, гаряче водопостачання).

Приклад I. Визначити діаметри теплопроводів водяної мережі, довжини ділянок якої і розрахункові витрати води приведені на мал.5.2, якщо на ділянках через 80-100 м установлені чепцеві компенсатори, а розташовуваний перепад тисків до всіх абонентів однаковий і дорівнює 0,14 Мпа.

Рішення. Загальна довжина розрахункової магістралі (ділянки 1,2,3) _

 

 

Рис.5.2. Розрахункова схема водяної теплової мережі

Попередній розрахунок

1. По Ш) визначаємо орієнтоване значення частки втрат тиску в місцевих опорах

2, По (10) знаходимо середнє питоме лінійне падіння тиску

3. По величині витратам G₁, G₂, G₃ по номограмі (див.мал.5.2) знаходимо діаметри труб.

Остаточний розрахунок. Ділянка I

1. По = 75 Па/м і G₁ = 550 т/ч по номограмі визначаємо, що найближчий стандартний діаметр труби дорівнює 377x9 мм, для якої при G₁ = 550 т/ч; ; w₁ 1,6 м/с (лінія abcd),

2. Еквівалентна довжина місцевих опорів на ділянці, де встановлено 5 чепцевих компенсаторів. Для одного чепцевого компенсатора при d = 377x9 мм і k_э = 0,5 мм еквівалентна довжина дорівнює 5 м (/1/, с.333).

Загальна еквівалентна довжина на ділянці

3. Утрати тиску на ділянці

Па

 

або в лінійних одиницях виміру при p =1000 кг/м³

 

 

Аналогічно розраховують трубопроводи інших ділянок мережі

Результати розрахунку приведені в табл.1.

Таблиця I

Приклад гідравлічного розрахунку водяної теплової мережі

 

№ ділянки	Предварительный расчет	Остаточний розрахунок
G т/год	м	D´S, мм	Па/м	w, м/з	м	, м	Па*103	м
			377´9		1,6			38,8	3,96
			273´3		1,65			48,4	4,93
			194´5		1,1				4,98

 

 

Відгалуження (ділянка 4), розташовуваний напір 4,98 м вод.ст,

4 |200|260|219х6|165|1,7|23|283|46,7|4,77

Надлишок капера на відгалуженні 4,98 - 4,77= 0,21 м вод.ст.

Відгалуження (ділянка 5), розташовуваний напір

вод.ст.

5 |250|320|219х6|625|2,15|26|346|91,7|9,35

- Надлишок напору у відгалуженні 9,91 - 9,35 = 0,56 м вод. ст.