kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008
.pdf
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Потери напора на участке (на двух трубопроводах) равны удвоенным потерям (для закрытых систем теплоснабжения)
H i = 2 |
H i |
(6.21) |
|
, м вод. ст. |
Потери напора от источника тепла на i-м участке определяются с учетом потерь напора на предшествующих участках
i − 1 |
(6.22) |
|
H и= ∑ |
H i + H i , м вод. ст. |
|
1 |
|
|
Для расчета потерь напора системы Нс необходимо просчитать сумму значений потерь на последовательности участков от источника до конечного участка (наиболее удаленного от источника тепла). Расчет начинается с наиболее удаленного от источника концевого участка. Дальше рассчитывается участок, предшествующий этому концевому, и т. д. до узловой точки, от которой начинается ответвление, и далее до источника. Затем берется концевой участок другого ответвления и проводится расчет сопротивления другой последовательности участков (концевой участок – источник) и т. д., пока не будут рассчитаны все возможные цепочки участков. Значение расчетных потерь напора от источника тепла до каждого концевого участка заносится в базу данных для соответствующего концевого участка.
Располагаемый напор в конце участка
|
|
H кр(i)= H нр(i)− H 2(i), м вод. ст., |
(6.23) |
где |
H кр(i) |
– располагаемый напор в конце участка, м вод. ст.; |
|
|
H нр(i) |
– располагаемый напор в начале участка, м вод. ст.; |
|
|
H 2(i) |
– потери напора в двух трубопроводах в (подающем и об- |
|
ратном) на данном участке, м вод. ст.
6.6.Расчет дроссельных и смесительных устройств
6.6.1.Дроссельные диафрагмы
Расчетный расход теплоносителя через системы теплопотребления и отдельные теплоприемники внутри систем обеспечивается расстановкой на вводах или перед теплоприемниками автоматических регулирующих устройств или постоянных сопротивлений – дроссельных диафрагм. Диафрагмы рассчитываются на срабатывание всего избыточного напора, который определяется как разность между располагаемым на-
131
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
пором перед системой (теплоприемником) и падением напора в системе (теплоприемнике) при расчетном расходе теплоносителя.
Дроссельные диафрагмы должны быть с диаметром отверстия не менее 2,5 мм во избежание их засорения. Если при расчетах диаметр отверстия получается менее 2,5 мм, следует устанавливать последовательно две диафрагмы с соответственно большими диаметрами отверстий. При установке двух диафрагм последовательно на одном трубопроводе расстояние между диафрагмами должно быть равным или больше десяти диаметров трубопровода.
Дроссельные диафрагмы устанавливаются, как правило, на участках трубопроводов, имеющих двухстороннее отключение, во фланцевых соединениях (на тепловом пункте или внутри системы отопления).
Установка дроссельных диафрагм на наружных тепловых сетях, как правило, не допускается, т. к. засорение такой диафрагмы может создать аварийную ситуацию. При крайней необходимости дросселирования напора в наружном трубопроводе дроссельную диафрагму следует устанавливать на специальном обводе (байпасе) вокруг закрытой задвижки на дросселируемом трубопроводе.
Диаметр отверстия дроссельной диафрагмы, мм, при его отношении к внутреннему диаметру трубы менее 0,2 с достаточной для практики точностью определяется по формуле
d o =10 |
4 |
Gp2 |
, мм, |
(6.24) |
|
H |
|||||
|
|
|
|
где Gр – расчетный расход воды через дроссельное устройство, т/ч; Н – напор, гасимый дроссельной диафрагмой, м.
6.6.2. Элеваторы и сопла
Разность напоров в подающем и обратном трубопроводе (располагаемый напор) перед системой теплопотребления не должна быть меньше двух-, трех-кратных гидравлических потерь в этой системе; при элеваторном присоединении отопительной системы располагаемый напор перед элеватором должен быть не менее
H э |
=1,4 |
h |
( |
+ |
р |
)2 , м вод. ст., |
(6.25) |
|
1 |
|
uсм |
|
где h – потери напора в системе отопления при расчетном расходе смешанной воды, м;
uсмр – расчетный коэффициент смешения;
132
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
р |
t1 |
−tсм |
, |
(6.26) |
uсм = |
t3 −t2 |
|||
|
|
|
||
где t1, t2, tсм – соответственно температура воды на входе в абонентский узел, на выходе из него и после элеватора, °С.
Расчетный диаметр горловины элеватора определяется по формуле
d г =8,5 |
|
Gp2 (1 |
+ uсмр )2 |
|
|
4 |
|
|
, мм. |
(6.27) |
|
|
|
||||
|
|
|
h |
|
|
Диаметр выходного сечения сопла элеватора
d c =9,6 4 |
Gp2 |
, мм, |
(6.28) |
|
H |
||||
|
|
|
где H – располагаемый напор перед системой, м вод. ст.
Во избежание вибрации и шума, которые обычно возникают при работе элеватора под напором, в 2–3 раза превышающем требуемый напор по формуле (6.25), часть этого напора рекомендуется гасить дроссельной диафрагмой, устанавливаемой перед монтажным патрубком до элеватора.
При выборе номера элеватора по расчетному диаметру его горловины следует выбирать стандартный элеватор с меньшим ближайшим диаметром горловины, т. к. завышенный диаметр приводит к резкому снижению КПД элеватора.
Диаметр отверстия сопла следует определять с точностью до десятой доли миллиметра с округлением в меньшую сторону. Диаметр отверстия сопла элеватора во избежание засорения должен быть не менее 3 мм.
Применение ЭВМ для выполнения поверочных гидравлических расчетов значительно сократит трудозатраты и время, затраченное на выполнение расчетов. Приведенный выше алгоритм реализуется в программе для ЭВМ.
6.7. Пример гидравлического расчета тепловой сети
Рассмотрим пример гидравлического расчета двухтрубной тупиковой закрытой водяной тепловой сети для схемы, показанной на рис. 6.2. Эта расчетная схема является основой для формирования файла с исходными данными. На схеме показаны потребители тепловой нагрузки, подключенные к ответвлению от основной магистрали (общежитие, учебный корпус, спортзал, мастерские технического обслуживания и гараж), основные характеристики участков № 1–7 (d – условный диа-
133
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
метр, мм; L – длина участка, м; G – расход воды на участке, т/ч; Σξ – сумма местных коэффициентов сопротивления на участке).
Общежитие |
|
|
|
Учебный корпус |
|
|
|
|
|
(640 чел.) |
1 d100 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
L51 |
d150 |
|
|
|
G12.8 |
|
|
|
|
L47.5 |
|
||
|
3.0 |
G16.2 |
Переход |
|
|
|
|
2.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Спортзал и переход |
|
|
|
|
Переход |
|
|
|
Мастерские технического |
|
|
3 d150 |
|
обслуживания |
|
|
L170 |
|
|
|
|
G29.0 |
|
|
|
|
3.5 |
|
6 d100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L59 |
Учебно-лабораторный |
|
|
|
G5.9 |
корпус |
|
|
|
2.5 |
|
Гараж
7 d250 |
L100 |
G34.9 |
3.0 |
4 d80 L17.2
G1.9 
1.0
d250 L100
G34.9 
1.0
5
Магистральная линия
Рис. 6.2. Внутриквартальная схема двухтрубной теплосети в однолинейном изображении
Ниже приводится описание программы и порядок формирования массива исходных данных.
Наименованиепрограммы– GIDR. Языкпрограммирования– Паскаль. Назначение – гидравлический расчет двухтрубных тупиковых во-
дяных тепловых сетей.
134
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Программа организована в виде модульной структуры (см. рис. 6.3), состоящейизрасчетногомодуля(UGIDTSE3) иголовнойпрограммы(GIDRА).
Расчетный модуль состоит из следующих блоков:
–блока описания и ввода исходных данных;
–основной расчетной процедуры (GIDRASTSET), в которой реализуется алгоритм гидравлического расчета тепловой сети;
–вспомогательной процедуры (CALCKPOPR) для определения поправочных коэффициентов при kэ ≠ 0,5 ;
–блока вывода результатов в табличной форме.
Блок ввода исходных данных предназначен для считывания исходных данных (одиночных переменных, записей и массивов) в оперативную память ЭВМ.
В процедуре GIDRASTSET производятся гидравлические расчеты по изложенной выше методике (формулы (6.1)–(6.23)).
Для выполнения расчетов по участкам сети организуется цикл по участкам. Для каждого участка, который характеризуется шагом цикла, выполняются гидравлические расчеты в следующей последовательности:
–открывается цикл по гидравлическому расчету участков;
–с учетом значения Reпр (6.9) определяется коэффициент гидравлического сопротивления λ ((6.7)–(6.8));
–из уравнения неразрывности рассчитывается скорость движения воды на участке (формула 6.19);
–вычисляются индексы массивов стандартных диаметров и коэффициентов эквивалентной шероховатости (при k э≠0,5). Индексы опре-
деляются в процедуре CALCKPOPR и затем используются для идентификации значений коэффициентов из матрицы поправочных коэффициентов;
–определяются удельные линейные потери напора на трение по формуле (6.18);
–рассчитываются потери напора в местных сопротивлениях по формуле (6.20);
–находятся суммарные потери на участке в одной линии по фор-
муле (6.1);
–определяются потери напора по двум трубопроводам на участке по формуле (6.21);
–выполняется проверка на конец цикла по гидравлическому расчету участков тепловой сети.
135
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
|
Начало |
|
|
|
Описание и ввод данных |
||
|
Цикл по участкам: i = 1, KolYch |
||
|
Определение λ и W |
||
CALCKPOPR |
Вызов CALCKPOPR |
||
|
Расчет: |
hтр, |
hм |
|
Расчет: |
H i , |
H 2i |
Да |
i < KolYch |
|
|
|
|
||
|
|
|
Нет |
|
Цикл по участкам i = KolYch, n |
||
Расчет: H и, H pk
Да 
n > 1
Нет
Расчет дроссельных шайб: H d , d отв
Расчет элевавторов: dc , dг, Nэл
Вывод результатов
Конец
Рис. 6.3. Блок схема расчетного модуля
136
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
После выполнения этого цикла на каждом участке сети становятся известными поправочный коэффициент β, расчетные значения удельных потерь R, потери напора на участке (линейные, местные, суммарные на одном трубопроводе, то же для двух трубопроводов). Далее в процедуре организуется еще один цикл для расчета на каждом участке следующих величин:
–потерьнапораотисточниканарастающимитогомпоформуле(6.22);
–располагаемого напора в конце участка по формуле (6.23). Вспомогательная процедура CALCKPOPR служит для идентифика-
ции индексов массива стандартных диаметров d iст и массива k э(i) по исходным для данного участка значениям d i и k э(i) . Далее индексы используются для считывания значения коэффициента из матрицы поправочных коэффициентов.
Блок вывода результатов в табличном виде состоит из операторов вывода в формате.
Порядок формирования файла с исходными данными рассмотрим на примере расчетной схемы водяной сети (см. рис. 6.2). Количество и порядок следования исходных данных должны строго соответствовать операторам ввода данных в программе для ЭВМ. В процессе подготовки файла с исходными данными следует уделять особое внимание контролю размерности величин, входящих в файл.
Файл содержит данные трех типов:
–числовые значения целого типа (количество и номера участков тепловой сети, количество предыдущих участков, наличие элеваторов
употребителей, присоединенных к концевым участкам);
–числовые значения действительного типа (характеристики участка: внутренний диаметр трубопровода, длина, коэффициент эквивалентной шероховатости, сумма коэффициентов местных сопротивлений, расход сетевой воды, падение напора во внутренних системах у потребителей);
–массивыизэлементовцелоготипа(номерапредыдущихучастков). Ниже построчно приводится структура файла.
1-я строка:
m[1,1] – количество участков тепловой сети. 2-я строка:
m[1,2] – плотность сетевой воды, кг/м3; m[2,2] – вязкость сетевой воды, м2/c;
m[3,2] – располагаемый напор на начальном участке сети, м;
m[4–6,2] – температуры сетевой воды соответственно в подающей, обратной линиях и во внутренней системе теплопотребителя, °С.
137
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
3-я строка:
Задается исходная информация для 1-го участка. m[1,3] – номер участка;
m[2,3] – количество предыдущих участков тепловой сети;
m[3,3] – массив номеров предыдущих участков (если предыдущие участки отсутствуют, то можно ограничиться одним элементом массива – m[3,3] = 0);
m[4,3] – внутренний диаметр трубопровода на участке, м; m[5,3] – длина участка, м;
m[6,3] – коэффициент эквивалентной шероховатости, мм;
m[7,3] – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; m[8,3] – расход сетевой воды на участке, т/ч;
m[9,3] – сопротивление внутренней системы теплопотребителя, м; m[10,3] – задается тип присоединения потребителей к концевым участкам (0 – безэлеваторное присоединение, 1 – элеваторное).
4-я – 11-я строки содержат информацию о характеристиках участков №№ 2–7. Порядок их формирования аналогичен структуре3-й строки.
Для определения поправочных коэффициентов на коэффициент эквивалентной шероховатости целесообразно организовать второй файл, содержащий массив табличных значений Кэ (Stk[i], где i – 1, n), массив стандартных внутренних диаметров (Std[i], j – 1, m) и матрицу поправочных коэффициентов размером [n×m].
Ниже приводится файл с исходными данными. После организации файла на жестком диске запускается программа Gidtset.exe.
7 |
|
|
|
|
*** Файл с исходными данными *** |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
975 0.479e-6 20 150 70 95 |
|
|
|
|
|
|||||
1 |
0 |
0 |
|
0.1 |
51.0 |
0.7 |
3.0 |
12.8 |
||
2 |
0 |
0 |
|
0.15 |
47.5 |
0.7 |
2.0 |
16.2 |
||
3 |
2 |
1 |
2 |
0.15 |
170.0 |
0.7 |
3.5 |
29.0 |
||
4 |
0 |
0 |
|
0.08 |
17.2 |
0.7 |
1.0 |
1.9 |
||
5 |
0 |
0 |
|
0.08 |
2.0 |
0.7 |
1.0 |
4.0 |
||
6 |
2 |
4 |
5 |
0.1 |
59.0 |
0.7 |
2.5 |
5.9 |
||
7 |
2 |
5 |
6 |
0.25 |
100.0 |
0.7 |
3.0 |
34.9 |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Матрица поправочных |
|
|
|
|
|
||||
|
|
коэффициентов |
|
|
|
|
|
|||
В процессе выполнения программы создается выходной файл с результатами в табличном виде. Результаты расчета выводятся в выходной файл (см. табл. 6.2–6.5). В табл. 6.2 приводятся основные геометрические характеристики, расход и скорость воды на участках.
138
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
|
|
Таблица исходных данных |
Таблица 6.2 |
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Диаметр |
Длина |
Сум. коэф. м.с. |
Расход воды |
Скорость |
|
Dу |
L |
ξ |
Gсв |
w |
||
уч. |
||||||
м |
м |
- |
т/ч |
м/с |
||
|
||||||
1 |
0.100 |
51.0 |
3.0 |
12.800 |
0.464 |
|
2 |
0.150 |
47.5 |
2.0 |
16.200 |
0.261 |
|
3 |
0.150 |
170.0 |
3.5 |
29.000 |
0.468 |
|
4 |
0.080 |
17.2 |
1.0 |
1.900 |
0.108 |
|
5 |
0.080 |
2.0 |
1.0 |
4.000 |
0.227 |
|
6 |
0.100 |
59.0 |
2.5 |
5.900 |
0.214 |
|
7 |
0.250 |
100.0 |
3.0 |
34.900 |
0.203 |
|
В табл. 6.3 выводятся потери напора на участках нарастающим итогом от источника теплоснабжения, располагаемые потери напора в конце участков.
Таблица 6.3
Таблица результатов гидравлического расчета
№ |
Поправ. |
Расч. знач. |
|
|
|
|
Потери напора |
|
dH от |
|
dHр в |
||||
уч. |
коэф-т |
уд. потерь |
|
|
|
|
на участке |
|
ист-ка |
|
конце уч. |
||||
|
b |
|
Rл |
|
dHл |
|
dHм |
dHc |
dH2c |
dHи |
|
dHi |
|||
– |
– |
|
мм/м |
|
|
м |
|
м |
|
м |
м |
м |
|
м |
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
|
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
9 |
|||
1 |
1.11 |
3.78 |
|
0.193 |
|
0.032 |
0.225 |
0.450 |
1.365 |
|
18.635 |
||||
2 |
1.10 |
0.74 |
|
0.035 |
|
0.007 |
0.042 |
0.084 |
0.999 |
|
19.001 |
||||
3 |
1.10 |
2.29 |
|
0.389 |
|
0.038 |
0.427 |
0.855 |
0.915 |
|
19.085 |
||||
4 |
1.11 |
0.29 |
|
0.005 |
|
0.001 |
0.006 |
0.011 |
0.182 |
|
19.819 |
||||
5 |
1.11 |
1.25 |
|
0.002 |
|
0.003 |
0.005 |
0.010 |
0.181 |
|
19.819 |
||||
6 |
1.11 |
0.84 |
|
0.050 |
|
0.006 |
0.056 |
0.111 |
0.171 |
|
19.829 |
||||
7 |
1.10 |
0.24 |
|
0.024 |
|
0.006 |
0.030 |
0.060 |
0.060 |
|
19.940 |
||||
|
В табл. 6.4 содержатся результаты расчета дроссельных шайб. |
||||||||||||||
|
|
|
Расчет дроссельных шайб |
|
Таблица 6.4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
№ |
Расход |
|
Располагае- |
Сопротивление |
Дросселируемый |
|
Диаметр |
||||||||
уч. |
сетевой воды |
мый напор |
|
системы |
|
|
напор |
|
|
|
шайбы |
||||
|
т/ч |
|
м |
|
|
|
м |
|
|
м |
|
|
|
мм |
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
||
2 |
16.2 |
|
19.000 |
|
|
1.000 |
|
|
18.000 |
|
|
20.0 |
|||
4 |
1.9 |
|
19.818 |
|
|
0.200 |
|
|
19.618 |
|
|
7.0 |
|||
139
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
В табл. 6.5 содержатся результаты расчета элеваторных устройств.
Таблица 6.5
Расчет элеваторов
№ |
Расход |
Распола- |
Сопро- |
Номер |
Диаметр |
Дроссели- |
Диаметр |
уч. |
сетевой |
гаемый |
тивление |
элеватора |
горловины |
руемый |
отверстия |
|
воды |
напор |
системы |
|
|
напор |
сопла |
|
т/ч |
м |
м |
– |
мм |
м |
мм |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
12.800 |
18.634 |
0.500 |
7 |
64.7 |
18.134 |
17 |
5 |
4.000 |
19.819 |
0.400 |
5 |
38.2 |
19.419 |
9 |
6.8. Гидравлические режимы работы тепловых сетей
Для определения давлений и напоров в различных точках теплоснабжающей системы строят графики давлений. На оси абсцисс (см. рис. 6.1) откладывают длины теплопроводов, а на оси ординат – геодезические отметки высоты систем потребителей и давления.
При построении графика давлений в тепловых сетях следует добиваться выполнения следующих технических требований.
1.Давление в местных системах не должно превосходить допустимого для них (4,5÷6 ати).
2.Давление в местных системах не должно быть ниже их статического давления. Статическое давление местной системы равно высоте системы. Если в местной системе будет иметь место разрежение, то это приведет к оголению верхней части системы, к засасыванию в систему воздуха и выключению ее из работы.
3.В любой точке сети, где температура воды превосходит 100 °С, давление не должно быть меньше давления парообразования. В противном случае возможны гидравлические удары, разрушение систем, снижение их пропускной способности по теплу.
4.В любой точке внешних сетей давление воды не должно быть ниже атмосферного. В противном случае атмосферный воздух засасывается водой и, циркулируя вместе с ней, интенсивно коррозирует сети
иместные системы, одновременно снижая пропускную способность трубопроводов.
5.В точках присоединения абонентов должны быть обеспечены напоры (разность давления между подающей и обратной трубами ввода), гарантирующие расчетный пропуск теплоносителя через местные системы.
При построении графиков давлений следует рассматривать статическое и динамическое состояния теплоснабжающей системы.
140