4.5. Гидравлический расчет водяных тепловых сетей

В задачу гидравлического расчета входит определение диаметров теплопроводов, давления в различных точках сети и по­терь давления на участках. Последние устанавливают методом удельных потерь давления на трение и приведенных длин. Удельные потери давления на трение должны определяться на основании технико-экономических расчетов.

В курсовом проекте, когда располагаемый перепад давления в тепловой сети не задан, удельные потери давления в магистральных трубопроводах следует принимать в пределах 30 – 80 Па/м, для ответвлений – по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м. Если известно располагаемое давление в тепловых сетях, расчет выполняют в два этапа (предварительный и окончательный расчеты).

При предварительном расчете потери давления в местных сопротивлениях определяют, задаваясь долей от потерь давления по длине а₁, которая может быть принята по [4, прил.5] или найдена по формуле проф. Б.Л. Шифринсона:

, (4.34)

где G_d – расход сетевой воды на головном участке теплопровода, кг/с.

При окончательном расчете, когда известны диаметры теплопроводов и все местные сопротивления, падение давления в местных сопротивлениях находят по сумме коэффициентов местных сопротивлений или суммарной эквивалентной длине местных сопротивлений.

Гидравлический расчет закрытой системы теплоснабжения выполняется для подающего теплопровода, принимая диаметр обратного теплопровода и падение давления в нем такими же, как и в подающем.

Гидравлический расчет водяных тепловых сетей производят для зимнего и летнего режимов, а также для аварийного режима в зимний период.

Гидравлический расчет открытой системы теплоснабжения для зимнего периода выполняют для двух режимов:

1) при отсутствии водоразбора на горячее водоснабжение, когда расчетные расходы теплоносителя, а следовательно, и потери давления в подающем и обратном теплопроводах будут равными (расчет производят только для подающего теплопровода);

2) при максимальном водоразборе на горячее водоснабжение из обратного теплопровода (расчет выполняют для подающего и обратного теплопроводов).

Предварительный и окончательный расчеты можно совместить. При этом расчет производят в следующей последовательности:

– на трассе тепловых сетей выбирают расчетную магистраль, как правило, наиболее протяженную и загруженную, соединяющую источник теплоты с дальними потребителями;

– разбивают тепловую сеть на расчетные участки, определяют, согласно настоящему разделу 4.5, расчетные расходы теплоносителя G_d и измеряют длину участков по генплану;

– задавшись удельными потерями давления на трение R (30 – 80 Па/м), исходя из расходов теплоносителя на участках, по таблицам или номограммам, составленным для труб с коэффициентом эквивалентной шероховатости К_е = 0,5 мм, находят диаметр теплопровода, действительные удельные потери давления на трение и скорость движения теплоносителя, которая должна быть не более 3,5 м/с, диаметр труб независимо от расчетного расхода теплоносителя должен приниматься не менее 32 мм, а для циркуляционных трубопроводов горячего водоснабжения – не менее 25 мм;

– если задан располагаемый перепад давления по всей сети ΔР (Па), определяют средние удельные потери давления (Па/м):

, (4.35)

где – суммарная протяженность расчетной магистрали, м;

a₁ – доля от потерь давления по длине.

Затем, по R_m принимают диаметры теплопроводов, находят действительные удельные потери давления и скорость теплоносителя.

Определив диаметры расчетных участков тепловой сети, разрабатывают монтажную схему теплопроводов, размещая по трассе запорную арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы (рис. 4.5, 4.6).

По монтажной схеме устанавливают местные сопротивления на расчетных участках и по ним находят эквивалентную длину l_е местных сопротивлений или сумму коэффициентов местных сопротив- лений Σξ.

Приведенную длину l΄ расчетного участка тепловой сети определяют как сумму l΄ = l + l_е , потери давления на расчетных участках тепловой сети находят как Δр = R·l_е или Δр = R·l + Σξ·ρ·υ²/2.

Далее вычисляют суммарные потери давления в подающем теплопроводе расчетной магистрали.

Ответвления и другие магистрали рассчитывают по располагаемому перепаду давлений в точке присоединения ответвлений к расчетной магистрали. При этом невязка между потерями давления в ответвлениях и располагаемым давлением не должна превышать 10 %. Когда невозможно уравнять потери давления в рассчитываемых магистралях за счет изменения диаметров трубопроводов, то избыточное давление гасится на абонентских вводах диафрагмами.

Гидравлический расчет теплопроводов для летнего периода сводится к определению потерь давления на расчетных участках сети при известных диаметрах теплопроводов по летним расчетным расходам теплоносителя. При этом для закрытых систем теплоснабжения, из-за одинакового расхода сетевой воды в подающем и обратном теплопроводах, гидравлический расчет выполняют только для подающей линии теплосети. Для открытых систем при различных расходах теплоносителя в подающей и обратной магистралях тепловой сети гидравлический расчет производят отдельно для каждого теплопровода.

ПРИМЕР 4.5. Произвести гидравлический расчет магистральных теплопроводов двухтрубной водяной тепловой сети закрытой системы теплоснабжения с сальниковыми компенсаторами. Расчетная схема приведена на рис. 4.5.

Решение. Расчет производим для зимнего режима. По расчетным расходам сетевой воды G_d и R подбираем ближайшие стандартные диаметры труб, действительные значения R и υ. Расчет сводим в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Гидравлический расчет водяной тепловой сети

№ участка	Gd,, кг/с	d, мм	dexs, мм	R, Па/м	υ, м/с	l, м	le, м	l΄, м	Δp, кПа	ΣΔp, кПа
Основная магистраль
1	211	400	426x7	65,33	1,65	470	44,3	514,3	33,6	33,6
2	329	500	530x7	50,52	1,67	460	70,9	530,9	26,82	60,42
3	425	600	630x7	33,55	1,52	440	88,4	528,4	17,73	78,15
4	705	800	820x9	22,0	1,44	240	112,6	352,6	7,76	85,9
Ответвления от магистрали
5	150	400	426x7	35,51	1,22	200	60,0	260,0	9,23	9,23
6	186	400	426x7	52,29	1,48	400	62,0	462,0	24,16	33,39
7	218	500	530x7	22,46	1,42	200	82,1	282,1	6,34	39,73
8	280	500	530x7	36,49	1,45	750	131,5	881,5	32,17	71,9
Невязка 100·(78,15-71,9)/78,15 = 8 %
Перемычка резервирования
0	353	400	426x7	191,29	2,82	200	39,0	239,0	45,72

После установления диаметров теплопроводов производится разработка монтажной схемы с расстановкой всех компенсаторов, секционирующих задвижек, запорной арматуры, камер, неподвижных опор (рис. 4.5). Подающий теплопровод располагается с правой стороны, по ходу движения теплоносителя. Естественные повороты теплосети на 90 – 130° используются для самокомпенсации температурных удлинений теплопроводов.

По сумме коэффициентов местных сопротивлений на участке определяют эквивалентную длину для каждого участка. Приведенная длина участка i равна сумме длин участка теплопровода по плану и эквивалентна местным сопротивлениям 1_е. Потери давления на участке теплопровода ΔР представляют произведение удельных потерь давления по длине и приведенной длины участка. Суммарные потери давления в сети ΣΔP = 85,9 кПа.

Рис. 4.5. Расчетная схема тепловой сети: в числителе приведены расходы воды, кг/с, на расчетном участке закрытой системы теплоснабжения (пример 4.2);

в скобках – для летнего режима (пример 4.6); в знаменателе – открытой

системы теплоснабжения (пример 4.3); в скобках – для летнего

режима (пример 4.8)

Диаметр перемычки резервирования принимается равным минимальному диаметру участка магистралей, к которым он подсоединяется.

При аварийном режиме допускаемое снижение расхода теплоносителя принимается равным 50 %. При этом скорость воды не должна превышать 3,5 м/с. Расход воды на перемычке с учетом допустимого снижения: G_d,o = 0,5G_d,4 = 0,5·705 = 353 кг/с.

ПРИМЕР 4.6. Определить потери давления в основной магистрали водяной тепловой сети закрытой системы теплоснабжения, представленной на рис. 4.6, для летнего режима. Диаметры теплопроводов принять из гидравлического расчета водяной тепловой сети для зимнего режима (см. пример 4.2).

Рис. 4.6. Монтажная схема теплопровода

Решение. Расходы сетевой воды на участке принимаем равными максимальному часовому расходу сетевой воды на горячее водоснабжение для летнего режима. Определяем удельные потери давления и скорости по участкам. Гидравлический расчет сводим в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Гидравлический расчет водяной тепловой сети (летний режим)

№ участка	G , кг/с	d, мм	dexs, мм	R, Па/м	υ, м/с	l, м	le, м	l΄, м	ΔP, кПа	ΣΔP, кПа
1	81,8	400	426x7	10,2	0,65	470	44,3	514,3	5,246	5,25
2	144,4	500	530x7	6,1	0,57	460	709	530,9	3,239	8,49
3	147,8	600	630x7	4,2	0,53	440	88,4	528,4	2,22	10,71
4	546,0	800	820x9	14,1	1,15	240	112,6	352,6	4,97	15,68

Расчетные потери давления в водяной тепловой сети в летний период ΣΔP = 15,68 кПа.

ПРИМЕР 4.7. Произвести гидравлический расчет магистральных теплопроводов двухтрубной водяной тепловой сети открытой системы теплоснабжения при наличии сальниковых компенсаторов, перепад давления от источника теплоты до конечного потребителя как в подающем, так и в обратном теплопроводе ΔР = 171 кПа. Расчетная схема теплосети приведена на рис. 4.6.

Решение. Расчет производим для зимнего режима. Суммарная длина расчетной магистрали Σl = 1610 м. На стадии предварительного расчета ориентировочно определяем потери давления в местных сопротивлениях:

.

Средние удельные потери давления:

R_m = ΔP/[(1+α₁)Σl] = 171·10³/[(1 + 0,44)1610] = 73,8 Па/м.

По предварительному гидравлическому расчету принимаем диаметры теплопроводов Расчет сводим в табл. 4.7.

Таблица 4.7

Предварительный расчет водяной тепловой сети

№ участка	Подающий теплопровод					Обратный теплопровод
	Gd,П, кг/с	d, мм	dexs, мм	R, Па/м	υ, м/с	Gd,o, кг/с	d, мм	dexs, мм	R, Па/м	υ, м/с
1	118,6	300	325x7	95	1,66	105,6	300	325x7	74,1	1,47
2	165,8	350	377x7	84	1,72	147,6	300	325x7	68,0	1,55
3	201,2	400	426x7	62	1,61	179,1	400	426x7	49,3	1,44
4	546,0	500	530x7	133	2,69	448,3	500	530x7	95,6	2,3

После разработки монтажной схемы теплопроводов и расстановки всех компенсаторов, неподвижных опор, запорной арматуры и секцио­нирующих задвижек (см. рис. 4.6) определяем для каждого участка 1_е , находим l΄, вычисляем потери давления на участках и по расчетным магистралям. Данные окончательного рас­чета сводим в табл. 4.8.

Таблица 4.8

Окончательный гидравлический расчет водяной тепловой сети

№ участка	l,м	lе,м	l^1,м	Подающий теплопровод			Обратный теплопровод
				d, мм	R, Па/м	ΔP, кПа	d, мм	R, Па/м	ΔP, кПа
1	470	36,18	506,18	300	95	48,09	300	74,1	37,51
2	460	75,58 100,78	535,58 560,79	350	84	44,99	350	68,0	38,13
3	440	36,5	476,5	400	62	29,59	400	49,3	28,42
4	240	128,9 142,0	368,9 382,0	500	133	42,05 164,67	500	95,6	36,52 140,58

Суммарные потери давления в подающей магистрали ΔP = 164,67 кПа близки по значению к заданному перепаду давлений ΔP = 171 кПа.

ПРИМЕР 4.8. Определить потери давления в водяной тепловой сети открытой системы теплоснабжения для летнего режима. Диаметры теплопроводов принять из гидравлического расчета водяной тепловой сети для зимнего режима (см. пример 4.3).

Решение. Расходы сетевой воды на участках подающей магистрали принимаем равными максимальному часовому расходу воды на горячее водоснабжение для летнего режима, а на участках обратной магистрали – 10 % расчетного часового расхода воды в подающем теплопроводе.

Данные расчета сводим в табл. 4.9.

Таблица 4.9

Гидравлический расчет открытой системы теплоснабжения

(летний режим)

№	Подающий теплопровод								Обратный теплопровод
	l,м	lе,м	Gd,П, кг/с	d, мм	l^1,м	R, Па/м	ΔP, кПа	υ, м/с	Gd,o, кг/с	lе,м	l^1,м	R, Па/м	ΔP, кПа	d, мм
1	470	36,18	32	300	506,2	6,77	3,43	0,44	3,2	36,18	506,2	0,37	0,19	300
2	460	75,58	45	350	535,6	6,38	3,42	0,47	4,5	100,8	560,8	0,33	0,19	350
3	440	36,5	54,3	400	476,5	4,51	2,15	0,44	5,4	36,5	476,5	0,24	0,11	400
4	240	128,9	136	500	368,9	8,44	3,11	0,68	13,6	142	382	0,5	0,19	500