Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. Необходимым этапом при проектировании систем теплоснабжения предприятий и жилых районов является гидравлический расчет трубопроводов водяных тепловых сетей. Он необходим для решения следующих задач:

1. Определение внутреннего диаметра трубопровода для каждого участка тепловой сети d_В, мм. По диаметрам трубопровода и по их длинам, зная их материал и способ прокладки можно определять капитальные вложения в тепловые сети.
2. Определение потерь напора сетевой воды или потерь давления сетевой воды Δh, м; ΔР, МПа. Эти потери являются исходными данными для последовательных вычислений напора сетевых и подпиточных насосов на тепловых сетях.

Гидравлический расчет тепловых сетей также выполняется для существующих эксплуатирующих тепловых сетей, когда ставится задача вычислить их фактический пропускную способность, т.е. когда есть диаметр, длина и нужно найти расход сетевой воды, которая пройдет через эти сети.

Гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей выполняется для следующих режимов их работы:

А) для расчетного режима работы тепловой сети (max G_О; G_В; G_ГВС);

Б) для летнего режима, когда через трубопровод идет только G_ГВС

В) для статического режима, на источнике теплоснабжения остановлены сетевые насосы, а работают только подпиточные насосы.

Г) для аварийного режима, когда авария на одном или нескольких участках, диаметр перемычек и резервных трубопроводов.

Если тепловые сети работают для водяной открытой системы теплоснабжения, то еще и определяется:

Д) зимний режим, когда сетевая вода для системы ГВС зданий отбирается из обратного трубопровода тепловой сети.

Е) переходный режим, когда сетевая вода для ГВС зданий отбирается из подающего трубопровода тепловой сети.

При гидравлическом расчете трубопроводов тепловых сетей должны быть известны следующие величины:

1. Максимальная нагрузка на отопление и вентиляцию и среднечасовая на ГВС: max Q_О, max Q_ВЕНТ, Q_СР^ГВС.
2. Температурный график системы теплоснабжения.
3. Температурный график сетевой воды, температура сетевой воды в точке излома τ₀₁^НИ, τ₀₂^НИ.
4. Геометрическая длина каждого участка тепловых сетей: L₁, L₂, L₃…… L_N.
5. Состояние внутренней поверхности трубопровода на каждом участке тепловой сети (величина отложений коррозии и накипи). k_Э – эквивалентная шероховатость трубопровода.
6. Количество, тип и расстановка местных сопротивлений, которые имеются на каждом участке тепловой сети (все задвижки, клапаны, повороты, тройники, компенсаторы).
7. Физические свойства воды р_В, И_В.

Как выполняется гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей будет рассмотрено на примере радиальной тепловой сети, обслуживающей 3-х потребителей теплоты.

Принципиальная схема радиальной тепловой сети, транспортирующей тепловую энергию для 3-х потребителей теплоты

1 – потребители теплоты (жилые районы)

2 – участки тепловой сети

3 – источник теплоснабжения

Гидравлический расчет проектируемых тепловых сетей выполняется в следующей последовательности:

1. По принципиальной схеме тепловых сетей определяется потребитель, который наиболее удален от источника теплоснабжения. Тепловая сеть, проложенная от источника теплоснабжения до наиболее удаленного потребителя, называется головной магистралью (главная магистраль), на рисунке L₁ + L₂ + L₃. Участки 1,1 и 2.1 – ответвления от головной магистрали (ответвление).
2. Намечается расчетное направление движения сетевой воды от источника теплоснабжения до наиболее удаленного потребителя.
3. Расчетное направление движения сетевой воды разбивается на отдельные участки, на каждом из которых внутренний диаметр трубопровода и расход сетевой воды должны оставаться постоянными.
4. Определяется расчетный расход сетевой воды на участках тепловой сети, к которым присоединены потребители (2.1; 3; 3.1):

G_СУМ^УЧ = G_О^Р + G_В^Р + k₃*G_Г^СР

G_О^Р = Q_О^Р / С_В*(τ₀₁^Р – τ₀₂^Р) – максимальный расход на отопление

k₃ – коэффициент, учитывающий долю расхода сетевой вода подаваемый на ГВС

G_В^Р = Q_В^Р / С_В*(τ₀₁^Р – τ_В2^Р) – максимальный расход на вентиляцию

G_Г^СР = Q_ГВ^СР / С_В*(τ₀₁^НИ – τ_Г2^НИ) – средний расход на ГВС

k₃ = f (вид системы теплоснабжения, тепловая нагрузка потребителя).

Значения k₃ в зависимости от вида системы теплоснабжения и тепловых нагрузок присоединения потребителей теплоты

5. По справочным данным определяются физические свойства сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети:

P_В^ПОД = f (τ₀₁) V_В^ПОД = f (τ₀₁)

P_В^ОБР = f (τ₀₂) V_В^ОБР = f (τ₀₂)

6. Определяются среднее значения плотности сетевой воды и ее скорость:

P_В^СР = (P_В^ПОД + P_В^ОБР) / 2;       (кг/м³)

V_В^СР = (V_В^ПОД + V_В^ОБР) / 2;       (м²/с)

7. Выполняется гидравлический расчет трубопроводов каждого участка тепловых сетей.

7.1. Задаются скоростью движения сетевой воды в трубопроводе: V_В = 0,5-3 м/с. Нижний предел V_В обусловлен тем, что при более низких скоростях увеличивается осаждения взвешенных частиц на стенках трубопровода, а также при более низких скоростях циркуляция воды прекращается и трубопровод может замерзнуть.

V_В = 0,5-3 м/с. – большее значение скорости в трубопроводе обусловлено тем фактором, что при увеличении скорости больше 3,5 м/с в трубопроводе может возникать гидравлический удар (например, при резком закрытии задвижек, или при повороте трубопровода на участке тепловой сети).

7.2. Вычисляется внутренний диаметр трубопровода:

d_В = sqrt[(G_СУМ^УЧ*4)/(р_В^СР*V_В*π)]       (м)

7.3. По справочным данным принимаются ближайшие значения внутреннего диаметра, которые соответствуют ГОСТу d_В^ГОСТ, мм.

7.4. Уточняется фактическая скорость движения воды в трубопроводе:

V_В^Ф = (4*G_СУМ^УЧ) / [π*р_В^СР*(d_В^ГОСТ)²]

7.5. Определяется режим и зона течения сетевой воды в трубопроводе, для этого рассчитывается безразмерный параметр (критерий Рейнольдса)

Re = (V_В^Ф * d_В^ГОСТ) / V_В^Ф

7.6. Вычисляется Re_ПР^I и Re_ПР^II.

Re_ПР^I = 10 * d_В^ГОСТ / k_Э

Re_ПР^II = 568 * d_В^ГОСТ / k_Э

Для различных типов трубопроводов и различных степеней износа трубопровода k_Э лежит в пределах [0,01; 2]. 0,01 – если трубопровод новый. Когда неизвестен тип трубопровода и степень их износа согласно СНиП ”Тепловые сети” 41-02-2003. Значение k_Э рекомендуется выбирать равным 0,5 мм.

7.7. Рассчитывается коэффициент гидравлического трения в трубопроводе:

— если критерий Re < 2320, то используется формула: λ_ТР = 64 / Re.

— если критерий Re лежит в пределах (2320; Re_ПР^I], то используется формула Блазиуса:

λ_ТР =0,11*(68/Re)^0,25

Эти две формулы необходимо применять при ламинарном течении воды.

— если критерий Рейнольдса лежит в пределах (Re_ПР^I < Re < =Re_ПР^II), то используется формула Альтшуля.

λ_ТР = 0,11*(68/Re + k_Э/d_В^ГОСТ )^0,25

Эта формула применяется при переходном движении сетевой воды.

— если Re > Re_ПР^II, то используется формула Шифринсона:

λ_ТР = 0,11*(k_Э/d_В^ГОСТ )^0,25

7.8. Далее выполняется расчет гидравлических потерь в трубопроводе. Определяются потери напора на трение по длине трубопровода или потери давления по длине трубопровода:

Δh_ТР = λ_ТР* (L*(V_В^Ф)²) / (d_В^ГОСТ*2*g ) (м)

ΔP_ТР = р_В^СР*g* Δh_ТР = λ_ТР* [L*(V_В^Ф)²*р_В^СР] / (d_В^ГОСТ*2) = R_Л*L           (Па)

R_Л = [λ_ТР* р_В^СР*(V_В^Ф)²] / (2* d_В^ГОСТ)    (Па/м)

R_Л – удельное линейное падение давления

7.9. Рассчитываются потери напора или потери давления в местных сопротивлениях на участке трубопровода:

Δh_М.С. = Σ£_М.С.*[(V_В^Ф)²/(2*g)]

Δp_М.С. = р_В^СР*g* Δh_М.С. = Σ£_М.С.*[((V_В^Ф)²* р_В^СР )/2]

Σ£_М.С. – сумма коэффициентов местных сопротивлений, установленных на трубопроводе. Для каждого вида местных сопротивлений £_М.С. принимается по справочным данным.

7.10. Определяются полные потери напора или полные потери давления на участке трубопровода:

h = Δh_ТР + Δh_М.С.

Δp = Δp_ТР + Δр_М.С. = р_В^СР*g* Δh_ТР + р_В^СР*g*Δh_М.С.

По этой методике проводятся расчеты для каждого участка тепловой сети и все значения сводятся в таблицу.

Основные результаты гидравлического расчета трубопроводов участков водяной тепловой сети

Для ориентировочных расчетов участков водяных тепловых сетей при определении R_Л, Δр_ТР, Δр_М.С. допускается использовать следующие выражения:

R_Л = [A_R*(G_СУМ^УЧ)²] / [р_В^СР*( d_В^ГОСТ)^5,25]          (Па/м)

R_Л = [A_R^В*(G_СУМ^УЧ)²] / ( d_В^ГОСТ)^5,25       (Па/м)

A_R = 0,0894*K_Э^0,25 – эмпирический коэффициент, который используется для ориентировочного гидравлического расчета в водяных тепловых сетях

A_R^В = (0,0894*K_Э^0,25) / р_В^СР = A_R / р_В^СР

Эти коэффициенты выведены Соколовым Е.Я. и приведены в учебнике ”Теплофикация и тепловые сети”.

С учетом этих эмпирических коэффициентов потери напора и давления определяются как:

Δp_ТР = R_Л*L = [A_R* (G_СУМ^УЧ)²*L] / [р_В^СР*( d_В^ГОСТ)^5,25] =

= [A_R^В*(G_СУМ^УЧ)²*L] / (d_В^ГОСТ)^5,25

Δh_ТР = Δp_ТР / (р_В^СР*g) = (R_Л*L) / (р_В^СР*g) =

=[A_R*(G_СУМ^УЧ)²*L] / (р_В^СР )²* (d_В^ГОСТ)^5,25 =

=  [A_R^В*(G_СУМ^УЧ)²*L] / р_В^СР* (d_В^ГОСТ)^5,25*g

Так же с учетом A_R и A_R^В; Δр_М.С. и Δh_М.С. запишутся так:

Δр_М.С. = R_Л*L_Э^М = [A_R*(G_СУМ^УЧ)²*L_Э]/р_В^СР * (d_В^ГОСТ)^5,25 =

= [A_R^В*(G_СУМ^УЧ)²* L_Э]/(d_В^ГОСТ)^5,25

Δh_М.С. = Δр_М.С. / (р_В^СР*g) = (R_Л*L_Э^М) / (р_В^СР*g) =

=[A_R*(G_СУМ^УЧ)²*L_Э ] / р_В^СР * (d_В^ГОСТ)^5,25 =

= [A_R^В*(G_СУМ^УЧ)²* L_Э]/(d_В^ГОСТ)^5,25*g

L_Э = Σ (£_М.С.* d_В^ГОСТ) / λ_ТР

Особенность эквивалентной длины заключается в том, что потери напора местных сопротивлений представляют как падение напора на прямолинейном участке с тем же внутренним диаметром и эта длина называется эквивалентной.

Полные потери давления и напора рассчитываются как:

Δh = Δh_ТР + Δh_М.С. = [(R_Л*L)/(р_В^СР*g)] + [(R_Л*L_Э) / (р_В^СР*g)] =

= [R_Л /(р_В^СР*g)]*(L + L_Э) =  [R_Л /(р_В^СР*g)]*(1 + а_М.С.)

Δр = Δр_ТР + Δр_М.С. = R_Л*L + R_Л*L_Э = R_Л (L + L_Э) = R_Л*(1 + а_М.С.)

а_М.С. – коэффициент местных потерь на участке водяной тепловой сети.

При отсутствии точных данных о количестве, типе и расстановке местных сопротивлений, значение а_М.С. можно принимать от 0,3 до 0,5.

Надеюсь, теперь всем стало понятно, как правильно выполнить гидравлический расчет трубопроводов и Вы сами сможете выполнить гидравлический расчет тепловых сетей. Расскажите в комментариях как считаете, может вы считаете гидравлический расчет трубопроводов в excel или же же для гидравлического расчет трубопроводов используете онлайн калькулятор или используете номограмму для гидравлического расчета трубопроводов?

Поделиться ссылкой: