Основы гидравлического расчета систем теплоснабжения

Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в задачу гидравлического расчета входит:

1. определение диаметров трубопроводов;

2. определение падения давления (напора);

3. определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4. увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета дают исходный материал для решения следующих задач:

1. определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2. установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3. выяснения условий работы тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения абонентских установок к тепловой сети;

4. выбора авторегуляторов для тепловой сети и абонентских вводов;

5. разработки режимов эксплуатации.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение станции (или котельной) и потребителей и расчетные нагрузки.

Падение давления в трубопроводе может быть представлено как сумма двух слагаемых: линейного падения (Δ p _л) и падения в местных сопротивлениях (Δ p _м), Па

(.7)

Гидравлические сопротивления по длине трубопровода (линейное падение давления) определяются по формуле, Па

(.8)

где R _л – удельное падение давления, т.е. его падение на участке длиной 1 м, Па/м; l _у – длина участка трубопровода, м.

Удельное линейное падение давления определяется по уравнению Дарси-Вейсбаха, Па/м

(.9)

где l_тр – коэффициент гидравлического трения; d _в – внутренний диаметр трубопровода, м; r – плотность теплоносителя, кг/м³; w – усредненная по сечению трубы скорость теплоносителя, м/с; G – массовый расход теплоносителя, кг/с.

Коэффициент гидравлического трения l_тр зависит от режима течения потока и состояния внутренней поверхности стенки трубы, через которую протекает поток (оно характеризуется отношением эквивалентной шероховатости стенки Δ_э, мм, к внутреннему диаметру трубы d _в, мм). Шероховатостью трубы называют выступы и неровности, влияющие при турбулентном движении жидкости на линейные потери давления. В реальных трубах эти выступы и неровности различны по форме, величине и неравномерно распределены по ее длине.

За эквивалентную шероховатость Δ_э условно принимают равномерную зернистую шероховатость, выступы которой имеют одинаковую форму и размеры, а потери давления по длине такие же, как и в реальных трубах. Величину эквивалентной шероховатости стенок труб с учетом коррозии рекомендуется принимать: для паропроводов – 0,2 мм; для водяных тепловых сетей – 0,5 мм; для конденсатопроводов – 1 мм.

Для теплопроводов наружных сетей характерным является турбулентный режим движения теплоносителя.

При ReΔ_э/ d _в ≤ 23 трубы считаются гидравлически гладкими. В этом случае ламинарный пограничный слой покрывает шероховатость стенок, т.е. толщина пограничного слоя больше Δ_э и гидравлическое сопротивление обусловливается только силами трения в жидкости и зависит от числа Рейнольдса.

При ламинарном течении в гладких и шероховатых трубах коэффициент гидравлического трения определяется по формуле Пуазейля

(.10)

Для гидравлически шероховатых труб при ReΔ_э/ d _в ≥ 568, когда решающее влияние на гидравлическое сопротивление по всей длине трубопровода оказывают силы трения жидкости о стенку трубы, коэффициент гидравлического трения зависит только от относительной эквивалентной шероховатости и определяется по формуле Б.Л. Шифринсона

(.11)

В переходной области гидравлических сопротивлений, характеризующейся изменением комплекса ReΔ_э/ d _в = 23–568, рекомендуется формула А.Д. Альтшуля

(.12)

Потери давления за счет местных сопротивлений определяются по формуле, Па

(.13)

где ξ – коэффициент местного сопротивления, показывающий, какую часть давления потерял поток за счет местного сопротивления.

Местные потери давления можно заменить эквивалентным гидравлическим сопротивлением по длине, если в уравнение (.8) вместо l _у подставить l _э – эквивалентную длину местных сопротивлений, т.е. такую длину прямолинейного трубопровода, линейные потери давления в котором численно равны потерям давления в местных сопротивлениях. Сумма эквивалентных длин всех местных сопротивлений, размещенных на i -м участке определяется по формуле, м