книги / Системы централизованного теплоснабжения

Для известного диаметра трубопровода и режима течения теплоносителя удельные потери на трение определяются, в основном, коэффициентом гидравлического трения. Коэффициент гидравлического трения определяется режимом течения и характером состояния внутренней поверхности трубопровода. Транспортировка теплоносителя обычно осуществляется при турбулентном режиме движения, в его квадратичной области. В этой области турбулентного движения зависит от состояния внутренней поверхности трубопровода и режима течения. При этом расхождение в значениях , вычисленных по разным формулам, в том числе по формулам Альтшуля и Шифринсона, составляет не более 3 % [8]. Поэтому допустимо ввести понятие стандартной гидравлической характеристики (приложение 11), которая зависит от диаметра трубопровода и абсолютной эквивалентной шероховатости (средней высоты выступов неровностей внутри трубопровода). На основе экспериментальных данных принимают значения абсолютной эквивалентной шероховатости:

–дляводяных тепловых сетей исистем отопленияkэ = 5·10–4 м;

–для систем горячего водоснабжения kэ = 1·10–3 м.

При расчете трубопроводов с другой шероховатостью к значениям удельных потерь давления R следует принимать поправочный коэффициент в соответствии с пособием [6].

Когда характер и размещение местных сопротивлений на трубопроводе еще неизвестны, рекомендуется определять коэф-

фициент местных потерь LLэ для разветвленной магистрали по

формуле Шифринсона: LLэ Z G (здесь Z – постоянный коэф-

фициент, зависящий от вида теплоносителя, для воды Z = 0,01; G – расход теплоносителя, т/ч).

Способ гидравлического расчета по так называемым характеристикам сопротивления позволяет определять удельные поте-

ри на участке трубопровода ( Pучуд, Па) по формуле

41

где G – массовый расход воды на расчетном участке, кг/ч;

S – характеристика гидравлического сопротивления участка, Па/(кг/ч)2,

где А – удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/ч)2, рассчитываемое по формуле

Этот способ получил широкое распространение при проектировании тепловых сетей благодаря хорошей сходимости результатов с реальными значениями, полученными на практике.

Описанные выше допущения и ограничения параметров работы тепловых сетей позволили разработать номограммы и таблицы для гидравлического расчета участков [6, 17, 18]. Для расчета сети по гидравлической характеристике S в приложении 11 приводится унифицированная гидравлическая таблица, которая может быть широко использована при предварительном гидравлическом расчете. При определении по таблице коэффициента местных потерь учитывается вид компенсатора, принятого кустановке.

Для определения потерь давления на участке тепловой сети ( Pуч, Па) по гидравлической характеристике используется вы-

ражение

5.2. Последовательность гидравлического расчета тепловой сети

Гидравлическийрасчетможновыполнятьвследующемпорядке: 1. Необходимо разработать расчетную схему тепловых сетей. На схеме проставляют номера участков (сначала по главной

42

магистрали, а потом по ответвлениям), расходы теплоносителя (кг/с или т/ч), длины участков, м (рис. 19).

Расчетные расходы теплоносителя по отдельным участкам теплосети определяются как сумма расходов отдельных абонентов с учетом схемы присоединения подогревателя ГВС.

Рис. 19. Схема тепловой сети квартала от магистральной тепловой камеры

Диаметры подающего и обратного трубопроводов двухтрубных водяных тепловых сетей при совместной подаче теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение принимаются, как правило, одинаковыми. Поэтому расчетная схема тепловой сети изображается в одну линию. В условиях, когда рассчитывается существующая система теплоснабжения, где диаметры аналогичных участков могут отличаться (такой случай часто встречается в системах теплоснабжения промышленных площадок), также допускается изображать схему параллельных участков в одну линию, но на выносных линиях указывается соответствующее обозначение трубопровода: Т1, Т2 и т.д.

2. Производится выбор основного расчетного направления – главной магистрали. Главной магистралью является наиболее протяженная и нагруженная ветвь сети от источника теплоты или точки подключения до наиболее удаленного и нагруженного потребителя. На рис. 19 это направление 1–5.

3. При известном располагаемом давлении Ррасп для сети (когда задан перепад давления на выходе из источника тепло-

43

снабжения или располагаемый перепад в тепловой камере, к которой присоединяется распределительная тепловая сеть), а также для ответвлений предварительно определяются ориентировочные

средние удельные потери давления Рудср, Па/м:

где ∑L – суммарная протяженность расчетного кольца (ветви или ответвления), на потери давления в которой используется величина Ррасп (с учетом потерь давления в абоненте);

α – коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях тепловой сети и принимаемый по табл. 2 приложения 11.

При неизвестном располагаемом перепаде давления в начале теплотрассы удельные потери давления Рудср в магистральных теп-

ловых сетяхмогутбыть приняты согласно рекомендациям [18]:

а) на участках главной магистрали 20–40 Па/м, но не более

80 Па/м;

б) на ответвлениях – по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м.

4. По известному расходу теплоносителя на участке, ориентируясь на средние удельные потери давления Рудср, определяется требуемое значение гидравлическойхарактеристикипо формуле

где G – расход теплоносителя на рассчитываемом участке, т/ч. 4. По табл. 1 приложения 11 определяется (ближайшее к

требуемому) фактическое значение гидравлической характеристики для стандартных диаметров трубопроводов при эквивалентной шероховатости труб kэ = 0,5 мм.

44

5. По фактической гидравлической характеристике определяются:

–диаметр участка трубопровода Dн·δ;

–коэффициент местных потерь с учетом принятого типа ком-

пенсатора LLэ ;

– коэффициент скорости kv .

6. По коэффициенту скорости определяется значение скорости движения теплоносителя по трубопроводу:

Условный проход труб, независимо от расчетного расхода теплоносителя в тепловых сетях, принимается не менее 32 мм. Скорость движения воды не должна быть более 3,5 м/с.

7.Затем определяются потери давления на участке для выбранного диаметра трубопровода по формуле (27).

Все промежуточные параметры и результаты расчета удобно заносить в таблицу, образец которой представлен в табл. 3 приложения 3.

8.После определения потерь давления на участке и проверки по ограничению скорости движения теплоносителя определяются полные потери давления на участках главной магистрали и суммарные по всей ее длине (кольцо через «диктующего» абонента).

9.Далее выполняется гидравлический расчет ответвлений, увязывая потери давления в них с соответствующими частями главной магистрали (от точки деления потоков до концевых потребителей).

10.Увязку потерь давления следует выполнять подбором диаметров трубопроводов ответвлений. Невязка не должна быть более 10 %. Если такая увязка невозможна, то излишний напор на ответвлениях должен быть погашен дроссельными диафрагмами

иавторегуляторами потребителей.

45

5.3.Гидравлическая увязка тепловой сети

Вводяных системах централизованного теплоснабжения при традиционном качественном регулировании отпуска теплоты использовалась гидравлическая увязка с помощью дроссельных диафрагм (рис. 20) – такназываемый «ручной» способбалансировки.

Рис. 20. Дроссельная диафрагма, устанавливаемая внутри трубопровода: 1 – проходное отверстие диафрагмы; 2 – крепежные отверстия;

3 – клеймо; 4 – рукоятка; 5 – корпус диафрагмы (шайба)

Основная задача дроссельной диафрагмы – ограничение расхода в ответвлении в соответствии с заданным (расчетным). Установка диафрагм для всех абонентов тепловой сети приведет к расчетному потокораспределению между всеми потребителями. Расчет размера дроссельнойдиафрагмыприводится вСП 41-101–95 [21].

Диаметр диафрагмы(мм)

где G – расчетный расход воды в трубопроводе, т/ч;

H – напор, гасимый дроссельной диафрагмой, м вод.ст. Гасимый напор определяется как разность между располагае-

мым напором в камере главного направления, где присоединяется ответвление к абоненту, для которого производится увязка, и поте-

46

рями в ответвлении. Или по-другому: перепадом давлений между подачей и обраткой в точке врезки ответвления ( Hраспгл.напр), и гид-

равлическим сопротивлением суммы потерь в участках ответвления

( Hотв) иИТП абонента( Hаб.отв): H Hраспгл.напр ( Hотв Hаб.отв).

Режим движения теплоносителя через дросселирующее устройство несколько изменяется в зависимости от соотношения диаметра диафрагмы и диаметра трубопровода. Поэтому с учетом использования простых редакторов для вычислений можно использовать уточненную зависимость [8] и определять диаметр диафрагмы методом последовательных приближений:

где G – расход воды по участку, на котором расположена диафрагма, т/ч;

H – напор, гасимый дроссельной диафрагмой, м вод. ст.; Dу – диаметручастка, накоторомрасположена диафрагма, мм; Dд – диаметр дроссельной диафрагмы, мм.

Место установки диафрагмы необходимо выбирать на выровненном потоке теплоносителя. Для упрощения, в тепловой сети дроссельные диафрагмы устанавливаются на расстоянии не менее трех Dy (Dy – условный диаметр трубопровода, мм; калибр) до и трех Dy после местного сопротивления.

Минимальный диаметр отверстия дроссельной диафрагмы должен приниматься равным 3 мм во избежание ее засорения.

При необходимости следует устанавливать последовательно две диафрагмы соответственно с бόльшими диаметрами отверстий; при этом расстояние между диафрагмами должно приниматься не менее 10 Dy трубопровода.

При количественно-качественном регулировании в тепловых сетях обеспечить гидравлическую увязку абонентов сети с помощью «ручных» дросселирующих устройств невозможно, так как

47

диафрагма, как и ручной балансировочный клапан, при изменении расхода теплоносителя изменяют свое гидравлическое сопротивление. Таким образом, при ручной балансировке, дроссельные устройства лишь ограничивают расход теплоносителя на абоненте. Поэтому в современных системах теплоснабжения для гидравлической увязки используются автоматические регуляторы давления (перепада). Принцип его работы основан на изменении объема мембранной коробки за счет давления теплоносителя. Упрощенная схема регулятора давления представлена на рис. 21.

Рис. 21. Регулятор давления: 1 – входная камера теплоносителя; 2 – конус регулятора; 3 – разгрузочная камера мембраны; 4 – шток; 5 – пружина; 6 – гайка задатчика

Установка автоматического регулятора перепада давления в тепловом пункте для балансировки системы теплоснабжения абонента показана на рис. 22.

Однако бывают случаи, когда без установки дроссельной диафрагмы не обойтись. Например, при превышении допустимого давления в сети в случае установки в тепловом пункте автоматического регулятора давления (автоматические регуляторы давления работают только в определенном диапазоне по давлению, при выходе за которыйможет возникнуть режимкавитации всамом регуляторе).

48

6.ГРАФИКИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ В ТРУБОПРОВОДАХ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Выполнение гидравлического расчета еще не гарантирует удовлетворительной работы системы теплоснабжения. Для обеспечения надежного теплоснабжения потребителей, экономичной

ибезопасной работы системы при минимальных затратах на ее реконструкцию необходимо выполнить разработку расчетных гидравлических режимов [22].

При проектировании и эксплуатации тепловых сетей необходимо учитывать многочисленные факторы, определяющие гидравлические режимы сетей: располагаемые напоры сетевых и подпиточных насосов; гидравлическое сопротивление источника теплоснабжения, высотность зданий, потери напора в трубопроводах тепловой сети и абонентских установках, сопротивление дроссельных диафрагм, регуляторов, водомеров, параметры теплоносителя

ит.д. Поэтому, наряду с давлением, на практике широко используются другая единица гидравлического потенциала – напор. Напор представляет собой давление, выраженное в линейных единицах (метрах, миллиметрах) столба той жидкости, которая подается по трубопроводу. Напор и давление связаны следующей зависимостью:

где Н – напор, м вод.ст.; Р – давление теплоносителя, кгс/м2;

– удельный вес теплоносителя, кгс/м3.

Аналогичной зависимостью связаны между собой падение давления и потеря напора:

где – потеря напора или располагаемый напор, м вод.ст.;

Р – падение давления или располагаемый перепад давлений, кгс/м2.

50