Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Опубликовано: 12.01.2019

4.1. Розрахунковий циркуляційний тиск у системі водяного опалення

Перед виконанням гідравлічного розрахунку трубопроводів обчислюють розрахунковий циркуляційний тиск ∆ Р р, Па, тобто величину різниці тисків, яка може бути витрачена на подолання опору тертя та місцевих опорів у системі опалення

∆ Р р=∆ Р н+Б∆ Р пр, (25)

де ∆Рн – тиск, що створює циркуляційний насос, Па; ∆Рпр – природний тиск, що виникає внаслідок охолодження води в опалювальних приладах і трубопроводах системи опалення, Па; Б – коефіцієнт, що являє собою частку максимального природного тиску, яку необхідно враховувати в розрахункових умовах. Для насосних однотрубних горизонтальних систем водяного опалення приймають Б=0,4.

Розрахунковий природний тиск в однотрубних горизонтальних системах водяного опалення з поквартирними приладовими вітками визначають для кожної вітки за формулою:

∆ Р пр.і= gh i(ρо – ρг), (26)

де g =9,81 м/с2 – прискорення вільного падіння; h i – вертикальна відстань між центром нагрівання і центром охолодження води в опалювальних приладах горизонтальної приладової вітки і-го поверху, м; ρо і ρг – відповідно густина охолодженої і гарячої води в системі опалення, кг/м3. При розрахунковому перепаді температур води t г - t о= 95-700С,

ρо =977,81 кг/м3 і ρг=961,92 кг/м3.

Центр нагрівання води в індивідуальному тепловому пункті беруть по осі подавального трубопроводу теплового вузла, що проходить на відстані 1300 мм від підлоги підвалу.

Насос, включений в замкнуте кільце системи водяного опалення, воду не піднімає, а лише переміщує, підтримуючи її циркуляцію, і тому називається циркуляційним (на відміну від підживлювальних та підвищувальних насосів).

Потужність циркуляційного насоса визначається кількістю води, яку він переміщує, та створюваним тиском. Витрата води в системі опалення G с.о., кг/год, визначається за формулою

Gс.о..= . (27)

Значення необхідного циркуляційного тиску ∆Рн насоса можна одержати із формули (25), якщо розрахунковий тиск ∆Рр дорівнює сумарним втратам тиску ∑ ∆ Р і , визначеним у результаті гідравлічного розрахунку системи опалення з заданими діаметрами трубопроводів. В іншому випадку необхідно спочатку вибрати типорозмір насоса і тоді, добавивши до ∆ Р н величину ∆ Р пр, визначити розрахунковий циркуляційний тиск ∆ Р р для вибору діаметрів трубопроводів і виконання гідравлічного розрахунку.

Кожен насос має свою характеристику (робочу криву), одержану в результаті стендових випробувань. Характеристика показує залежність між витратою насоса G н та тиском ∆ Р н і при відповідній частоті обертів електродвигуна. Для забезпечення розрахункових витрат води і циркуляційного тиску при дії насоса рекомендується при його виборі орієнтуватися на максимальне значення ККД.

Потужність електродвигуна N ел насоса, Вт, визначається з врахуванням ККД насоса ζн та необхідного запасу потужності к (орієнтовно 1,5) на пусковий момент за формулою:

Nел = . (28)

Для систем опалення, приєднаних до теплових мереж центрального теплопостачання, необхідно знижувати температуру води Т 1 , що надходить з теплової мережі до допустимої t г в системі. Це відбувається в тепловому пункті підмішуванням у високотемпературну воду води із зворотньої магістралі, охолодженої в системі опалення до температури t о.

Кількість високотемпературної води G 1 при відомій тепловій потужності опалення Q с.о. буде тим меншою, чим вища температура Т 1:

G1= (29)

де Т 2 – температура води в зворотній магістралі, оС, беруть Т 2 = 70 оС.

Співвідношення витрат води, охолодженої в системі опалення G с.о. та високотемпературної G 1 називають коефіцієнтом змішування U

U = G с.о. / G 1 , (30)

який можна виразити через температуру води:

U = (31)

Якщо опалювальні прилади сходових кліток приєднані перед підмішувальним насосом, то в формулі (31) замість Т 1 треба взяти її фактичну температуру перед підмішувальним насосом Т 1ф, яку обчислюють за формулою:

Т 1ф = Т 1 - (32)

де Q с.к – розрахункові тепловтрати сходових кліток, Вт.

Якщо опалювальні прилади сходових кліток приєднують перед підмішувальним насосом величину Т гф обчислюють за формулою:

Т гф= Т г - (33)

де Q с.к. – розрахункова теплова потужність системи опалення сходових кліток, Вт; G т.м. – розрахункова втрата води, кг/год, що надходить із теплової мережі в систему опалення:

Gт.м.= (34)

де Q с.о. – розрахункова теплова потужність системи опалення будинку, обчислена за формулою (10) без урахування втрат теплоти в сходових клітках, Вт.

Центр охолодження в опалювальному приладі знаходиться на середині цього приладу, а при русі води в ньому „знизу-вниз” – на рівні приєднання трубопроводів до опалювального приладу.

Оскільки величина природного тиску ∆ Р пр.і залежить від величини h i, то і розрахунковий циркуляційний тиск ∆ Р рі необхідно обчислювати для циркуляційних кілець, що проходять через горизонтальні приладові вітки всіх поверхів.

4.2. Послідовність гідравлічного розрахунку трубопроводів

Гідравлічний розрахунок трубопроводів є найбільш складним, трудомістким і важливим етапом при проектуванні системи опалення. Перед його проведенням мають бути:

- визначені теплова потужність системи опалення та теплове навантаження опалювальних приладів і стояків для всіх приміщень;

- вибрані принципові схемі системи опалення і параметри теплоносія;

- вибраний тип і спосіб установки опалювальних приладів;

- конструктивно вирішена система опалення; на планах будинку розміщені опалювальні прилади, стояки, подавальні та зворотні магістральні трубопроводи, визначене місце розташування вузла вводу тепломережі в індивідуальному тепловому пункті (ІТП) будинку;

- накреслена аксометрична схема системи опалення;

- визначений розрахунковий циркуляційний тиск у системі опалення.

Гідравлічний розрахунок трубопроводів виконують після розробки розрахункової схеми системи опалення.

На розрахунковій схемі вказують номер, теплове навантаження і довжину розрахункових ділянок циркуляційних кілець.

Циркуляційним кільцем у системі опалення називають замкнений контур, що включає послідовно розташовані ділянки трубопроводів за ходом руху теплоносія: тепловий центр (ІТП) – опалювальний прилад (приладова вітка або стояк) – тепловий центр. Отже, довжиною циркуляційною кільця є сума довжин послідовно розташованих ділянок трубопроводів, по яких вода, виходячи із теплового центра і проходячи будь-який опалювальний прилад (приладову вітку або стояк), повертається у тепловий центр.

Гідравлічний розрахунок трубопроводів, як правило, починають з основного (головного) циркуляційного кільця, після чого розраховують інші (другорядні) кільця. Головним вважається кільце, що знаходиться у найнесприятливіших умовах: в однотрубних насосних поквартирних системах водяного опалення основне циркуляційне кільце проходить через найбільш навантажену і найвіддаленішу від ІТП приладову вітку на верхньому (останньому) поверсі будинку.

Кожне циркуляційне кільце, починаючи з основного, розбивають на розрахункові ділянки. Розрахунковою є ділянка трубопроводу постійного діаметра з незмінною витратою води

4.3. Гідравлічний розрахунок трубопроводів систем водяного

опалення методом характеристик опору

Втрату тиску в розрахунковій ділянці трубопроводу за методом характеристик опору обчислюють за формулою:

∆ Р =SG 2, (35)

де S – характеристика опору розрахункової ділянки трубопроводу, Па/(кг/год)2; G – витрата води в розрахунковій ділянці трубопроводу, кг/год.

Характеристики опорів уніфікованих вузлів систем водяного опалення наведені в довідниковій літературі. В інших випадках характеристику опору будь-якої розрахункової ділянки трубопроводів обчислюють за формулою:

S= Aξприв, (36)

де А – питомий динамічний тиск, Па/(кг/год)2 у розрахунковій ділянці трубопроводу, що виникає при втраті води в ній G =1 кг/год;

ξзв – зведений коефіцієнт опору розрахункової ділянки трубопроводу, який визначають за формулою:

ξприв= (37)

де – зведений коефіцієнт тертя труби, м-1; l – довжина розрахункової ділянки трубопроводу, м; ∑ξ – сума коефіцієнтів місцевих опорів на розрахунковій ділянці трубопроводу.

Величини гідравлічних характеристик А, і для сталевих труб, що застосовують у сучасних системах опалення, із середньою температурою води t =600С, яка відповідає середній температурі за опалювальний сезон, наведені в [7,8].

Використання величини дозволяє за заданими витратою води G і діаметром труби обчислити швидкість теплоносія V, м/с, діленням витрати води G на величину , тобто:

V= . (38)

Значення характеристики опору S може бути визначено як для окремої ділянки трубопроводу, так і для частини мережі, що складається з послідовних і паралельних ділянок трубопроводів. Так, характеристика опору послідовно розташованих ділянок трубопроводів із постійною витратою води дорівнює сумі характеристик опору цих ділянок, тобто:

S1+i= S1+ S2+…+ Si, (39)

де S 1+ S2+…+ Si – характеристики опору послідовно розташованих трубопроводів, визначені за формулою (36) або взяті за [7,8].

На рис. 6 і 7 зображені фрагменти розрахункової схеми трубопроводів однотрубної по квартирної системи опалення.

Рис 6. Розрахункова схема подавальних і зворотніх трубопроводів системи опалення