Гидравлический расчет трубопроводов
Гидравлический расчет трубопроводов рекомендуется выполнять наиболее прогрессивным методом с помощью характеристик сопротивления и переменных перепадов температур на стояках. Задача гидравлического расчета заключается в обоснованном выборе экономических диаметров труб для циркуляции теплоносителя с целью обеспечения расчетной теплоотдачи нагревательных приборов.
Применение указанного метода исключает необходимость последующей монтажной регулировки системы отопления, повышает индустриализацию заготовок приборных узлов и стояков. Результаты гидравлического расчета трубопроводов и теплового расчета нагревательных приборов более достоверно отражают действительную картину работы системы отопления, так как расчетные расходы теплоносителя соответствуют фактическим.
Гидравлический расчет проводится для системы водяного отопления: однотрубной, с верхней разводкой, тупиковой, с насосной циркуляцией и унифицированными приборными узлами. Нагревательные приборы – стальные панельные радиаторы подключены по проточно-регулируемой схеме с трехходовым краном. Расчетная схема системы отопления приведена в приложении 3.
Нормативный перепад температуры воды на стояках:
2.2.1 Расчет стояка (в дальнейшем «Ст.») 1 (участок 1).
По тепловой нагрузке стояка, равной суммарной теплопотере отапливаемых от него помещений Q1=12941 Вт. По таблице 10 приложения 9 принимаем диаметр стояка d=20 мм. Конструируем радиаторные узлы: задаемся диаметром обводного участка и подводок равными диаметру стояка, то есть dстxdоуxdподв=20 мм.
По таблице 11 приложения 9 [3] имеем:
A1 =3,19*10-4 Па/(кг/ч)2;
(λ/d)1 = 1,7 1/м.
Определяем эквивалентный К.М.С. ξэкв,1, прямых участков труб (без этажестояков) стояка 1:
1,7*16,3=27,71,
где l1 – расчетная длина участка без этажестояков;
l1 = 16,3 м.
Выявляем местное сопротивление на стояке по таблице 12 приложение 9 [3]; определяем их К.М.С.:
– воздухосборник проточный:
- 3 отвода d=20 мм: *3 = 1,8;
- 2 крана пробочных d=20 мм: *2 = 3.
Итого: 6,3.
На горизонтальных участках стояка (на подающей и на обратной магистралях) имеется 2 тройника на проходе воды. Гидравлические характеристики тройников:
- расход воды на проход:
кг/ч,
где с = 4,19 кДж/(кг·К) – теплоемкость воды;
3,6 кДж/(Вт·ч) – коэффициент перевода единиц;
- общий расход воды:
кг/ч,
где Q2 – тепловая нагрузка стояка 2.
Соотношение расходов:
.
По таблице 13 приложения 9 имеем:
- для тройника на подающей магистрали ξ = 0,3;
- для тройника на обратной магистрали ξ = 1,5.
Итого: 1,8.
Суммарный К.М.С. участка 1 (без этажестояков):
1,8+6,3=8,1.
Приведенный К.М.С. участка 1:
27,71+8,1=35,81.
Характеристика сопротивления участка (без этажестояков):
3,19*10-4*35,81=114,23*10-4 Па/(кг/ч)2.
Определяем характеристику сопротивления этажестояка. Расчетный участок 1 включает в себя 9 этажестояков, приборные узлы которых имеют следующие характеристики:
1) тип нагревательного прибора – радиатор стальной панельный РСГ;
2) схема радиаторного узла – проточно-регулируемая с трехходовым краном;
3) конструкция радиаторного узла:
20 мм.
По таблице 14 приложения 9 [3] находим характеристику сопротивления стояка:
- девять этажестояков 9х42=378*10-4 Па/(кг/ч)2.
Итого: S0=378*10-4 Па/(кг/ч)2.
Общая характеристика сопротивления участка 1:
114,23+378 =492,23*10-4 Па/(кг/ч)2.
Вычисляем расход воды на участке. Задаемся перепадом температур на стояке в пределах 30-40ºС. В результате предварительных расчетов выявлено, что наиболее приемлемый вариант обеспечивается при Dt1= 38 ºС.
293 кг/ч.
Падение давления на стояке Ст.1 (участок 1):
492,23*10-4*2932=4225,7 Па.
2.2.2 Расчет Ст. 2 (участок 2).
Перепад давлений на стояке известен Па. Тепловая нагрузка стояка Вт. По табл. 10 приложения 9 принимаем диаметр стояка мм. Конструируем радиаторные узлы: принимаем диаметры подводок и обводного участка равным диаметру стояка:
мм.
По табл. 14 приложения 9 находим характеристику сопротивления стояка:
- узел присоединения к подающей магистрали
-узел присоединения к обратной магистрали
- девять этажестояков
Итого:
Расход воды по стояку 2:
кг/ч.
Определяем перепад температур на стояке 2:
Полученный перепад выходит за допустимые пределы /30-40°С/. Необходимо уменьшить перепад, а, следовательно, увеличить расход воды на стояке.
Принимаем диаметр стояка и обвязки приборных узлов мм.
Характеристика сопротивления стояка 2 с увеличенным до 20 мм диаметром составляет:
- узел присоединения к горячей магистрали
- узел присоединения к обратной магистрали
- девять этажестояков :
Расход воды по стояку:
кг/ч.
Перепад температур на стояке:
Полученный перепад также выходит за допустимые пределы.
Конструируем составной стояк: 4 этажестояков и узел присоединения к подающей магистрали диаметром 20 мм, 5 этажестояка и узел присоединения к обратной магистрали диаметром 15 мм.
По табл. 14 приложения 9 находим характеристику сопротивления составного стояка:
- узел присоединения к подающей магистрали диаметром 20 мм:
- 4 этажестояков :
- 5 этажестояка :
- узел присоединения к обратной магистрали диаметром 15 мм
Итого:
Расход воды по стояку:
кг/ч.
Перепад температур на стояке
,
что вполне допустимо.
2.2.3 Расчет магистральных трубопроводов участков 3 и 3’.
Расход воды на участках известен:
кг/ч.
По табл. 9 приложения 9 принимаем диаметр магистралей мм. Расчетный расход 494 кг/ч находится внутри допустимого интервала / кг/ч и кг/ч /.
По табл. 11 приложения 9 имеем:
На участках магистралей имеется два тройника на проходе воды.
Гидравлические характеристики тройников:
- расход воды на проход кг/ч;
- общий расход воды
кг/ч.
Отношение расходов
.
По табл. 13 приложения 9 имеем:
- для тройника на подающей магистрали ;
- для тройника на обратной магистрали .
Характеристика сопротивления участка 3:
Па/(кг/ч)².
Характеристика сопротивления участка 3':
Па/(кг/ч)².
Потеря давления на участке 3:
Па.
Потеря давления на участке 3':
Па.
2.2.4 Расчет Ст.3 (участок 4).
Перепад давлений на стояке известен:
Па.
Тепловая нагрузка стояка Вт.
Принимаем диаметр стояка и обвязки приборных узлов мм.
Определяем эквивалентный К.М.С. ξэкв,4, прямых участков труб (без этажестояков и участков, проходящих по этажам) стояка 3:
2,6*8=20,8,
где l4 – расчетная длина участка без этажестояков;
l4 = 8 м.
Выявляем местное сопротивление на стояке по таблице 12 приложение 9 [3]; определяем их К.М.С.:
- 3 отвода d=15 мм: *3 = 2,4.
Приведенный К.М.С. участка 4:
20,8+2,4=23,2.
Характеристика сопротивления участка (без этажестояков):
10,6*10-4*23,2=245,9*10-4 Па/(кг/ч)2.
По табл. 14 приложения 9 находим характеристику сопротивления стояка:
- узел присоединения к горячей магистрали
- узел присоединения к обратной магистрали
- три этажестояка
- 16,8 м прямой трубы
Итого:
Общая характеристика сопротивления участка 4:
245,9+970,5 =1216,4*10-4 Па/(кг/ч)2.
Расход воды по стояку:
кг/ч.
Перепад температур на стояке:
.
Температурный перепад входит в допустимые пределы, но увеличить его нельзя, так как взятый диаметр является минимальным, поэтому на этом расчет участка 4 закончен.
2.2.5 Расчет магистральных трубопроводов участков 5 и 5’.
Расход воды на участках:
494+196=690 кг/ч.
По таблице 9 приложения 9 [3] принимаем диаметр магистралей d5 = d5/ =25 мм.
По таблице 11 приложения 9 [3]:
На участках магистралей имеется два тройника на проходе воды. Гидравлические характеристики тройников:
- расход воды на проходе 690 кг/ч.
- общий расход воды 877 кг/ч.
Отношение расходов
0,79.
По таблице 13 приложения 9 [3] имеем:
- для тройника на подающей магистрали 0,3;
- для тройника на обратной магистрали 1,2.
Характеристика сопротивления участка 5:
1,23*10-4*(1,25*3+0,3)=4,98*10-4 Па/(кг/ч)2.
Характеристика сопротивления участка 5/:
1,23*10-4*(1,25*3+1,2)=6,09*10-4 Па/(кг/ч)2.
Потеря давления на участке 5:
237,1 Па.
Потеря давления на участке 5/:
289,9 Па.
2.2.6 Расчет Ст. 4 (участок 6).
Перепад давлений на стояке известен:
237,1+289,9+4686,7=5213,7 Па.
Тепловая нагрузка стояка Q6 = 7722 Вт.
Принимаем диаметр стояка и обвязки приборных узлов 15 мм.
По таблице 14 приложения 9 [3] находим характеристику сопротивления стояка:
- узел присоединения к подающей магистрали 91,2*10-4 Па/(кг/ч)2;
- узел присоединения к обратной магистрали 85,6*10-4 Па/(кг/ч)2;
- девять этажестояков 9х155=1395*10-4 Па/(кг/ч)2.
Итого: S6=1571,8*10-4 Па/(кг/ч)2.
Расход воды по стояку:
182 кг/ч.
Перепад температур на стояке:
ºС.
Полученный перепад укладывается в допустимые пределы / /.
2.2.7 Расчет магистральных участков 7 и 7’.
Расход воды на участках известен:
182+690=872 кг/ч.
По таблице 9 приложения 9 принимаем диаметр магистралей d7 = d7/ = 25. Расчетный расход 872 кг/ч находится внутри допустимого интервала (Gmax =1600 и Gmin =500).
По таблице 11 приложения 9 имеем:
На участках магистралей имеется два тройника на проходе воды. Гидравлические характеристики тройников:
- расход воды на проходе 872 кг/ч;
- общий расход воды 1074 кг/ч.
Отношение расходов:
0,81.
По таблице 13 приложения 9 имеем:
- для тройника на подающей магистрали 0,2;
- для тройника на обратной магистрали 0,7.
Характеристика сопротивления участка 7:
0,39*10-4(0,9*5+0,2)=1,83*10-4 Па/(кг/ч)2.
Характеристика сопротивления участка 7/:
0,39*10-4(0,9*5+0,7)=2,03*10-4 Па/(кг/ч)2.
Потеря давления на участке 7:
139,2 Па.
Потеря давления на участке 7/:
154,4 Па.
2.2.8 Расчет Ст. 5 (участок 8).
Перепад давлений на стояке известен:
139,2+154,4+5213,7=5507,3 Па.
Тепловая нагрузка стояка Q8 = 8034 Вт.
Принимаем диаметр стояка и обвязки приборных узлов 15 мм.
По таблице 14 приложения 9 находим характеристику сопротивления стояка:
- узел присоединения к подающей магистрали 91,2*10-4 Па/(кг/ч)2;
- узел присоединения к обратной магистрали 85,6*10-4 Па/(кг/ч)2;
- девять этажестояков 9х155=1395*10-4 Па/(кг/ч)2.
Итого: S8=1571,8*10-4 Па/(кг/ч)2.
Расход воды по стояку:
187 кг/ч.
Перепад температур на стояке:
.
Полученный перепад укладывается в допустимые пределы / /.
2.2.9 Расчет магистральных трубопроводов участков 9 и 9’.
Расход воды на участках известен:
187+872=1059 кг/ч.
По таблице 9 приложения 9 принимаем диаметр магистралей d9 = d9/ = 32. Расчетный расход 1059 кг/ч находится внутри допустимого интервала (Gmax =3500 и Gmin=875).
По таблице 11 приложения 9 [3] имеем:
На участках магистралей имеется два тройника на ответвлении потока воды и два вентиля. Гидравлические характеристики тройников:
- расход воды на ответвлении 1059 кг/ч;
- общий расход воды 2149 кг/ч,
где Qправ – тепловая нагрузка правой ветки системы.
Отношение расходов:
0,49.
По таблице 13 приложения 9 [3] имеем:
- для тройника на подающей магистрали ξ = 5,0;
- для тройника на обратной магистрали ξ =1,5.
По таблице 12 приложения 9 К.М.С. вентиля с диаметром условного прохода 32 мм ξ = 9.
Суммарный К.М.С. участка 11 ξ =14.
Суммарный К.М.С. участка 11/ ξ =10,5.
Характеристика сопротивления участка 9:
0,39*10-4*(0,9*0,4+14)=5,6*10-4 Па/(кг/ч)2.
Характеристика сопротивления участка 11/:
0,39*10-4*(0,9*1,5+10,5)=4,62*10-4 Па/(кг/ч)2.
Потеря давления на участке 9:
5,6*10-4*10592=628 Па.
Потеря давления на участке 11/:
4,62*10-4*10592=518,1 Па.
2.2.12 Общие потери давления на магистральных трубопроводах участков 9 и 9’.
Общие потери давления на магистральных участках P9 + P9/ =1146,1 Па, что составляет 21% от потерь давления на стояке Ст. 5. В целях повышения гидравлической устойчивости систем водяного отопления СНиП 2.04.05–86 рекомендует суммарные потери давления на магистральных трубопроводах принимать не более 20-25% от общих потерь давления в стояке (не считая потерь давления на головных участках системы) [2].
Суммарные потери в расчетной левой ветке:
Pлев= P9 + P9/+ P8 =628+518,1+5507,3=6653,4 Па.
2.2.13 Расчет магистральных трубопроводов участков 10 и 10’.
Расход воды на участках 10 (10/):
=2133 кг/ч.
По таблице 9 приложения 9 принимаем диаметр магистралей d12 = d12/ = 50. Расчетный расход 2133 кг/ч находится внутри допустимого интервала (Gmax =11700 и Gmin =1950).
По таблице 11 приложения 9 [3] имеем:
На участках магистралей имеется два тройника на ответвлении потока воды. Гидравлические характеристики тройников:
- расход воды на ответвлении 2133 кг/ч;
- общий расход воды кг/ч.
Отношение расходов:
0,55.
По таблице 13 приложения 9 [3] имеем:
- для тройника на подающей магистрали ξ10 = 5,0;
- для тройника на обратной магистрали ξ10/ =1,5.
Характеристика сопротивления участка 10:
0,08*10-4*(0,52*2,8+5)=0,52*10-4 Па/(кг/ч)2.
Характеристика сопротивления участка 10/:
0,08*10-4*(0,52*4,3+1,5)=0,3*10-4 Па/(кг/ч)2.
Потеря давления на участке 10:
0,52*10-4*21332=236,6 Па.
Потеря давления на участке 12/:
0,3*10-4*21332=136,5 Па.
2.2.14 Расчет магистральных трубопроводов участков 11 и 11’.
Расход воды на участках 11 (11/):
=3892 кг/ч.
По таблице 9 приложения 9 [3] принимаем диаметр магистралей d13 = d13/ = 50. Расчетный расход 3892 кг/ч находится внутри допустимого интервала (Gmax =11700 и Gmin =1950).
По таблице 11 приложения 9 имеем:
Местные сопротивления на участках:
участок 11: 5 отводов d=50мм: ξ11=5х0,3=1,5;
1 задвижка d=50мм: ξ11=0,5;
итого: ξ11=2;
Участок 11/: 3 отвода d=50мм: ξ11/=3х0,3=0,9;
1 задвижка d=50мм: ξ11/=0,5;
итого: ξ11/=1,4.
Характеристика сопротивления участка 11:
0,08*10-4*(0,52*47,3+2)=2,13*10-4 Па/(кг/ч)2.
Характеристика сопротивления участка 11/:
0,08*10-4*(0,52*6,2+1,4)=0,37*10-4 Па/(кг/ч)2.
Потеря давления на участке 11:
2,13*10-4*38922=3226,5 Па.
Потеря давления на участке 11/:
0,37*10-4*38922=560,5 Па.
2.2.15 Результаты гидравлического расчета системы.
Результаты гидравлического расчета системы приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2
Сводная таблица результатов гидравлического расчета однотрубной системы водяного отопления
Номер участка
| Тепловая
нагрузка
Q,Вт
| Длина
уч-ка
l,м
| Расход те
плоносит.
G,кг/ч
| Диаметр
уч-ка
D,мм
| Характе-ристика сопротив-ления участка
| Перепад темпе-ратур на стояке
°C
| Потеря давления на участке
P, Па
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1(ст. 1)
|
| 41,5
|
|
| 492,23
| 38,0
| 4225,7
| 2(ст. 2)
|
| 32,2
|
| 15, 20
| 1050,3
| 33,7
| 4225,7
|
|
| 1,3
|
|
| 8,01
| -
| 195,5
| 3'
|
| 1,3
|
|
| 10,88
| -
| 265,5
| 4(ст. 3)
|
| 33,2
|
|
| 1216,4
| 31,5
| 4686,7
|
|
|
|
|
| 4,98
| -
| 237,1
| 5'
|
|
|
|
| 6,09
| -
| 289,9
| 6(ст. 4)
|
| 32,2
|
|
| 1571,8
| 36,5
| 5213,7
|
|
|
|
|
| 1,83
| -
| 139,2
| 7'
|
|
|
|
| 2,03
| -
| 154,4
| 8(ст. 5)
|
| 32,2
|
|
| 1571,8
| 36,9
| 5507,3
|
|
| 0,4
|
|
| 5,6
| -
|
| 9'
|
| 1,5
|
|
| 4,62
| -
| 518,1
|
|
| 2,8
|
|
| 0,52
| -
| 236,6
| 10'
|
| 4,3
|
|
| 0,3
| -
| 136,5
|
|
| 47,3
|
|
| 2,13
| -
| 3226,5
| 11'
|
| 6,2
|
|
| 0,37
| -
| 560,5
|
2.2.16 Общие потери давления в системе и обеспечение гидравлической устойчивости.
Общие потери давления в системе отопления:
Pсист=P11+P11/+P10+P10/+P9+P9/+P8=3226,5+560,5+236,6+136,5+628+518,1+
+5507,3=10813,5 Па,
в том числе без головных участков 11 и 11/:
Pсист-P11-P11/=10813,5-3226,5-560,5=7026,5 Па.
В целях обеспечения гидравлической устойчивости системы отопления доля потерь давления в стояках должна составлять не менее 70% от общих потерь давления в системе (без головных участков). В данном случае имеем:
-доля стояка 5 (участок 8):
78,4% ;
-доля стояка 4 (участок 6):
74,2% ;
-доля стояка 3 (участок 4):
66,7% ;
-доля стояков 1 и 2 (участки 1 и 2):
60,1%.
2.2.17 Подбор водоструйного элеватора.
В результате гидравлического расчета получены следующие основные характеристики:
- расчетный расход воды в системе отопления =3892 кг/ч;
- расчетные потери давления в системе отопления Pсист =10813,5 Па.
Указанные параметры являются исходными для подбора водоструйного элеватора для системы отопления, которая подключается к городским тепловым сетям.
Для определения требуемого давления, развиваемого элеватором, необходимо из расчетных потерь давления в системе отопления вычесть естественное циркуляционное давление, то есть:
Pн=Pсист-Pест
Циркуляционное давление в однотрубных системах с верхней разводкой можно определить по приближенной формуле:
, (2.1)
где g – ускорение силы тяжести, м/с2;
hэс – высота этажестояка, м;
n – количество этажей в здании;
– плотность воды в горячей и обратной магистралях системы отопления, кг/м3;
В нашем случае имеем:
=2806 Па.
Pн=Pсист-Pест=10813,5-2806=8007,5 Па.
С учетом этого результаты гидравлического расчета будут иметь вид:
= 3892 кг/ч = 3,89 т/ч;
Pн = 8007,5 Па = 0,8·101 кПа.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|