Расчет водо- и теплоснабжения

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Определить для условий г. Рязань расчетные тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение пяти кварталов района города (см. рис. 1).

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Район города

Расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления t₀ = -27⁰С. Плотность населения Р = 550 челга. Удельная величина общей площади жилого здания на одного жителя _общ = 18 м²чел. Средняя за отопительный период норма расхода горячей воды на одного жителя в сутки а =115 лсутки.

Решение.

Количество жителей в кварталах m, определяем по формуле

Для квартала №1 количество жителей составит:

m=550=11000 чел

Определим ориентировочную общую площадь жилых зданий кварталовА по формуле

А=18=198000 м²

Приняв (см. приложение №4) для зданий постройки после 1985г величину удельного показателя теплового потока здания на отопление жилых зданий по площади q_о= 87 Вт/м² при t ₀= -27⁰С /Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. -М.: Издательство МЭИ, -1999. -472 с./ - [4, c.439], находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле:

при K₁= 0,25 (коэфф. увеличения нагрузки) получим

Максимальные тепловые потоки на вентиляцию общественных зданий кварталов определяем по формуле (2) [14, c. 14]

при К₂= 0,6 (коэфф. года постройки) получим

По укрупненный показатель теплового потока (приложению №5) на горячее водоснабжение q_h c учетом общественных зданий при норме на одного жителя a = 115 лсутки составит 407 Вт. [4, c. 441]

Среднечасовые тепловые потоки на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле (4) учебного пособия

Суммарный тепловой поток по каждому кварталу и пол всем кварталам Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Для квартала №2

Количество жителей составит:

m= 550=11550 чел

Определим ориентировочную общую площадь жилых зданий кварталовА по формуле

А= 18=207900 м²

Находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле:

При K₁= 0,25 (коэфф. увеличения нагрузки) получим

Максимальные тепловые потоки на вентиляцию общественных зданий кварталов определяем по формуле (2) [14, c. 14]

При К₂= 0,6 (коэфф. года постройки) получим

Среднечасовые тепловые потоки на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле (4) учебного пособия

Суммарный тепловой поток по каждому кварталу и пол всем кварталам Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Для квартала №3 количество жителей составит:

m= 550=9350 чел

Определим ориентировочную общую площадь жилых зданий кварталовА по формуле:

А= 18=168300 м²

Находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле:

При K₁= 0,25 (коэфф. увеличения нагрузки) получим

При К₂= 0,6 (коэфф. года постройки) получим

Среднечасовые тепловые потоки на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле (4) учебного пособия

Суммарный тепловой поток по каждому кварталу и пол всем кварталам Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Для квартала №4 количество жителей составит:

m= 550=13200 чел

Определим ориентировочную общую площадь жилых зданий кварталовА по формуле

А= 18=237600 м²

Находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле:

При K₁= 0,25 (коэфф. увеличения нагрузки) получим

К₂= 0,6 (коэфф. года постройки) получим

Среднечасовые тепловые потоки на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле (4) учебного пособия

Суммарный тепловой поток по каждому кварталу и пол всем кварталам Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Для квартала №5 количество жителей составит:

m= 550=8250 чел

Определим ориентировочную общую площадь жилых зданий кварталовА по формуле

А= 18=148500 м²

Находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле:

При K₁= 0,25 (коэфф. увеличения нагрузки) получим

Максимальные тепловые потоки на вентиляцию общественных зданий кварталов определяем по формуле (2) [14, c. 14]

При К₂= 0,6 (коэфф. года постройки) получим

Среднечасовые тепловые потоки на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле (4) учебного пособия

Суммарный тепловой поток по каждому кварталу и пол всем кварталам Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Таблица 1

Расчёт тепловых потоков

№ квартала	Площадь квартала Fкв, га	Плотность населения P чел/га	Количество жителей m	Общая площадь, А, м2	Тепловой поток, МВт
					Q 0 max	Q v max	Q hm	Q
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1 2 3 4 5	20 21 17 24 15	550 550 550 550 550	11000 11550 9350 13200 8250	198000 207900 168300 237600148500	21,53 22,6 18,3 25,8 16,2	2,58 2,71 2,196 3,1	4,48 4,7 3,805 5,372	26,59 30,01 24,301 34,272
Суммарный тепловой поток по кварталам 1-5:	104,5	12,53	21,72	136,741



2. Регулирование отпуска теплоты на отопление

Для климатических условий г. Рязань выполнить расчет и построение графиков часовых расходов теплоты на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение, а также годовых графиков теплопотребления по продолжительности тепловой нагрузки и по месяцам. Расчётные тепловые потоки района города на отопление Q _{0 max} = 104,5 МВт, на вентиляцию Q _{v max} =12,53МВт, на горячее водоснабжение Q_hm = 21,72 МВт_. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления t₀ = -27⁰C.

Решение.

Определим, используя формулы пересчета (10) и (11) часовые расходы на отопление и вентиляцию при температуре наружного воздуха t_н= +8⁰С. [14, c.13]

МВт

Отложив на графике (см. рис. 2.а) значения и при t_н= +8 ⁰С, а также значения и при t_н= t₀ = -27⁰C и соединив их прямой, получим графики = f (t_н) и = f (t_н). Для построения часового графика расхода теплоты на горячее водоснабжение, определим, используя формулу пересчёта (12), среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение для неотопительного периода

21,7213,9 МВт

График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха, и будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс с ординатой 21,72 МВт для отопительного периода и с ординатой 13,9 МВт для неотопительного периода. Просуммировав ординаты часовых графиков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для диапазона температур t_н= +8 -27 ⁰C и соединив их прямой получим суммарный часовой график . Для построения годового графика теплоты по продолжительности тепловой нагрузки находим продолжительности стояния температур наружного воздуха в часах с интервалом 5⁰C и продолжительность отопительного периода для г. Казань n₀ = 5100 ч. Данные сводим в таблицу №2.

Таблица 2

Продолжительность стояния температур наружного воздуха

Продолжительность стояния, n, час	Температура наружного воздуха
	-40 -35	-35 -30	-30 -25	-25 -20	-20 -15	-15 -10	-10 -5	-5 0	0 +5	+5 +8
n	-	1	12	45	129	353	630	910	1540	1480
Темпера туры	-35 и ниже	-30 и ниже	-25 и ниже	-20 и ниже	-15 и ниже	-10 и ниже	-5 и ниже	0 и ниже	+5 и ниже	+8 и ниже
n	-	1	13	58	187	540	1170	2080	3620	5100

График по продолжительности тепловой нагрузки (см. рис. 2, б) строится на основании суммарного часового графика . Для этого из точек на оси температур (+8, 0, -10, -20, -30) восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с линией суммарного часового графика и из точек пересечения проводим горизонтальные прямые до пересечения с перпендикулярами, восстановленными из точек на оси продолжительности, соответствующих данным температурам. Соединив найденные точки плавной кривой, получим график по продолжительности тепловой нагрузки за отопительный период в течение 5320 часов. Затем построим график по продолжительности тепловой нагрузки за неотопительный период, для чего проведем прямую параллельную оси абсцисс с ординатой равной = 13,9 МВт до расчетной продолжительности работы системы теплоснабжения в году равной 8400 часов.

Рис.2. а - часовые графики теплового потребления б - годовой график по продолжительности тепловой нагрузки

Для построения годового графика теплового потребления по месяцам находим среднемесячные температуры наружного воздуха. Затем, используя формулы пересчета (10) и (11) определим часовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию для каждого месяца со среднемесячной температурой ниже +8 ⁰C. Определим суммарные расходы теплоты для месяцев отопительного периода как сумму часовых расходов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Для месяцев неотопительного периода (с >+8) суммарный расход теплоты будет равен среднечасовому расходу теплоты на горячее водоснабжение = 13,9 МВт. Выполним расчеты для января

МВт

67,58+10,72+21,72= 100,02 МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

МВт

Таблица 3

Среднечасовые расходы теплоты по месяцам года

Среднечасовые расходы теплоты по месяцам	Среднемесячные температуры наружного воздуха
	Ян	Фев	Март	Апр	Май	Июнь	Июль	Авг	Сен	Окт	Нояб	Дек
	-11,1	-10,4	-5,4	4,1	12,6	16,7	20,2	17.6	11,2	4,2	-2,6	-8,2
	58,49	65,95	54,34	32,28	-	-	-	-	-	32,05	47,84	60,84
	10,72	10,47	8,62	4,37	-	-	-	-	-	5,09	7,59	9,65
	21,72	21,72	21,72	21,72	13,9	13,9	13,9	13,9	13,9	21,72	21,72	21,72
	100,02		84,68	59,12	13,9	13,9	13,9	13,9	13,9	58,86	77,15	92,21

Рис. 3 Годовой график теплового потребления по месяцам



3. Расчет и построение температурного графика регулирования тепловой нагрузки на отопление

Построить для закрытой системы теплоснабжения график центрального качественного регулирования отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (повышенный или скорректированный температурный график).

Принять расчетные температуры сетевой воды в подающей магистрали ₁= 105⁰С в обратной магистрали ₂= 70 ⁰С, после элеватора ₃= 95 ⁰С. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления tнро= -27⁰С. Расчетная температура воздуха внутри помещения tв= 18 ⁰С. Расчетные тепловые потоки принять те же. Температура горячей воды в системах горячего водоснабжения tгв = 55⁰С, температура холодной воды t_с= 5⁰С. Балансовый коэффициент для нагрузки горячего водоснабжения _б= 1,2. Схема включения водоподогревателей систем горячего водоснабжения двухступенчатая последовательная.

Решение.

Предварительно выполним расчет и построение отопительно-бытового графика температур с температурой сетевой воды в подающем трубопроводе для точки излома =70 ⁰С. Значения температур сетевой воды для систем отопления ₀₁; ₀₂; ₀₃ определим используя расчетные зависимости (13), (14), (15) для температур наружного воздуха t_н= +8; 0; -10; -23; -27 ⁰С

Определим, используя формулы (16),(17),(18), значения величин

105-70=35°С

95-70 = 25°С

Для tн = +8 °С значения 01, 02,03 соответственно составят:

tн= 0 °С

tн= -10°С

54,25 °С

69,75 °С

tн= -23 °С

tн= -27 °С

Используя расчетные данные и приняв минимальную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе = 70 ⁰С, построим отопительно-бытовой график температур (см. рис. 4). Точке излома температурного графика будут соответствовать температуры сетевой воды = 70 ⁰С, = 45⁰С, = 55,3 ⁰С, температура наружного воздуха = -2,5 ⁰С. Полученные значения температур сетевой воды для отопительно-бытового графика сведем в таблицу 4. Далее приступаем к расчету повышенного температурного графика. Задавшись величиной недогреваt_н= 7 ⁰С определим температуру нагреваемой водопроводной воды после водоподогревателя первой ступени

45-7=38 °С

Определим по формуле (19) балансовую нагрузку горячего водоснабжения

21,72=26,06МВт

По формуле (20) определим суммарный перепад температур сетевой воды в обеих ступенях водоподогревателей

Определим по формуле (21) перепад температур сетевой воды в водоподогревателе первой ступени для диапазона температур наружного воздуха от t_н= +8 ⁰С до t_н = -2,5 ⁰С

Определим для указанного диапазона температур наружного воздуха перепад температур сетевой воды во второй ступени водоподогревателя

8,73-5,8= 2,93 єС

Определим используя формулы (22) и (25) значения величин ₂ и ₁ для диапазона температур наружного воздуха t_н от t_н = -2,5 ⁰С до t₀= -27⁰С. Так, для t_н= -10 ⁰С эти значения составят:

для t_н= -23⁰С

для t_н= -27⁰С

Температуры сетевой воды и в подающем и обратном трубопроводах для повышенного температурного графика определим по формулам (24) и (26).

Так, для t_н= +8 ⁰С и t_н= -2,5 ⁰С эти значения составят

для t_н= -10 ⁰С

Так, для t_н= -23

для t_н= -27 ⁰С

Для построения графика температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после калориферов систем вентиляции в диапазоне температур наружного воздуха t_н= +8 -2,5 ⁰С используем формулу (32)

Определим значение _2v для t_н= +8 ⁰С. Предварительно зададимся значением ⁰С. Определим температурные напоры в калорифере и соответственно для t_н= +8 ⁰С и t_н= -2,5 ⁰С

Вычислим левые и правые части уравнения

Левая часть

Правая часть

Поскольку численные значения правой и левой частей уравнения близки по значению (в пределах 3%), примем значение как окончательное.

Для систем вентиляции с рециркуляцией воздуха определим, используя формулу (34), температуру сетевой воды после калориферов _2v для t_н= t_нро= -27⁰C.

Здесь значения t; ; соответствуют t_н= t_v= -23 ⁰С. Поскольку данное выражение решается методом подбора, предварительно зададимся значением _2v = 51⁰С. Определим значения t_к и t

Далее вычислим левую часть выражения

Поскольку левая часть выражения близка по значению правой (0,991), принятое предварительно значение _2v = 51 ⁰С будем считать окончательным. Используя данные таблицы 4 построим отопительно-бытовой и повышенный температурные графики регулирования (см. рис. 4).

Таблица 4

Расчет температурных графиков регулирования для закрытой системы теплоснабжения

tН	10	20	30	1	2	1П	2П	2V
+8	70	45	55,3	4.4	6,7	74,4	38,3	17
-2,5	70	45	55,3	4,4	6,7	74,4	38,3	44,9
-10	75,95	54,25	69,75					52,5
-23	89,29	66,44	89,19					63,5
-27	130	70	95					51

Рис. 4 Температурные графики регулирования для закрытой системы теплоснабжения ( отопительно-бытовой; --- повышенный)



4. Определение расходов сетевой воды

Построить для открытой системы теплоснабжения скорректированного (повышенного) графика центрального качественного регулирования. Принять балансовый коэффициент _б= 1,2. Принять минимальную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе для точки излома температурного графика ⁰С. Остальные исходные данные взять из предыдущей части.

Решение.

Вначале строим графики температур ,, , используя расчеты по формулам (13); (14); (15). Далее построим отопительно-бытовой график, точке излома которого соответствуют значения температур сетевой воды ⁰С; ⁰C; ⁰C, и температура наружного воздуха ⁰C. Далее приступаем к расчету скорректированного графика. Определим балансовую нагрузку горячего водоснабжения

2?21,72= 26,06MВт

Определим коэффициент отношения балансовой нагрузки на горячее водоснабжение к расчетной нагрузке на отопление

?0,25

Для ряда температур наружного воздуха t_н= +8 ⁰С; -10 ⁰С; -25 ⁰С; -27 ⁰С, определим относительный расход теплоты на отопление по формуле (29);

Например для t_н= +8 составит:

t_н= 1,9

t_н= -10

t_н= -25

t_н= -27

Затем, приняв известные из предыдущей части значения t_c; t_h; ; t определим, используя формулу (30), для каждого значения t_н относительные расходы сетевой воды на отопление .

для t_н= -10 ⁰С составит:

0.995

t_н= 1,9

t_н= 8

t_н= -25

t_н= -27

Температуры сетевой воды в подающем _1п и обратном _2п трубопроводах для скорректированного графика определим по формулам (27) и (28).

Для +8

=52,4 °С

=33,4 °С

Для -10

=91,8 °С

=54,3 °С

Для -25

=122,7°С

=69,085 °С

Для -27

=126,6 °С

=70,86 °С

При значении t_н= +8 ⁰С зададимся предварительно величиной _2v= 23⁰C.

Определим значения t_к и t_к

Далее вычислим левую и правую части выражения

;

Поскольку численные значения левой и правой частей уравнения близки, принятое предварительно значение _2v= 23⁰C,будем считать окончательным. Определим также значения _2v при t_н= t₀= -27 ⁰C. Зададимся предварительно значением _2v= 55⁰C

Вычислим значения t_к и

0,5• (130+55) - 0,5 • (18-27) = 97 °С

0,5• (89,29 +66,44) - 0,5 • (18-23) = 83,3 °С

978

Полученные значения расчетных величин сведем в таблицу 3.5

Таблица 5

Расчет повышенного (скорректированного) графика для открытой системы теплоснабжения

tн	10	20	30	Q0	G0	1п	2п	2v
+8	60	40,4	48,6	0,22	0,7	52,4	33,4	23
1,9	60	40,4	48,6	0,36	0,854	66,3	41,1	40,4
-10	75,95	54,25	69,75	0,62	0,995	91,8	54,3	54,35
-25	89,29	66,44	89,19	0,96	1,07	122,7	69,085	66,482
-27	130	70	95	1	1,075	126,6	70,86	55

Используя данные таблицы 5, построим отопительно-бытовой, а также повышенный графики температур сетевой воды.

Рис. 5 Отопительно - бытовой ( ) и повышенный (----) графики температур сетевой воды для открытой системы теплоснабжения



5. Гидравлический расчет магистральных теплопроводов двухтрубной водяной тепловойсети закрытой системы теплоснабжения

5.1 Расчёт и построение пьезометрического графика сети

Провести гидравлический расчет двухтрубной водяной тепловой сети и построить ее пьезометрический график.

Схема тепловой сети показана на рис. 5.17, а и б, а геодезический профиль сети и высота абонентских систем нанесены на рис. 5.17, в.

К тепловой сети присоединены по зависимой схеме пять отопительных установок, имеющие следующие расчетные расходы воды:

Индекс установки............... А Б В Г Д

Расход воды, кг/с................103 108 88 124 78

Средняя температура воды в сети ф_ср = 75 °С,

средний удельный вес воды г_ср= 9550 Н/м. Расчетная температура воды в подающей линии тепловой сети ф'₁ =150 °С.

На всех абонентских вводах должен быть обеспечен располагаемый напор ?Н_аб. ? 15 м.

Располагаемый напор на коллекторах станции ?Н_С = 85 м.

Ниже приведены длины отдельных участков тепловой сети по трассе:

Номер участка........ 0-1 1-2 2-3 2-6 3-7 3-8

?, м.............................. 250 250 200 200 100 200

На трубопроводах тепловой сети установлены следующие местные сопротивления:

· задвижки в начале и конце каждого участка на подающей и обратной линиях;

· 10 отводов под углом 90° на каждый километр трубопровода;

· 10 сальниковых компенсаторов на каждый километр трубопровода.

Решение.

Согласно порядку предварительного расчета:

1) выбираем из условия расположения абонентов статический напор тепловой сети Н_ст = 50 м и наносим его на пьезометрический график (линия SS). При этом статическом напоре обеспечивается избыточное давление в верхних точках отопительных установок, а пьезометрический статический напор в наиболее низких точках системы (отопительная установка А) не превышает допустимого значения эксплуатации чугунных радиаторов - 60 м;

2) намечаем вид графика гидродинамических напоров. Располагаемая потеря напора в сети Н_ст ? Н_а = 85 ? 15 = 70 м.

Наиболее просто эту потерю напора распределить поровну между подающей и обратной линиями тепловой сети, т.е. принять дНп = дНо = 35 м. В этом случае полные напоры в подающем и обратном коллекторах на станции составят Н_о = 10 м,(Н_{доп. чугун} -Н_ст);Н_п = 95 м

Пьезометрический напор в наиболее высокой точке сети 3 в подающей линии Н_п3 = Н_п - дНп - (Н_о - ?Н_аб ) = 95 - 35 - 25 = 35 м. При таком пьезометрическом напоре невскипание воды обеспечивается при ф',= 150 °С;

3) выбираем расчетную магистраль. Поскольку на всех абонентских вводах должен быть обеспечен один и тот же располагаемый напор ?Н_аб = 15 м, то расчетной магистралью является линия, соединяющая станцию с наиболее удаленным абонентом. В данном случае расчетной является магистраль 0-1-2-3-8.

Длина расчетной магистрали равна сумме составляющих магистраль длин - ?_0-8= 900м;

4) определяем на основе исходного задания и данных приложения 10/Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. -М.: Издательство МЭИ, -1999. - с. 444/ сумму коэффициентов местных сопротивлений ?о на участке 0-1:

Падение давления на участке 0-1

=9,2847 Па

Расход отопительной воды на участке 0-1

G = 103+108+88+124+78= 501 кг/с.

По формуле (5.24, б) определяем долю местных сопротивлений на этом участке

5) предварительно вычисляем удельное линейное падение давления и диаметр участка 0-1:

по формуле (5.16) находим диаметр участка

Проверочный расчет

1. Выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр магистральной трубы d'_0-1=466мм.

2. По формуле (5.15) или номограмме рис. 5.8 определяем удельное линейное падение

3. По формуле (5.21) рассчитываем эквивалентную длину местных сопротивлений участка 0-1

60,74,5=100м

4. По формуле (5.25) вычисляем падение давления на участке 0-1

188,4(250+100)=65940 Па

5. Потеря напора на участке 0-1

м

6. Поскольку потеря напора на участке 0-1 в подающем и обратном трубопроводах сети одинакова, то располагаемый напор в точке 1 тепловой сети

?Н'_0-1 = Нс ? 2дН'_0-1 = 85 ? 2•6,9 = 71,2 м.

Аналогично рассчитаем участок 1-2:

2

=9,2847 Па

Расход отопительной воды на участке 1-2

G = 88+124+78= 290 кг/с.

По формуле (5.24, б) определяем долю местных сопротивлений на этом участке

5) предварительно вычисляем удельное линейное падение давления и диаметр участка 1-2:

по формуле (5.16) находим диаметр участка

Проверочный расчет

1. Выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр магистральной трубы d'_1-2= 359 мм.

2. По формуле (5.15) или номограмме рис. 5.8 определяем удельное линейное падение

3. По формуле (5.21) рассчитываем эквивалентную длину местных сопротивлений участка 1-2

60.74,5=76 м

4. По формуле (5.25) вычисляем падение давления на участке 1-2

=248(250+76)= 80848 Па

5. Потеря напора на участке 1-2

м

6. Поскольку потеря напора на участке 1-2 в подающем и обратном трубопроводах сети одинакова, то располагаемый напор в точке 1 тепловой сети

?Н'_1-2= Нс ? 2дН'_1-2 = 85 ? 2 •8,5= 68 м.

Участок 2-3:

20.5+2+20.2=3.8

=7,4278 Па

Расход отопительной воды на участке 2-3

G = 124+78= 202кг/с.

По формуле (5.24, б) определяем долю местных сопротивлений на этом участке

5) предварительно вычисляем удельное линейное падение давления и диаметр участка 2-3:

по формуле (5.16) находим диаметр участка

Проверочный расчет

1. Выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр магистральной трубы d'_2-3= 309 мм.

2. По формуле (5.15) или номограмме рис. 5.8 определяем удельное линейное падение

3. По формуле (5.21) рассчитываем эквивалентную длину местных сопротивлений участка 2-3

60,73,8=53 м

4. По формуле (5.25) вычисляем падение давления на участке 2-3

264,6(200+53)=66943,8

5. Потеря напора на участке 2-3

м

6. Поскольку потеря напора на участке 2-3 в подающем и обратном трубопроводах сети одинакова, то располагаемый напор в точке 1 тепловой сети

?Н'_2-4= Нс ? 2дН'_2-4 = 85 ? 2 •7= 71 м.

Участок 2-6

3.8

==7,4277 Па

Расход отопительной воды на участке 2-6

G = 88 кг/с.

По формуле (5.24, б) определяем долю местных сопротивлений на этом участке

5) предварительно вычисляем удельное линейное падение давления и диаметр участка 2-6:

по формуле (5.16) находим диаметр участка

Проверочный расчет

1. Выбираем ближайший стандартный внутренний диаметр магистральной трубы d'_2-6= 259 мм

2. По формуле (5.15) или номограмме рис. 5.8 определяем удельное линейное падение

3. По формуле (5.21) рассчитываем эквивалентную длину местных сопротивлений участка 2-6

60,73,8=43м

4. По формуле (5.25) вычисляем падение давления на участке 2-6

= 13(200+43) =3159

5. Потеря напора на участке 2-6

=0,33м

6. Поскольку потеря напора на участке 2-6 в подающем и обратном трубопроводах сети одинакова, то располагаемый напор в точке 1 тепловой сети

?Н'_2-6= Нс ? 2дН'_2-6 = 85 ? 2 •0,33 = 84,34 м.

Результаты расчета всех участков магистрали приведены ниже:

№	G,	Rл,	d,мм	, мм	.	Lэ,м	, Па	,м	H,м
0-1	501	267,2	430	466	188,4	100	65940	6,9	71,3
1-2	290	284,2	344	359	248	76	80848	8,5	68
2-3	202	292,4		309	246,6	53	66944	7	71
2-6	88	314,7	215	259	13	43	3159	0,33	84,34

5.2 Гидравлические режимы водяных тепловых сетей

Расчетная схема теплосети от источника теплоты (ИТ) до кварталов города (КВ) приведена на рис.6. Для компенсации температурных деформаций предусмотреть сальниковые компенсаторы. Удельные потери давления по главной магистрали принять в размере 30-80 Па/м.

Рис. 6 Расчетная схема магистральной тепловой сети

Решение.

Расчет выполним для подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную и загруженную ветвь теплосети от ИТ до КВ 4 (участки 1,2,3) и приступим к ее расчету. По таблицам гидравлического расчета, приведенным в литературе [6,7], а также в приложении №12 учебного пособия, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3 диаметры трубопроводов d_нxS, мм, фактические удельные потери давления R, Па/м, скорости воды V, м/с.

По известным диаметрам на участках главной магистрали определим сумму коэффициентов местных сопротивлений и их эквивалентные длины Lэ. Так, на участке 1 имеется головная задвижка ( = 0,5), тройник на проход при разделении потока ( = 1,0). Количество сальниковых компенсаторов ( = 0,3) на участке определим в зависимости от длины участка L и максимального допустимого расстояния между неподвижными опорами l. Согласно приложению №17 учебного пособия для D_у= 400 мм это расстояние составляет 140 метров. Следовательно, на участке 1 длиной 200 м следует предусмотреть два сальниковых компенсатора. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит

= 0,5+1,0 + 2 0,3 = 2,1

По приложению №14 учебного пособия (при К_э= 0,0005м) эквивалентная длина l_э для = 1,0 равна 14 м. Эквивалентная длина участка L_э составит

L_э= l_э = 14 2,1 = 29,4 м

Далее определим приведенную длину участка L_п

L_п=L + L_э= 200 + 29,4 = 229,4 м

Затем определим потери давления P на участке 1

P = R L_п = 177,4 229,4 = 40695,56 Па

Аналогично выполним гидравлический расчет участков 2,3,8 главной магистрали (см. табл. 6 и табл.7).

На участке 2 длиной 350 м следует предусмотреть четыре сальниковых компенсатора. Для D_у= 300 мм это расстояние составляет 100 метров. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит

= 0,5+1,0 + 4 0,3 = 2,7

По приложению №14 учебного пособия (при К_э= 0,0005м) эквивалентная длина l_э для = 1,0 равна 14 м. Эквивалентная длина участка L_э составит

L_э= l_э = 14 2,7 =37,8 м

Далее определим приведенную длину участка L_п

L_п=L + L_э= 350 + 37,8 = 387,8 м

Затем определим потери давления P на участке 2

P = R L_п = 240,9 387,8 = 93421 Па

На участке 3 длиной 100 м следует предусмотреть два сальниковых компенсатора. Для D_у= 300 мм это расстояние составляет 100 метров. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит

= 0,5+1,0 + 2 0,3 = 2,1

По приложению №14 учебного пособия (при К_э= 0,0005м) эквивалентная длина l_э для = 1,0 равна 14 м. Эквивалентная длина участка L_э составит

L_э= l_э = 14 2,1 = 29,4 м

Далее определим приведенную длину участка L_п

L_п=L + L_э= 100 + 29,4 = 129,4 м

Затем определим потери давления P на участке 3

P = R L_п = 104,9 129,4 = 13574 Па

На участке 8 длиной 300 м следует предусмотреть три сальниковых компенсатора. Для D_у= 300 мм это расстояние составляет 100 метров. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит

= 0,5+1,0 + 3 0,3 = 2,1

По приложению №14 учебного пособия (при К_э = 0,0005м) эквивалентная длина l_э для = 1,0 равна 14 м. Эквивалентная длина участка L_э составит

L_э= l_э = 14 2,1 = 29,4 м

Далее определим приведенную длину участка L_п

L_п=L + L_э= 300 + 29,4 = 329,4 м

Затем определим потери давления P на участке 3

P = R L_п = 51 329,4 = 16799,4 Па

Далее приступаем к расчету ответвлений. По принципу увязки потери давления P от точки деления потоков до концевых точек (КВ) для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Поэтому при гидравлическом расчете ответвлений необходимо стремиться к выполнению следующих условий:

P₄₊₅ = P_2+3+8; P₆ = P₃₊₈; P₈ = P₇

Исходя из этих условий, найдем ориентировочные удельные потери давления для ответвлений. Так, для ответвления с участками 4 и 5 получим

Коэффициент , учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления, определим по формуле

Тогда

Ориентируясь на R = 18,7 Па/м определим по таблицам гидравлического расчета диаметры трубопроводов, удельные потери давления R, скорости V, потери давления Р на участках 4 и 5. Аналогично выполним расчет ответвлений 6 и 7, определив предварительно для них ориентировочные значения R.

Таблица 6

Расчет эквивалентных длин местных сопротивлений

№ участка	dн х S, мм	L, м	Вид местного сопротивления		Кол-во		lэ,м	Lэ,м
1	630x10	200	1. задвижка 2. сальниковый компенсатор 3. тройник на проход при разделении потока	0.5 0.3 1.0	1 3 1	2,4	32,9	79
2	480x10	350	1. внезапное сужение 2. сальниковый компенсатор 3. тройник на проход при разделении потока	0.5 0.3 1.0	1 6 1	3,3	23,4	77
3	426x10	100	1. внезапное сужение 2. сальниковый компенсатор 3. задвижка	0.5 0.3 0.5	1 4 1	2,2	20,2	44,4
4	426x10	100	1.тройник на ответвление 2. задвижка 3. сальниковый компенсатор 4. тройник на проход	1.5 0.5 0.3 1.0	1 1 4 1	4.2	20.2	85
5	325x8	250	1. сальниковый компенсатор 2. задвижка	0.3 0.5	4 1	1.7	14	24
6	325x8	300	1. тройник на ответвление 2. сальниковый компенсатор 3. задвижка	1.5 0.5 0.5	1 2 2	3.5	14	49
7	325x8	200	1.тройник на ответвление при разделении потока 2.задвижка 3.сальниковый компенсатор	1.5 0.5 0.3	1 2 2	3.1	14	44



6. Подбор сетевых и подпиточных насосов

Для закрытой системы теплоснабжения работающей при повышенном графике регулирования с суммарным тепловым потоком Q = 307 МВт и с расчетным расходом теплоносителя G = 3065 т/ч подобрать сетевые и подпиточные насосы. Потери напора в теплофикационном оборудовании источника теплоты H_ист= 35 м. Суммарные потери напора в подающей и обратной магистралях тепловой сети H_под+H_обр= 70м. Потери напора в системах теплопотребителейH_аб= 40 м. Статический напор на источнике теплоты H_ст= 40 м. Потери напора в подпиточной линии H_пл= 15 м. Превышение отметки баков с подпиточной водой по отношению к оси подпиточных насосов z = 5 м.

Решение.

Требуемый напор сетевого насоса определим по формуле (62) учебного пособия

30+70+40=140 м

где - потери напора в установках на источнике теплоты (при отсутствии более точных данных, могут быть приняты равными 30 м);

- потери напора в подающем трубопроводе;

- потери напора в обратном трубопроводе;

- потери напора в местной системе теплопотребления (не менее 40м).

Подача сетевого насоса G_сн должна обеспечить расчетный расход теплоносителя G_d

G_сн= G_d= 3065 т/ч

По приложению №20 методического пособия принимаем к установке по параллельной схеме три рабочих и один резервный насосы СЭ 1250-140 обеспечивающие требуемые параметры при некотором избытке напора, который может быть сдросселирован на источнике теплоты. КПД насоса составляет 82%.

Требуемый напор подпиточного насоса H_пнопределяем по формуле (66) учебного пособия

м

Подача подпиточного насоса G_пнв закрытой системе теплоснабжения должна компенсировать утечку теплоносителя G_ут. Согласно методическим указаниям величина утечки принимается в размере 0,75% от объема системы теплоснабжения V_сист. При удельном объеме системы 65 м³/МВт и суммарном тепловом потоке Q = 307 МВт объем системы V_сист составит

V_сист= 65 Q = 65 307 = 19955 м³

Величина утечки G_ут составит

G_ут= 0,0075 V_сист= 0,0075 19955 = 149,7 м³/ч

По приложению №21 методического пособия принимаем к установке по параллельной схеме два рабочих и один резервный насосы К 90/55 обеспечивающие требуемые параметры с небольшим избытком напора (8 м) с КПД 70%.



7. Подбор подпиточных насосов

Для открытой системы теплоснабжения подобрать сетевые и подпиточные насосы. Среднечасовой расход сетевой воды на горячее водоснабжение в системе G_hm= 477 т/ч. Максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение G_hmax= 1400 т/ч. Остальные исходные принять из примера 3.6. Требуемый напор сетевого насоса H_сн= 120 м.

Решение:

Требуемую подачу сетевого насоса G_сн для открытой системы определим по формуле (65) учебного пособия, т/ч.

3065+1.4?477=3733т/ч

По приложению №20 принимаем к установке четыре рабочих насоса СЭ 1250-140 и один резервный, обеспечивающие суммарную подачу 3733 т/ч с некоторым избытком напора при КПД 81%. Для подбора подпиточного насоса при его требуемом напоре H_пн= 50 м, определим его подачу по формуле (68) учебного пособия

G_пн= G_ут+G_hmax

Величина утечки при удельном объеме 70 м³ на 1 МВт тепловой мощности системы составит:

G_ут= 0,0075 V_сист= 0,0075 70 Q = 0,0075 70 307 = 161,2 м³/ч

Требуемая подача подпиточного насоса G_пн составит

G_пн= G_ут+ G_hmax= 161,2+ 1400 = 1561.2 т/ч

По приложению №21 принимаем к установке по параллельной схеме два рабочих и один резервный насосы Д2000-21 обеспечивающие требуемые параметры с КПД 80%.



8. Расчет самокомпенсации

Определить изгибающее напряжение от термических деформаций в трубопроводе диаметром d_н= 159 мм у неподвижной опоры А (рис.7) при расчетной температуре теплоносителя = 150 ⁰С и температуре окружающей среды t_о= -31⁰С. Модуль продольной упругости стали Е = 2x10⁵ МПа, коэффициент линейного расширения = 1,25x10^-5 1/⁰C. Сравнить с допускаемым напряжением _доп= 80 МПа

Рис. 7

Решение.

Определим линейное удлинение L₁ длинного плеча L₁

L₁= L₁ ( - t_o) = 1,25x10^-5 45 (150 + 31) = 0,102 м

При = 30⁰ и n = L₁/L₂ = 3 по формуле (88) находим изгибающее напряжение у опоры А

Мпа

Полученное изгибающее напряжение превышает допускаемое _доп= 80 МПа. Следовательно данный угол поворота не может быть использован для самокомпенсации.



9. Расчет тепловой изоляции

Определить по нормируемой плотности теплового потока толщину тепловой изоляции для двухтрубной тепловой сети с d_н= 159 мм, проложенной в канале типа КЛП 90x45. Глубина заложения канала h_к= 1,0 м. Среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопроводов t ₀ = 4 ⁰С. Теплопроводность грунта _гр= 2,0 Вт/м град. Тепловая изоляция - маты из стеклянного штапельного волокна с защитным покрытием из стеклопластика рулонного РСТ. Среднегодовая температура теплоносителя в подающем трубопроводе ₁ = 86 ⁰С, в обратном ₂ = 48 С.

Решение.

Определим внутренний d_вэ и наружный d_нэ эквивалентные диаметры канала по внутренним (0,90,45м) и наружным (1,080,61м) размерам его поперечного сечения

Определим по формуле (74) термическое сопротивление внутренней поверхности канала R_пк

Определим по формуле (75) термическое сопротивление стенки канала R_к, приняв коэффициент теплопроводности железобетона .

Определим по формуле (76) при глубине заложения оси труб h = 1,3 м и теплопроводности грунта термическое сопротивление грунта R_гр

=

Приняв температуру поверхности теплоизоляции 40 ⁰С, определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего t_тп и обратного t_то трубопроводов согласно:

Определим также коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции (матов из стеклянного штапельного волокна) для подающего , и обратного , трубопроводов:

= 0,042 + 0,00028 t_тп= 0,042 + 0,00028 63 = 0,06 Вт/( м ⁰С)

= 0,042 + 0,00028 t_то= 0,042 + 0,00028 44= 0,054 Вт/( м ⁰С)

Определим по формуле (73) термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя, приняв предварительно толщину слоя изоляции _и= 50 мм = 0,05 м

Примем по приложению №16 методического пособия, нормируемые линейные плотности тепловых потоков для подающего q₁₁ = 41,6 Вт/м и обратного q₁₂ = 17,8 Вт/м трубопроводов. Определим суммарные термические сопротивления для подающего R_tot,1 и обратного R_tot,2 трубопроводов при К₁= 0,8 (см. приложение №20)

м⁰С/Вт

м⁰С/Вт

Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего и обратного трубопроводов

Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего R_кп и обратного R_ко трубопроводов, м град/Вт

м⁰С/Вт

м⁰С/Вт

Определим требуемые толщины слоев тепловой изоляции для подающего _к1 и обратного _к2



10. Расчет компенсаторов

10. 1. Определить размеры П-образного компенсатора и его реакцию для участка трубопровода с длиной пролета между неподвижными опорами L = 100 м. Расчетная температура теплоносителя ₁= 150 ⁰С. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления t₀ = -31⁰С. Учесть при расчетах предварительную растяжку компенсатора.

Решение.

Приняв коэффициент температурного удлинения = 1,2010^-2 мм/м⁰С, определим расчетное удлинение участка трубопровода по формуле (81):

l= L (₁ - t₀) = 1,20 10^-2 100 (150 + 31) = 218 мм

Расчетное удлинение l_р с учетом предварительной растяжки компенсатора составит

l_р= 0,5 l = 0,5 218 = 109 мм

По приложению №23, ориентируясь на l_p, принимаем П-образный компенсатор имеющий компенсирующую способность l_к= 120 мм, вылет H = 1,8 м, спинку с = 1,56 м. По приложению №24 определим реакцию компенсатора Р при значении Р_к= 0,72 кН/см и l_р= 10,9 см

Р = Р_кl_р= 0,72 10,9 = 7,85 кН



11. Расчет усилий в неподвижных опорах теплопровода

Определить горизонтальное осевое усилие H_гона неподвижную опору Б. Определить вертикальную нормативную нагрузку F_v на подвижную опору.

теплопровод отопление температурный тепловой

Схема расчетного участка приведена на рис.8 Трубопровод с d_нxS = 159x6 мм проложен в техподполье. Вес одного погонного метра трубопровода с водой и изоляцией G_h= 513 Н. Расстояние между подвижными опорами L = 7 м. Коэффициент трения в подвижных опорах = 0,4. Реакция компенсатора P_к= 7,85 кН. Сила упругой деформации угла поворота P_х= 0,12 кН.

Решение.

Расчет горизонтальных усилий H_гона опору Б для различных тепловых режимов работы трубопровода выполним по формулам приведенным в 7. стр.236:

H_го= P_к+G_hL₁- 0,7 G_hL₂ = 7850 + 0,4 513 50 - 0,7 0,4 513 30 =13801 Н

H_го= P_к+G_hL₂ - 0,7 G_hL₁ = 7850 + 0,4 513 50 - 0,7 0,4 513 50 = 6824 Н

H_го=P_х+...