Читайте также:
|
|
При розрахунку системи опалення по заданому витраті теплоносія (води) і розташовується циркуляційного тиску необхідно визначити діаметри мережі теплопроводів (трубопроводів). Розглянемо основні положення розрахунку однотрубних вертикальних індустріальних систем водяного опалення з зустрічним рухом теплоносія при постійному перепаді температур в стояках. Розрахунок систем з попутним рухом теплоносія викладено в [5].
Кількість циркуляційних контурів в однотрубних системах дорівнює кількості стояків.
На аксонометричній схемі системи опалення виділяють основний циркуляційний контур. У тупикових системах - це послідовно з'єднані ділянки, по яких теплоносій переміщається від індивідуального теплового пункту по розподільної магістралі до самого віддаленого стояка і по збірній магістралі - до індивідуального теплового пункту (елеваторна вузла). Основний циркуляційний контур поділяють на дільниці; вузли розгалужень ділянок нумерують; стояк приймають за одну ділянку.
На схемі для кожної ділянки вказують теплове навантаження Qуч і довжину lуч. Теплове навантаження - це кількість теплоти, що транспортується або відданої проходять по ділянці теплоносієм (теплове навантаження ділянки дорівнює втрат теплоти приміщеннями, які обслуговує даний ділянка).
Розрахунок системи опалення починають з визначення наявного циркуляційного тиску після ІТП (елеватора), Па:
Δpц = Δрн + БΔрпр, (2.11)
де: Δpн - насосне тиск після елеватора (призначено в завданні або може бути прийнято рівним 1000 Па); Б - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив зміни природного тиску Δpпр при центральному якісному регулюванні на гідравлічний режим системи опалення; в однотрубних системах з верхнім розташуванням розподільних магістралей Б = 1,0, з нижнім Б = 0,4.
Природне тиск за рахунок охолодження води в опалювальних приладах, Па:
- У системах опалення з верхнім розташуванням розподільної магістралі:
pпр = g [hэ(ρn-1-ρr)+…+hэ(ρ1-ρr)+ (ρ0-ρr)], (2.12)
де: g = 9,81 м/с2; hе - висота поверху, м; ρn-1 , ρ1 - щільність води при вході в опалювальний прилад відповідно (n-1)-го і першого поверху; n - кількість поверхів у будинку; ρr, ρ0 - щільність води при розрахунковій температурі води відповідно гарячої tr і зворотної to; (щільність води знаходять по пріл.5 в залежності від температури води, визначеної при розрахунку опалювальних приладів.)
- у системах опалення з нижнім розподілом магістралі (у П - подібних системах):
pпр = 0,13·g·hэ ·n tсис, (2.13)
де Δ tсис визначають за (2.2).
При гідравлічному розрахунку основного циркуляційного контуру рекомендується залишати запас 5-10% наявного тиску на невраховані розрахунком опору:
А = 100%,(2.14)
де ΣΔрк - втрати тиску на розрахункових ділянках основного циркуляційного контуру, Па.
Витрата води на розрахункових ділянках визначаємо за (2.7).
Приступаємо до розрахунку самого віддаленого стояка (Ст.1) і ділянка 1 - 2 і 1 '- 2', які є його продовженням.
Витрата теплоносія, віднесений до швидкості 1м / с, (кг / с,) / (м / с):
Gуч / Vуч. (2.15)
У першому наближенні швидкості води у стояку Vуч приймаємо не менше 0,25 м /с (ця швидкість забезпечує видалення повітря із стояків).
Визначивши витрату теплоносія по (15), по (додаток 6) підбираємо умовний діаметр dу – труби стояка, для якої значення G/v найближче до розрахункового. Гідравлічні характеристики труби: - питомий швидкісний тиск, Па/(кг/с) 2
А= ,(2.16)
де: ρ – щільність води, кг/м3, d – внутрішній діаметр труби, м; характеристика опору 1 м труби, Па/(кг/с) 2
Sтр = А , (2.17)
де: λ/d - усереднене значення приведеного коефіцієнта тертя; λ – коефіцієнт тертя води об стінки труби.
Розрахункова швидкість води в стояку Ст.1, м/с:
Vст1 = Gст/(G/V),(2.18)
Швидкість руху води не повинна перевищувати (по умові безшумності руху) максимальних значень, приведених в прик.10. Повна розрахункова характеристика опору стояка Ст.1, ділянок 1 - 2 та 1' - 2' (далі позначатимемо Sст1). Па/(кг/с) 2:
c т1 = Sэт.ст nэт.ст + Sр.узл nр.узл + Sтр lтр + Sξ, (2.19)
де: Sет.ст – характеристика опору поверхостояків (додаток 7); nет.ст – кількість поверхостояків; Sр.вузл – характеристика опору радіаторних вузлів верхнього поверху (додаток 7); nр.вузл – кількість радіаторних вузлів; Sтр – характеристика опору 1м труби (додаток 6); lтр - загальна довжина прямих ділянок труб, м; Sξ – характеристика опору місцевих опорів, Па/(кг/с) 2
Sξ = A Σξ, (2.20)
де: Σξ – сума коефіцієнтів місцевих опорів на ділянці, що розраховується (додатки 8 і 9); місцевих опорів на кордоні двох ділянок (трійник і тд.) рекомендується включати в ділянку з меншим діаметром. Втрати тиску в Ст.1 і ділянках 1-2 та 1'-2', Па:
∆ pст.1 = . (2.21)
Далі розраховуємо стояк Ст.2. Для стійкої роботи системи опалювання приймаємо циркуляційний тиск, що розташовується, для даного стояка рівним ∆рст.1, тобто:
. (2.22)
Порядок виконання розрахунку:
- Приймають діаметри труб поверхостояків;
- Виписують гідравлічні характеристики труби;
- Знаходять витрату води в стояку Ст.2 по (2.7);
- Розраховують швидкість води в стояку Ст.2 по (2.18);
- Порівнюють її з допустимим значенням;
- Визначають характеристику опору, що розташовується, Па/(кг/с) 2 :
.(2.23)
Обчислюють розрахункову характеристику опору за (2.19) (третій доданок необхідно виключити); Визначають розбіжність перепадів тиску, що розташовуються і розрахунок перепадів тиску, що рівносильне розбіжності між характеристиками опору, що розташовуються і розраховуються:
.(2.24)
Розбіжність допускається в межах (±15)%. Якщо витримати допустиму розбіжність за рахунок зміни діаметрів труб неможливо, то встановлюють додатковий опір (дросельну шайбу). Діаметр отвору дросельної шайби, мм:
, (2.25)
де ∆S – необхідне збільшення характеристики опору стояка або магістралі.
Для зменшення вірогідності засмічення отвору шайби його діаметр рекомендується приймати не менше 3 мм. Після встановлення дросельної шайби втрати тиску в стояку Ст.2 будуть близькі до втрат тиску в стояку Ст.1. Порядок розрахунку ділянок магістральних трубопроводів 2-3 та 2' - 3': визначають витрату води по (2.7); приймають діаметр труб; виписують гідравлічні характеристики труб (з додатку 6); обчислюють швидкість води на ділянках по (2.18); розраховують характеристику опору ділянок, враховуючи (2.17) і (2.20), Па/(кг/с) 2:
, (2.26)
Знаходять втрати тиску на ділянках по (21) Далі розраховують стояк Ст.3. Розташовується циркуляційний тиск стояка Ст.3, Па:
, (2.27)
Подальший розрахунок стояка Ст.3 виконуємо так само, як стояка Ст.2. Ділянки магістралей 3-А і 3'-А' розраховують так само, як ділянки 2-3 і 2'-3'. Визначають вимогу гідравлічної стійкості системи опалювання:
, (2.28)
де ∆pА-Ст.1-А' - втрати тиску в гілці А-Ст.1-А'.
Якщо при першому розрахунку співвідношення (2.28) не задовольняється, то необхідно змінити діаметри магістралей. Загальні магістральні ділянки А-В, А'-В', В- ІТП і В'-ІТП розраховують так само, як ділянки 2-3 та 2'-3'. Розрахунок основного циркуляційного конура вважається завершеним, якщо виконується вимога (2.14).
Приклад. Виконувати гідравлічний розрахунок теплопроводів системи водяного опалювання шестиповерхової цегельної житлової будівлі з непрохідним технічним поверхом і неопалювальним підвалом. Система опалювання приєднана до теплової мережі через елеватор в індивідуальному тепловому пункті (ІТП). У тепломережі температура теплоносіїв гарячого Тг = 105 °С і зворотного Те = 70 °С. Перепад температур теплоносія в системі опалювання ∆ tсис=tг – tо = 105-70 = 35 °C. Опалювальні прилади – чавунні секційні радіатори типа МС-140-108. Система опалювання – проточно – регульована з П - образними стояками (з нижнім розташуванням розподільних магістралей) із зустрічним рухом теплоносія в магістралях (див. рис. 2.4). Насосний тиск ∆pн = 10000 Па. Висота поверху – 2,7 м. Опалювання сходових кліток передбачене повітронагрівачами на перегрітій воді (приєднані до теплової мережі перед елеватором).
Рішення. Основний циркуляційний контур проходить по напрямку руху теплоносія від ІТП через самий видалений стояк Ст.1 і закінчується в ІТП. Розбиваємо основний циркуляційний контур на ділянки. Вказуємо теплове навантаження і довжину кожної ділянки. Природний тиск в системі опалювання за (2.13):
∆pе = 0,13∙9,81∙2,7∙6∙35 = 723 Па.
Циркуляційний тиск, що розташовується, за формулою 2.11:
∆pц = 10000 + 0,4 ∙723 = 10289 Па.
Гідравлічний розрахунок починаємо з останнього по ходу руху теплоносія стояка Ст.1 і ділянок 1-2, 1'-2'. Витрату води в стояку Ст.1 за (2.7):
= = 0,0462 кг/с.
Витрата теплоносія, віднесена до швидкості в 1 м/с, за (2.15) (при цьому приймаємо швидкість не менше 0,25 м/с, ця швидкість забезпечує видалення повітря в системі при русі води зверху вниз):
= = 0,184 (кг/с)/(м/с).
По (додаток 6) підбираємо діаметр стояка Ст.1. Найбільш близьке значення G/V має труба з умовним діаметром 15 мм. З (додаток 6) виписуємо гідравлічні характеристики труби: dу =15 мм, А =1,373•104 Па/(кг/с) 2 λ/d= 2,7 м- 1 , G/V=0,192 (кг/с)/(м/с). Розрахунок швидкості води в Ст.1 по (2.18):
Vст1 = 0,462:0,192 = 0,24 м/с.
Що не перевищує доступного значення швидкості по умові безшумності руху води в трубах (за додатком 10). Розрахункова характеристика опору стояка Ст.1 і участків1-2,1' -2' трубопроводів, що є продовженням цього стояка в підвалі, за (2.19): -десять вертикальних проточно-регульованих поверхостояків висотою 2,7м (додаток 7):
Sэт.ст = 17,7 ∙104 ∙10 = 177,0 ∙104 Па/(кг/с)2;
-два радіаторні вузли верхнього поверху (додаток 7):
Sр.уз= 6,39∙104∙2 = 12,78∙104 Па/(кг/с)2;
-прямі ділянки труб: dу =15мм, горизонтальна ділянка на шостому поверсі – 5,5м, два опускна в підвал - 2•1,0 = 2 м, ділянки 1-2 та 1' -2', що є продовженням стояка Ст.1 – 13 м, загальна довжина – 20,5 м (додаток 6):
Sтр= 3,674∙104 ∙20,5 = 75,32∙104 Па/(кг/с)2;
-місцеві опори (додатки 8 та 9): вентиль на розподільній магістралі ξ =16, пробковий кран на збірній магістралі ξ = 3,5, відведення гнуті 90° (4 шт.) 1,5∙4 = 6,0, відступи на приєднанні стояка Ст.1 до магістралі (2 шт.) 0,8∙2 =1,6, трійник на прохід на розподільній магістралі ξ = 0,3 при діленні потоків:
Gпрх/Gобщ = 0,0462:0,0703 = 0,66;
трійник на прохід на збірній магістралі ξ = 1,5 при злитті потоків:
Gпрх/Gобщ =0,66.
Тоді Σξ= 16+ 3,5+ 6+ 1,6+0,3+ 1,5 = 28,9.
Характеристика опору місцевих опорів за (2.20):
Sξ = 28,9 ∙1,373∙104 = 39,68∙104 Па/(кг/с)2.
Повна розрахункова характеристика опору стояка Ст.1 і ділянок 1-2 та 1′-2′ за (2.19):
= (177,0+12,78+75,32+39,68)∙ 104 = 304,78∙104 Па/(кг/с)2.
Втрати тиску в стояку Ст.1 і ділянках 1-2 і 1′- 2′ за (2.21):
∆ pст.1 = = 304,78 ∙ 104 ∙∙ 0,4622 = 6505,2 Па.
Переходимо до розрахунків стояка Ст.2: у ньому циркуляційний тиск, що розташовується, дорівнює втраті тиску в стояку Ст.1:
= 6505,2 Па.
Витрати води в стояку Ст.2 за (2.7):
= = 0,0241 кг/с.
Діаметр труб поверхостояків і опускній частині стояка Ст.2 приймаємо рівним 15 мм. Гідравлічні характеристики труби такого діаметру:
А=1,373 ∙104 Па/(кг/с)2, λ/d= 2,7 м-1, G/V=0,192 (кг/с)/(м/с).
Розрахункова швидкість води в стояку Ст.2 за (2.18):
Vст2 = 0,0241:0,192 = 0,126 м/с.
Характеристика опору стояка Ст.2, що розташовується, за (2.23):
= 1120,02 ∙ 104 Па/(кг/с)2.
Характеристика опору стояка Ст.2:
п'ять поверхостояків:
Sэт.ст = 17,7 ∙104 ∙10∙5 = 88,5 ∙104 Па/(кг/с)2;
один радіаторний вузол верхнього поверху:
Sр.узл= 6,39∙104∙2 = 12,78∙104Па/(кг/с)2.
прямі ділянки труб стояка: горизонтальна ділянка на шостому поверсі – 0.5 м, опускна частина стояка - 2,7 ∙ 5 = 13,5 м, загальна довжина 0.5+13.5 = 14 м; тоді: Sтр= S∙14 = 3,674∙104 ∙14 = 51,44∙104 Па/(кг/с)2.
приєднання до розподільної магістралі при нижньому розташуванні (додаток 8) - 33,3∙104 Па/(кг/с)2; приєднання до збірної магістралі - 10,89∙104 Па/(кг/с)2; всього (33,3 10,89)∙ 104 = 44,19∙104 Па/(кг/с)2.
Повна розрахункова характеристика опору стояка Ст.2 за (2.19):
= (88,5+6,39+51,44+44,19) ∙104=190,52∙104 Па/(кг/с)2.
За (2.24) знаходимо розбіжність (нев'язку) розташованого та розрахункового перепаду тиску в стояку Ст.2, що рівносильне розбіжності між тією, що розташовується і розраховується характеристиками опору стояка Ст.2:
.
Розбіжність HСт.2 перевищує допустиме значення (±15%) на 83-15=68%. Необхідно збільшити опір стояка Ст.2. Для цього на його підключенні до розподільної магістралі встановлюємо додатковий опір - дросельну шайбу. Діаметр дросельної шайби за (2.25):
.
При установці на стояку Ст.2 дросельної шайби діаметром 3,8 мм розрахункова характеристика опору стояка Ст.2 дорівнюватиме характеристиці опору стояка Ст.2, що розташовується. Втрати тиску в цьому стояку за (2.21):
∆ pст.2 = 1120∙104 ∙0,02412 = 6505,2 Па.
Розраховуємо ділянки магістральних ділянок 2-3 і 2′- 3′.Витрата теплоносія за (2.7):
G2-3 = G2′-3′ = = 0,0703 кг/с.
Приймаємо діаметри труб ділянок dу = 20 мм. Гідравлічні характеристики труб: А = 0,413 ∙104 Па/(кг/с), λ/d = 1,8 м-1, G/V = 0,348 (кг/с)/(м/с), S = 0,755 Па/(кг/с)2.
Розрахункова швидкість води на ділянках за (2.18):
V = 0,0703: 0,348 = 0,20 м/с.
Характеристика опору ділянки 2-3 розподільної магістралі за (2.26):
=(1,8∙6+0,5+4) ∙0,413∙104= 6,32∙104 Па/(кг/с)2.
де: l = 6м, ξпрх = 0,5,
Gпрх/Gобщ = 0,0703: 0,1254 = 0,56 (додаток 9);
ξ = 1∙4 - к. м. с чотирьох відведень 90° гнутих (додаток 8) діаметром 20 мм.
Втрати тиску на ділянці 2-3 за (2.21):
∆ p2-3 = 6,32 ∙ 104 ∙ 0,07032 = 312,3 Па
Характеристика опору ділянки 2′- 3′ по (2.26):
=(1,8 ∙5,5 + 3,0 + 4,0) ∙ 0,413 ∙ 104 = 6,98 ∙ 104 Па/(кг/с)2.
де: l = 5,5м, ξпрх = 3,0 - к. м. с. трійника на прохід в місці приєднання стояка Ст.3 до збірної магістралі при Gпрх/Gобщ = 0,56 ξ = 1∙4= 4 - к. м. с чотирьох відведень 90° гнутих.
Втрати тиску на ділянці 2′- 3′ за (2.21):
∆ p2′-3′ = 6,98 ∙ 104∙ 0,07032 = 344,9 Па.
Розраховуємо стояк Ст.3. циркуляційний тиск, що Розташовується, в нім знаходимо як суму втрат тиску стояка Ст.1 і ділянок 2-3 і 2′- 3′ по (2.27):
∆ pст.3 = 6505+2+312,3+344,9 = 7162,4 Па.
Подальший розрахунок стояка Ст.3 виконуємо аналогічно розрахунку стояка Ст.2. Діаметр труб поверхостояків і опускній частині в підвал стояка Ст.3 приймаємо dу = 15 мм. Гідравлічні характеристики труби вказані раніше.
Витрата води в стояку Ст.3 по (2.7):
= = 0,0551 кг/с.
Розрахункова швидкість води в Ст.3 по (2.18):
Vст3 = 0,0551:0,192 = 0,29 м/с,
що менше допустимого значення швидкості за умовою безшумного руху води в трубах.
Характеристика опору, що розташовується, в стояку Ст.3 по (2.23):
= 235,9∙ 104 Па/(кг/с)2.
Розрахункова характеристика опору стояка Ст.3:
- десять вертикальних проточно-регульованих поверхостояків висотою 2,7 м (додаток7)
Sэт.ст = 17,7 ∙104 ∙10∙ = 177 ∙104 Па/(кг/с)2;
- два радіаторних вузла верхнього поверху (додаток 8)
Sр.уз= 6,39∙104∙2 = 12,78∙104 Па/(кг/с)2 ;
- приєднання до розподільної магістралі при нижньому розташуванні (додаток7) дорівнює 33,3 ∙ 104 Па / (кг/с) 2; приєднання до збірної магістралі становить 10,89 ∙ 104 Па / (кг/с) 2;
- прямий горизонтальну ділянку труби на шостому поверсі (1,0 м) (додаток 6):
Sтр= = 3,674∙104 ∙1 = 3,67∙104 Па/(кг/с)2.
Повна розрахункова характеристика опору стояка Ст.3 за (2.19):
= (177,0+12,78+33,3+10,89+3,67) ∙104=237,64∙104 Па/(кг/с)2.
Нев’язка характеристик опору стояка Ст.3 за (2.24):
.
що менше допустимої не в’язки (± 15%).Втрати тиску в стояку Ст.3 за (2.21):
∆ pст.3 = 237,64∙104 ∙0,05512 = 7214,8 Па.
Визначаємо втрати тиску на ділянках 3-А і 3'-А' магістральних трубопроводів.
Витрата теплоносія на цих ділянках (2.7):
G3-А = G3′-А′ = = 0,1254 кг/с.
Діаметри труб ділянок приймаємо 25 мм. Гідравлічні характеристики труби: А =0,159 ∙ 104 Па / (кг/с) 2, λ / d = 1,4 м-1, G / V = 0,555 (кг/с) / (м/с), S = 0,230 Па/(кг/с) 2.
Розрахункова швидкість води на ділянках за (2.18):
V = 0,1254: 0,555 = 0,23 м/с.
що в межах допустимого значення (додаток10).
Характеристика опору ділянки 3-А розподільної магістралі за (2.26):
= (1,4∙4,3+1,5+1,5) ∙0,159∙104 =1,43∙104 Па/(кг/с)2;
де ξпк, ξтр - к. м. с., відповідно коркового крана і трійника на прохід з поворотом (додаток 8),
ξпк = ξтр = 1,5.
Втрати тиску на ділянці 3-А за (2.21):
∆ p3-А = 1,43∙104 ∙0,12542 = 224,87 Па.
Характеристику опору ділянки 3'-А ' збірної магістралі визначаємо аналогічно ділянці 3-А:
(1,4∙5,3+1,5+3) ∙0,159∙104 =1,90∙104 Па/(кг/с)2.
Втрати тиску на ділянці 3'-А ' за (2.21):
∆ p3′-А′ = 1,90∙104 ∙0,12542 = 298,8 Па.
Втрати тиску на ділянці гілки А-Ст.1-А ':
∆ pА-Ст.1-А = ∆ p3-А +∆ p2-3 + ∆ pС т.1 + ∆ p2′-3′ +∆ p3′-А′ = 224, 9 + 312,3 + 6505,2+344,9 + 298,8 = 7686,1 Па.
Співвідношення втрат тиску в стояку Ст.1 і в гілки А-Ст.1-А ' за (2.28):
Система опалення буде працювати стійко (HСт.1 повинно бути більше 70% за умовою (28). Маємо 84,6%> 70%).
Визначимо втрати тиску на ділянці А-В і А'-В '.
Витрата теплоносія за (2.7):
GА-В = GА′-В′ = = 0,27кг/с.
Діаметр труб ділянок приймаємо dу = 32 мм. Гідравлічні характеристики труби: А = 0,0508 ∙ 104 Па/(кг/с) 2, λ/d = 1,0 м-1, G/V = 0,970 (кг/с)/(м/с), S = 0,050 ∙ 104 Па/(кг/с) 2.
Розрахункова швидкість води на ділянці А-В і А'-В ' за (2.18):
V = 0,27: 0,97 = 0,28 м/с.
що в допустимих межах (додаток 11).
Характеристика опору (2.26):
Ділянки А-В:
(1,0∙5,5+1,5+1,5) ∙0,0508∙104 =0,4318∙104 Па/(кг/с)2
Ділянки А'-В ':
(1,0∙5,5+1,5+3) ∙0,0508∙104 = 0,4823·104 Па/(кг/с)2
Втрати тиску за (2.21):
На ділянці А-В:
∆ pА-В = 0,4318∙104 ∙0,272 = 314,78 Па
На ділянці А-В:
∆ pА′-В′ = 0,508∙104 ∙0,272 = 370,33 Па
Визначимо втрати тиску на ділянці В-ІТП і В'-ІТП ', Витрата теплоносія за (2.7):
Діаметр труб ділянок приймаємо dу = 40 мм. Гідравлічні характеристики труби: А = 0,0297 ∙ 104 Па/(кг/с) 2, λ/d = 0,8 м-1, G/V = 1,29 (кг/с)/(м/с), S = 0,024∙104 Па/(кг/с)2.
Розрахункова швидкість води на зазначених ділянках за (2.18):
V = 0,5566: 1,29 = 0,43 м/с,
що в допустимих межах
Характеристика опору ділянки У-ІТП за (26):
(0,8∙8,3+0,3∙2)∙0,0297∙104 =0,2150∙104 Па/(кг/с)2.
Втрати тиску на ділянці В-ІТП за (2.21):
∆ pВ-ИТП = 0,2150∙104 ∙0,55662 = 666,2 Па.
Втрати тиску на ділянці В '- ІТП' рівні втрат на ділянці В-ІТП так як ділянка В'-ІТП має такі ж геометричні розміри, як і ділянка По - ІТП: чи рівні діаметри труб і їх довжина 8,3 м; обидві ділянки мають по два гнутих відведення 90 °.
Розрахункові втрати тиску в системі опалення за основним циркуляційного контуру ІТП - Ст.1 – ІТП:
Σ∆ pк = 7686,1 +314,8 +370,3 + 666,2 + 666,2 = 9703,6 Па.
Запас наявного тиску знаходиться в допустимих межах 5 +10%.
Таким чином, розрахунок основного циркуляційного контуру завершений.
Дані гідравлічного розрахунку системи водяного опалення наведені в табл.2
Частина 3
Проектування витяжної вентиляції
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 129 | Нарушение авторских прав