В результате гидравлического расчета тепловой сети определяют диаметры всех участков теплопроводов, оборудования и запорно-регули - рующей арматуры, а также потери давления теплоносителя на всех эле­ментах сети. По полученным значениям потерь давления рассчитывают напоры, которые должны развивать насосы системы. Диаметры труб и потери давления на трение (линейные потери) определяют по формуле Дарси

/ w2

А Рл = ^ — — р, (7.1)

Где Арл. — потери давления на трение (линейные), Па; X — коэффициент трения; I, d— длина и диаметр участка трубопровода, м, w— скорость потока, м/с; р — плотность теплоносителя, кг/м3.

Если энергию потока, Дж, отнести к единице силы, Н, получим фор­мулу для расчета потерь напора А Я, м. Для этого все члены уравнения (7.1) следует разделить на удельный вес "y = pg Н/м3:

/ ИУ2

А Я л = А, —— — . (7.2)

D 2 g

Коэффициент трения Я зависит от режима движения жидкости, ха­рактера шероховатости внутренней поверхности трубы и высоты высту­пов шероховатости k.

Движение теплоносителя в водяных и паровых сетях характеризует­ся турбулентным режимом. При относительно небольших значениях числа Рейнольдса (2300^Re^I0d/k3) пристенный ламинарный слой закрывает выступы шероховатости и в результате создается режим гид­равлически гладких труб. Такой режим создается (почти при всех значе­ниях относительной шероховатости k/d, за исключением очень больших. При этом режиме в трубах с шероховатой внутренней поверхностью на­блюдается турбулентное течение с сопротивлением, зависящим от вяз­кости жидкости. Этот режим хорошо описывается формулой Блазиуса:

Я = 0,3164/Re0,25. (7.3)

С развитием турбулентности потока толщина ламинарного слоя уменьшается, выступы шероховатости начинают возвышаться над ним и оказывать сопротивление движению потока. При этом в потоке наблю­дается как вязкостное, так и инерционное гидравлическое сопротивле­ние. Последнее связано со срывом турбулентных вихрей с выступов ше­роховатости. Турбулентные вихри оказывают инерционное сопротивле­ние ускорению, возникающему вследствие перемещения их в зону боль­ших скоростей к оси потока.

Рассмотренные режимы движения относятся к переходному турбу­лентному режиму. Установившийся турбулентный режим характеризу­ется квадратичным законом сопротивления, когда сопротивление обу­словлено наличием инерционных сил и не зависит от вязкости жидкости. Коэффициент трения для этого режима рассчитывают по формуле Б. Л. Шифринсона-

Я, = 0,11 (ks/d)0'25, (7.4)

Где ka — абсолютная эквивалентная равномерно-зернистая шероховатость, которая создает гидравлическое сопротивление, равное действительному сопротивлению трубо­провода; Id — относительная шероховатость.

Предельное число Рейнольдса, разграничивающее переходный и ус­тановившийся турбулентные режимы, равно

Renp = 560 d/k3.

При Re^Renp наблюдается квадратичный закон сопротивления. Определим предельную скорость движения воды, соответствующую квадратичному закону сопротивления. Максимальные расходы воды в тепловых сетях отвечают точке излома графика температур, поэтому предельный режим рассчитаем для температуры воды t = 70°С, при которой v = 0,415-10~6 м2/с. Эквивалентная шероховатость для водяных сетей къ—0,0005 м. Тогда:

Wnx)d d v 0,415-Ю-6

Re =---------------- = 560 — ; да™ = 560 — = 560 „ „ , . = 0,4648 м/с.

V кэ у къ 0,5-10 °

Скорость движения воды в теплопроводах обычно превышает 0,5 м/с, следовательно, в большинстве случаев они работают в области квадра­тичного режима.

Предельную скорость движения пара среднего давления, соответст­вующую границе области квадратичного закона сопротивления, опре­делим при давлении /7=1,28 МПа (абсолютном). При этом давлении температура насыщения /=190°С, а кинематическая вязкость v = = 2,44-Ю-6 м2/с. Предельная скорость при &э=0,0002 м будет равна:

2,44-10~6 0,2-10"

ОУпп = 560 —1--------------- =6,8 м/с.

"Р л о 1 п—о ' '

В паропроводах скорость обычно больше 7 м/с, следовательно, они также работают в области квадратичного режима.

Для насыщенного пара низкого давления при /=115°С, р = 0,17 МПа (абсолютном) и v = 13,27-10—6 м2/с предельная скорость соответственно равна:

13,27-10~6 0,2-10"

Wnb - 560 ----------- !----- ^ о = 37,1 м/с.

"У П О 1П—о ' '

Эта скорость близка к максимальной в паропроводах, поэтому паро­проводы низкого давления работают в основном в области гидравличе­ски гладких труб.

Расчет гидравлического сопротивления для переходного и установив­шегося турбулентных режимов можно вести по универсальной формуле А. Д. Альтшуля:

/ k9 68 .25

При ReЈ3/d<68 эта формула совпадает с формулой Блазиуса (7.3), а при Re&3/d!^>68 она совпадает с формулой Б. J1. Шифринсона (7.4).

При гидравлических расчетах принимают следующие значения абсо­лютной эквивалентной шероховатости внутренней поверхности 1*руб:

Тепловые сети. . Паровые Водяные Горячего водо­

Снабжения и кон - денсатопроводов

Ka, м.......................... 0,0002 0,0005 0,001

Преобразуем уравнение (7.1) для квадратичного режима гидравли­ческого сопротивления, заменив скорость w через массовый расход

^ , л d* G ~w F = У р = tflj ---------------------- р:

, / МО,25 / G2 р 1 n„n,„„ I G2

p,, = 0,11 I —— I ------------------ —---------------------- = 0,089325 —E-5E

" d j d 2 p2 / л d2 2 3 rf5-25 p

ИЛИ

&PJI = SP — = (7.6)

P

Где Sp=0,0893&g'25—-— — гидравлическое сопротивление участка трубопровода при d

Измерении потерь энергии потерями давления.

Если потери энергии измерять потерями напора, тогда уравнение (7.6) примет следующий вид:'*

TOC o "1-3" h z А рл Sp G2 G2

А Нл — ----------- =------------ г - = Sh —Г = SH Vа. (7.7)

Л р g g р2 Я р2 я v /

♦ Удельные потери давления можно выразить следующей зависи­мостью:

^ = = ' (7.8)

Удельное падение давления в трубопроводе Ар&/1 находят по табли­цам или номограммам, составленным по вышеприведенным'формулам. Если по таблице или номограмме определено (АРд//)т при плотности теплоносителя рт, то для тех же значений расхода теплоносителя и диа­метра трубопровода, но при другой плотности р удельное падение дав­ления Ард[1 определится простым пересчетом:

А Рл

I Рт А Рл ( А Рл Рт ^

А Рл Р ' І І 1 г Р

Если требуется определить диаметр трубопровода, по которому дви­жется теплоноситель с плотностью р, по заданным значениям Apn/l и G, а таблицы составлены для рт, тогда его следует находить по удельным потерям давления, пересчитанным на табличную плотность, т. е. по

А рд = А Рд р

/ /т / рт

Как видно, потери давления обратно пропорциональны плотности теплоносителя. Это следует учитывать при расчете, так как таблицы и номограммы составляют при определенной плотности, которую указы­вают на них. Плотность воды слабо зависит от температуры, поэтому некоторое отклонение фактической температуры воды от температуры, при которой составлены номограммы, приводит к незначительной ошиб­ке в определении потерь давления.

Максимальные расходы воды в тепловых сетях отвечают точке изло­ма графика температур, когда температура теплоносителя в падающей линии равна примерно 70°С. Для этой температуры ц следует состав­лять таблицы. Диапазон колебания температур в тепловых сетях 40— 150°С. При этом колебании температур сопротивление сети, рассчитан­ное при 70°С, будет изменяться на ±3%. Следовательно, таблицы, составленные при температуре воды t^TQTC, можно использовать для гидравлических расчетов и при других температурах, если точность расчета в 3% по постановке задачи достаточна.

Решив уравнение (7.8) относительно расхода G, получим *

G = 3,347 pf^0,5 <*2'625 Р0'5 • (7-Ю)

Если определять расходы для одних и тех же значений Дрл// и d, но для разных р, тогда они будут относиться как:

Gx _/ Pi °-5

G3 р2 I

Для воды с температурой 75°С рв = 975 кг/м3, для водяного насыщен­ного пара при температуре около 15042 рп=2,45 кг/м3.

Определим отношения расходов воды и пара с этими параметрами:

Gn І Рп I V 2,45 ) Следовательно, расход воды в 20 раз больше расхода пара при тех же значениях Арл/l и d. Это соотношение использовано при составлении расчетных номограмм, показанных на рис. 7.1—7.3[27]. Номограммы со­ставлены для гидравлического расчета трубопроводов, по которым дви­жется вода или пар при значениях^, равных 0,0002; 0,0005 и 0,001 м.

Потери давления в местных сопротивлениях рассчитывают по фор­муле

W2

А = — р, (7.11)

Где Арм. с — потери давления в местных сопротивлениях расчетного участка (расчет­ный участок выбирают так, чтобы расход на участке и его диаметр были постоянны­ми); — сумма коэффициентов местных сопротивлений, имеющихся на участке; зна­чения коэффициента І приведены в табл. 7.1.

Местное сопротивление

ТАБЛИЦА 7.1. КОЭФФИЦИЕНТЫ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИИ

Местное сопротивление

Задвижка нормальная. Вентиль с косым шпинде

Лем........................................

Вентиль с вертикальным шпинделем.!.... Обратный клапан нормаль

Ный.......................................

Обратный клапан «захлоп ка»

Кран проходной. . . Компенсатор сальниковый Компенсатор 'П-образньгй: с гладкими отводами с крутоизогнутыми от

Водами ..........................

Со сварными отводами Отводы гнутые под углом 90р со складками при Rjd:

3........................

4........................................ . .

Отводы сварные одношов- ные под углом, град-

60.......................................

45........................................

30 . .• .....................

Отводы сварные двухшов- ные под углом 90і" .... Отводы сварные трехшов - ные под углом 90° .... Отводы гнутые под углом 90° гладкие при Rjd:

1 . . .........................

3 ..........................

4....................................

Тройник при слиянии "пото­ков:

Проход* ............................

Ответвление....

Тройник при разделении по­тока: •

Проход* .......

Ответвление. . Тройник при потоке: расходящемся встречном.....

Грязевик ....................................

* Коэффициент Z отнесен к участку с суммарным расходом воды.

(7.12)

Р-

(7.13)

При расчете трубопроводов потери в местных сопротивлениях обыч­но учитывают через эквивалентные им длины. Эквивалентную местным сопротивлениям длину определяют из выражения:

I,

Д Рм. с = 2£ - Г - Р = ^

Отсюда

Ы G, кг/с

ТАБЛИЦА 7.2. ЗНАЧЕНИЯ /э ДЛЯ ТРУБ ПРИ 2£=1 Размеры труб, мм 'э- М, при Къ, м Размеры труб, мм 1э> М, при Аэ, м Условный Наружный ди- 0,0002 0,0005 0,001 Условный Наружный ди- 0,0002 0,0005 0,001 Проход АметрХтол- Проход АметрХтол- Щина стенки ,щина стенки 25 33,5X3,2 0,84 0,67 0,56 350 377X9 21,2 16,9 14,2 32 36X2,5 1,08 0,85 0,72 400 426X9' 24,9 19,8 16,7 40 45X2,5 1,j7- 1,09 0,91 400 426X6 25,4 20,2 17 50 57X3 1,85 1,47 1,24 450 480X7 29,4 23,4 19,7 70 76X3 2,75 2,19 1,84 500 5Й0Х8 33,3 26,5 22,2 80 89X4' 3,3 2,63 2,21 600 630X9 41,4 32,9 27,7 100 106X4 4,3 3,42 2,87 700 720X101 48,9 38,9 32,7 125 133X4 5,68 4,52 3,8 800 820X10 57,8 46 38,7 150 159X4,5 7,1 5,7 4,8 900 920X11 66,8 53,1 44,7 175 194X5 9,2 7,3 6,2 1000 1020X12 76,1 60,5 50,9 200 219X6 10,7 8,5 7,1 1100 1120X12 85,7 68,2 57,3 250 273X7 14,1 11,2 9,4 1200 1220X14 95,2 75,7 63,7 300 325X8 17,6 14 11,8 1400 1420X14 115,6 91,9 77,3

Используя формулы для определения коэффициента трения Я и при­нимая 2£=1, можно получить уравнения для расчета 1Э при 2£=1. В частности, используя формулу Б. Л. Шифринсона (7.4), получаем сле­дующее выражение для 1Э при 2Ј=il:

/э = 9,09 d1,25/^'25. (7.13а)

Рассчитанные по этой формуле значения 1Э при различных значениях

И d приведены в табл. 7.2.

Расчетную приведенную длину участка /пр определяют как сумму фактической и эквивалентной длин на основании следующего соотноше­ния^

% W2 X W[28] "к ьог

Др = Дрл + Арм. с=Т — Р/+Т — Р/Э=Т — Р </ + /.) =

X и>г /4- U

= ~ V Р *пр = д Рл, =Арл (1+сх). (7.14)

А 2 I

Здесь

/пр = / + /э = / (1+а). (7.15)

Где a=h[l — отношение эквивалентной и фактической длин участка, определяющее долю потерь в местных сопротивлениях от линейных потерь. Приближенные значения коэффициента ос можно принимать по табл. 7.3*.

При гидравлическом расчете водяных тепловых сетей, включая сети горячего водоснабжения, СНиП рекомендуют принимать следующие зна­чения удельных потерь давления на трение:

А) для основного расчетного направления от источника тепла до на­иболее удаленного потребителя — до 80 Па/м;

Б) для остальных участков — по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м.'

Скорость движения воды в трубопроводах не должна превышать 3,5 м/с.

Удельные потери давления на трение в паропроводах определяют по располагаемому перепаду давления, при этом скорость движения пара не следует принимать выше значений, приведенных в табл. 7.4.

В ответвлениях к отдельным потребителям допускается увеличение скорости движения пара примерно на 30%.

< зоб 0,5 200—Зі50 0,7 400—500 0 9 600—1000 1,2 Разветвленные тепловые сети £^40» 0,4 0,3 450—1000 0,5 0,4 <150 0,5 0,3 175—200 0,6 0,4 250—300 0,8 0,6 175—250 О, а 0,6 300—350 1 0,8 400—500 1 0,9 600—1ООО 1,2 1

ТАБЛИЦА 7.4 МАКСИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПАРА В ПАРОПРОВОДАХ*

	Л
Перегретого		Насыщенного

Условный проход труб dy, мм

Скорость движения, м/с, пара

ТАБЛИЦА 73 КОЭФФИЦИЕНТ а ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ДЛИН

		Значение коэффициента а
Типы компенсаторов	Условный проод трубы dy, мм	Для паропроводов	Для водяных теп­ловых сетей и конденсатопрово- дов

Сальниковые П-образные с отводами: гнутыми

Транзитные магистрали 5=; юоо о,2

Сварными

Сальниковые П-образные с отводами: Гнутыми

Сварными

35 60

50 80

5^200 >200

См сноску на с 192