Гидравлический расчет, устойчивость и режим сети

В гидравлический расчет сети теплопроводов входит определение диаметров трубопроводов, потерь давления в них, давлений в различных точках сети и выбор оборудования обеспечивающего нормальную эксплуатацию и транспортировку теплоносителя.

Давление

В гидравлических расчетах применяется понятие о давлении газа (воздуха), жидкости, как о силе, приходящейся на единицу площади. Различают давление статическое, динамическое и суммарное, или полное.

• Статическое давление характеризует степень сжатия газа или жидкости. Давление газа, как правило, измеряется в килограммах на 1 м2 или в миллиметрах водяного столба. Давление жидкости, а иногда и газа измеряют в килограммах на 1 см2.Давление отсчитывают от абсолютного вакуума. Абсолютное статическое давление всегда положительное, тогда как избыточное может быть отрицательным.
• Динамическое давление представляет собой кинетическую энергию 1 м3 газа или 1 л жидкости; оно пропорционально квадрату скорости и плотности. Динамическое давление всегда положительное и измеряется в тех же единицах, что и статическое.
• Суммарное (полное) давление, так же как его составляющие, отсчитывается от абсолютного нуля или от а атмосферного давления.При определенных условиях статическое и динамическое давления могут взаимно преобразовываться одно в другое,

Потери в трубопроводах

При движении теплоносителя по трубам на стенках возникает трение, на преодоление которого затрачивается энергия. Этот вид потерь в прямых участках труб нарывают линейными потерями. Существуют два режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Ламинарным называется режим струйного течения, характеризующийся отсутствием пересечения траекторий отдельных частиц жидкости (газа). Турбулентное течение протекает беспорядочно.

При ламинарном движении потери на трение обусловливаются исключительно вязкостью жидкости или газа. При турбулентном движении потери давления пропорциональны приблизительно второй степени скорости движения.

Потери давления на трение при турбулентном движении во много раз превосходят потери, имеющие место при ламинарном движении. Коэффициент трения при ламинарном движении обратно пропорционален числу Rе.

При больших значениях Re следует пользоваться формулой сопротивления для шероховатых труб (приводится в любой справочной литературе). Вопрос состоит в определении шероховатости трубопроводов.Значения выступов шероховатости рекомендуется принимать:

Потери на трение для квадратных и прямоугольны каналов определяют по данным для круглых труб путей замены прямоугольных каналов круглыми трубами с эквивалентными диаметрами (по трению).

При движении теплоносителя в кривых участка труб, в арматуре, фасонных частях и компенсаторах потери давления происходят в основном из-за вихреобразования и удара. Суммарные потери давления в теплопроводах складываются из линейных и местных. При расчете диаметров сети исходят из того, что напор системе должен преодолеть гидравлические сопротивления, возникающие при перемещении по ним расчетного количества теплоносителя: Коэффициенты местных сопротивлений для различных видов оборудования и арматуры тепловых сетей приведены в справочниках По величине давления и потерь выбирают сечение трубопроводов

Рекомендации по выбору труб

При расчете получающиеся диаметры труб следует округлять до стандартных по ГОСТ.

Выполняя расчеты трубопроводов, необходимо стремиться к тому, чтобы на вводах или у отдельных потребителей не было больших избытков давления, так как это может привести к разрегулировке сетей в процессе эксплуатации и отставанию снабжения теплом дальних потребителей вследствие излишнего поступления его в ближайшие участки системы. Кроме того, избыточное поступление тепла в ближние участки приведет к уменьшению перепада температуры между прямой и обратной магистралью.

Гидравлическая устойчивость сетей

Под гидравлической устойчивостью сети, по которой транспортируется жидкость или газ, следует понимать способность ее поддерживать стабильность распределения жидкости или газов по отдельным участкам сети, установленного начальной или эксплуатационной регулировкой.

Гидравлическая устойчивость сети определяется отношением гидравлических потерь в отдельных ответвлениях к гидравлическим потерям в трубопроводе (воздуховоде). Чем больше это отношение, тем выше гидравлическая устойчивость сети (системы).

Расход газов или жидкости в сети или в каждом отдельном участке — ветви системы отопления или вентиляции зависит от проводимости последнего (включая регулировочные органы) и напора перед ними. Под проводимостью следует понимать расход газов (жидкости) па данном участке при потере напора 1 кгс/м2.

Все участки-ветви системы связаны между собой магистральным трубопроводом. Если в какой-либо ветви изменится расход, то произойдет изменение давления, а, следовательно, и напора на всех участках системы. В соответствии с этим изменятся и расходы среды, транспортируемой на всех участках.

Если выключить из системы одного потребителя, то напор в целом уменьшится, уменьшится также и давление на магистраль, а свободный напор перед потребителями воздуха увеличится, что будет способствовать некоторому возрастанию расхода воздуха у всех потребителей. При дополнительном расходе воздуха в какой-либо ветвью системы произойдет обратное явление, т. е. у всех ОСТАЛЬНЫХ потребителей расход уменьшится.

Наибольшая разрегулировка потребителей систем произойдет в том случае, когда останется включении только один потребитель. В этом случае падение давления в магистральной сети будет минимальным, а напор перед ветвью приблизится к напору, развиваемому вентилятором.

При этом режиме будет достигнут максимальный расход и устойчивость для одного работающего потребителя, а в целом система будет предельно разрегулированной. Исходя из этих соображений, определяется критерий гидравлической устойчивости сети. Его величина, равная 0,5 условно может быть принята границей между зонами устойчивости и неустойчивости сети.