При проектуванні та експлуатації теплових мереж поряд із тиском широко користуються також іншою одиницею гідравлічного потенціалу – напором. Натиск є тиск, виражене в лінійних одиницях (зазвичай метрах) стовпа тієї рідини, яка передається трубопроводом.
Натиск і тиск пов'язані наступною залежністю
Н = р/ρg, (1)
де H - натиск, м;
р - тиск теплоносія, Па;
ρ – щільність теплоносія, кг/м3;
Аналогічною залежністю пов'язані між собою падіння тиску і втрата напору в мережі або перепад тисків і розташовується напір (різниця напорів) в мережі
ΔΗ= Δр / ρg або h = R / ρg,
де ΔΗ- втрата напору або наявний напір, м; р - падіння тиску або перепад тисків Па; h і R - питома втрата напору (безрозмірна величина) та питоме падіння тиску, Па/м.
Повний натисквідраховується від одного загального умовного горизонтального рівня.
Натиск, відрахований не від умовного, загального для всієї мережі горизонтального рівня, а від рівня прокладки осі трубопроводу в даній точці, називається п'єзометричним натиском або п'єзометричною висотою.
При проектуванні та експлуатації розгалужених теплових мереж, коли доводиться враховувати взаємний вплив численних факторів, що визначають гідравлічний режим мережі: геодезичний профіль району, висотність абонентських будівель, втрату напору в тепловій мережі та абонентських установках тощо, широко використовується п'єзометричний графік. На п'єзометричному графіку у певному масштабі нанесено рельєф місцевості, висоти приєднаних будівель, величину набору в мережі. За п'єзометричним графіком легко визначити напір і наявний напір у будь-якій точці мережі та абонентської системи.
П'єзометричний графікзавдяки наочності дозволяє легко орієнтуватися у гідравлічному режимі теплових мереж та місцевих систем. Проектування мережі без урахування п'єзометричного графіка, особливо в умовах складного профілю, може призвести до нераціональних схем приєднання абонентів, невиправданої споруди насосних підстанцій та ускладнення експлуатації всієї системи теплопостачання в цілому.
П'єзометричний графік (графік напорів) може бути побудований тільки після виконання гідравлічного розрахунку трубопроводів - за розрахованими величинами падінь тиску на ділянках мережі. На графіку у вибраному масштабі нанесено профіль траси теплової мережі; висоти опалювальних систем, приєднаних до теплової мережі, умовно рівні висотам будівель; величини напорів насосів та у будь-якій точці мережі при статичному та динамічному режимах.
Умовно приймають, що вісь трубопроводів та геодезичні позначки установки насосів та нагрівальних приладівна першому поверсі будівель збігаються з відміткою землі. Найвище положення води в опалювальній системі збігається з верхньою відміткою будівлі.
Графік будують по двох осях - вертикальній та горизонтальній. На вертикальній осі відкладають напори у будь-якій точці мережі, напори насосів, профіль мережі, висоти опалювальних систем у метрах.
Приклад побудови графіка показано на рис. 1.
Мал. 1. П'єзометричний графік двотрубної водяної теплової мережі.
По горизонтальній осі нанесено довжини окремих ділянок мережі, показано взаємне розташуванняпо горизонталі характерних споживачів тепла. Усі відліки напорів роблять від рівня I-I, що відповідає зазвичай позначці осі мережевих насосів, що приймається за геодезичну позначку «0».
Під графіком показано принципова схематеплової мережі, на яку ведуть побудови.
Точка А характеризує розташування джерела теплопостачання, вірніше, розташування мережевого насоса. Точка L відповідає розташуванню останнього споживача тепла, висота опалювальної системи якого дорівнює вертикальному масштабі відрізку LM. Споживач тепла віддалений від джерела тепла на відстань, що дорівнює горизонтальному масштабі відрізку AL в метрах.
У точці D є відгалуження споживача Е; висота опалювальної системи споживача характеризується відрізком EN у вертикальному масштабі. Насос у точці А створює натиск у магістралі Н Н, що подає, натиск у зворотній магістралі Н В. Різниця напорів Н Н – Н В = Н С називається натиском, що розвиваються мережевим насосом.
Зміна напорів в магістралі, що подає, на графіку показано похилою лінією А 1 L 1 .
Перевищення точки А 1 над L 1 представляє втрати напору в теплопроводі, що подає, від точки А до точки L. Величина втрат напору визначається гідравлічним розрахунком і становить в подає теплопроводі ΔH 1 = H Н - H L1 , м, і в зворотному теплопроводі
ΔH 2 =H L2 – H, м.
Лінія А2L2 показує характер зміни напорів у зворотній магістралі. Зміна напорів у теплопроводах відгалуження показано лініями D1E1 та D2E2.
Різниця напорів в подає і зворотному теплопроводах називається напором, що розташовується в точці мережі.
Натиск у теплопроводі, що подає, в точці К: Н 1 = H К1 - Z, м, де Z - геодезична висота трубопроводу в точці К, м.
Натиск у зворотному теплопроводі: H 2 = H К2 -Z, м.
Натиск в точці К:
ΔН К = Н 1 – Н 2 = (Н К1 – Z) – (Н К2 – Z) = Н К1 – Н К2 , м. (2)
За аналогією з формулою (2) напір, що розташовується в точці L дорівнює ΔН L1 - Н L2 .
Зміна напорів у теплопроводах, показаних лініями А 1 L 1 і L 2 А 2 відповідає динамічному режиму системи теплопостачання, тобто при працюючому мережевому насосі і русі теплоносія. При зупинці мережевого насоса та припиненні циркуляції теплоносія напори в обох магістралях зрівнюються та встановлюються по верхній позначці найбільш високої та високо розташованої системи опалення, приєднаної до теплової мережі залежною схемою(При температурі води до 100 ° С).
На рис. 1 лінія статичного натиску показана пунктирною горизонтальною лінією А3М.
При гідравлічному розрахунку парових мереж профіль паропроводу можна не враховувати внаслідок малої густини пари. Падіння тиску на ділянці паропроводу приймається рівним різниці тисків у кінцевих точках ділянки.
Для запобігання помилковим рішенням слід до проведення гідравлічного розрахунку водяних мереж намітити можливий характерп'єзометричного графіка і, орієнтуючись у ньому, вибрати допустимі межі втрат напору, які викликають ускладнення схеми теплової мережі та абонентських вводів. З техніко-економічного розрахунку слід лише уточнити значення втрат напору, не виходячи межі, намічені по пьезометричному графіку. Такий порядок проектування дозволяє врахувати технічні та техніко-економічні особливості об'єкта, що проектується.
При побудові п'єзометричного графіка в період проектування повинні дотримуватися наступні умови:
1. Напори в приєднаних до мережі системах теплоспоживачів не повинні бути більшими за допустимі. В опалювальних абонентських системах напір, що допускається, не повинен перевищувати 60 м. Напір 60 м є граничним для зворотної магістралі; в магістралі, що подає, він може бути вище 60 м, так як його завжди можна зменшити (здроселіювати) в межі до величини напору в зворотній магістралі.
2. Забезпечення надлишкового (вище атмосферного) натиску у всіх точках мережі та абонентських систем для попередження підсмоктування повітря.
3. Забезпечення напорів, що відповідають температурі насичення, у мережі для запобігання закипанню води. У жодній з точок мережі напір у магістралі, що подає, не повинен бути нижче статичного напору, тобто п'єзометричний графік подавальної магістралі не повинен перетинати лінію статичного напору.
4. Мінімальне значення напору перед мережевими насосами має бути щонайменше 5-10 м.
5. Натиск у місцевих системах споживачів не повинен бути нижчим за статичний самих місцевих систем (статичний натиск дорівнює висоті системи). В іншому випадку можливе спорожнення верхньої частини систем та засмоктування повітря.
6. У точках приєднання споживачів наявні напори повинні відповідати втратам напору в місцевих системах при пропуску теплоносія в розрахункових кількостях.
Всі ці вимоги мають виконуватися як під час роботи системи, тобто при циркуляції води, так і при припиненні циркуляції, тобто у статичному стані системи.
Значення напорів та його розподіл по мережі дає вихідний матеріал вибору схем приєднань споживачів тепла. Найбільше значення режим напорів у мережі має для вибору схем приєднання до теплової мережі систем опалення.
Для аналізу роботи теплових мереж, вибору мережного обладнання, схеми підключення абонентів до теплових мереж необхідно розробляти гідравлічні режими водяних теплових мереж (п'єзометричні графіки). Вони показують зміну тиску по довжині трубопроводів та в елементах теплових мереж. Гідравлічні режими слід розробляти для опалювальних та неопалювальних періодів, а також для аварійних режимів.
П'єзометричний графік будують для двох режимів роботи: статичного, коли мережевий насос не працює, і динамічного при мережному насосі, що працює. При статичному режимі циркуляція води відсутня, а тиск у всіх точках трубопроводів однаково. Величина цього тиску повинна бути достатньою для заповнення місцевих систем опалення, вентиляції та гарячого водопостачання у разі зупинки насоса. На практиці статичний тискпідтримується роботою насоса живлення, що підключається до всмоктуючого патрубка мережевого насоса. Відповідно, тиск, що розвивається підживлювальним насосом, повинен дорівнювати тиску перед мережевим насосом.
При розрахунку п'єзометричного графіка необхідно дотримуватися таких умов:
1. Статичний тиск у системах теплопостачання при теплоносії воді не повинен перевищувати допустимий тиск в обладнанні джерела теплоти, у трубопроводах водяних теплових мереж, у обладнанні теплових пунктів та в системах опалення, вентиляції та гарячого водопостачання споживачів, безпосередньо приєднаних до теплових мереж.
2. Статичний тиск повинен забезпечувати заповнення водою систем опалення, вентиляції та гарячого водопостачання споживачів, безпосередньо приєднаних до теплових мереж, у разі зупинки насоса.
3. Тиск води в трубопроводах подачі водяних теплових мереж при роботі мережевих насосів повинен прийматися виходячи з умов невкипання води при її максимальній температурів будь-якій точці трубопроводу, що подає, в обладнанні джерела теплоти і в приладах систем споживачів, безпосередньо приєднаних до теплових мереж.
4. Тиск води у зворотних трубопроводах водяних теплових мереж при роботі мережевих насосів повинен бути надлишковим (не менше 0,05 МПа), не перевищувати допустимого тиску в системах споживачів та забезпечувати заповнення місцевих систем (перевищувати тиск, що створюється стовпом води в системах опалення багатоповерхових будівель) ).
5. Тиск і температура води у всмоктуючих патрубках мережевих, підживлювальних, підкачувальних і змішувальних насосів не повинні перевищувати конструкцій насосів, що допускаються за умовами міцності.
6. Перепад тисків на введенні двотрубних водяних теплових мереж у будівлі при визначенні напору мережевих насосів (при елеваторному приєднанні систем опалення) слід приймати рівним розрахунковим втратам тиску на введенні та місцевій системі з коефіцієнтом 1,5, але не менше 0,15 МПа.
За п'єзометричним графіком видно що:
1.Напір у всмоктувальному патрубку мережевого насоса вище 5м, щоб уникнути ковітації.
Н нд. = 10м > 5м
2.Лінія тиску в зворотній магістралі розташована вище за всі будівлі, що забезпечує заповнення водою всіх абонентських систем опалення. Умова виконується.
3.Напір зворотної магістралі не перевищує за міцністю допустимого
Н дод. = 60 м;
Н обр. = 45,8 м;
Н обр.< Н доп.
Умова виконується.
4.Напір у подаючій магістралі Н Г не перевищує допустимого тиску по міцності труб.
Н дод. тр. = 100 м;
Н під тр. . = 66,7 м;
Н під тр. .< Н доп. тр.
Умова виконується.
5.Напір у зворотній магістралі в статичному та динамічному режимах не перевищує за міцністю допустимий тиск в елементах систем теплоспоживання:
Н обр. = 45,8 м;
Н дод. = 60 м;
Н обр.< Н доп.
Умова виконується.
6.Тіск у подає магістралі перевищує тиск насичення, тобто. умова невскипания даної температури теплоносія рівної 150°З дотримується.
Вибір насосів
Для підбору будь-якого насоса необхідно знати його продуктивність (подачу) і тиск (напір), що розвивається. При цьому слід враховувати, що необхідні режими роботи (продуктивність та тиск) повинні бути в межах робочої областійого показники. За необхідною подачею та натиском на зведеному графіку полів попередньо вибирають насос потрібного типорозміру, а потім за графічною характеристикою уточнюють правильність вибору та визначають всі інші показники (коефіцієнт корисної дії, потужність на валу електродвигуна, кількість обертів, діаметр робочого колеса).
Продуктивність мережевого насоса дорівнює сумарній витраті теплоносія в тепловій мережі на опалення, вентиляцію та гаряче водопостачання.
Тиск насоса, МПа витрачається на подолання опору системи теплопостачання
де - втрата тиску в мережеве обладнаннякотельні, МПа;
Втрата тиску в магістралі, що подає, МПа;
Втрата тиску у зворотній магістралі, МПа;
Втрата тиску абонента, МПа.
Втрати тиску визначаємо за п'єзометричним графіком.
У двотрубних системахтеплопостачання за наявності цілорічного навантаження гарячого водопостачання доцільне встановлення не менше двох мережевих насосів з різними характеристиками: один для роботи в холодний період з максимальною продуктивністю, інший – для перекачування води в системі гарячого водопостачання теплий часроку. Продуктивність другого насосу:
.
Крім цього обов'язкове встановлення резервного насоса.
Для компенсації витоків води та підтримки необхідного рівня п'єзометричного тиску, як при статичному, так і при динамічному режимі, необхідна установка підживлювального насоса.
Тиск, що розвивається, приймається рівним тиску у всмоктувальному патрубку мережевого насоса і визначається положенням п'єзометричної лінії у зворотній магістралі. Витрата підживлювального насоса, м 3 /год. залежно від виду системи теплопостачання визначається за формулами:
Для підживлення закритої теплової мережі
;
Для підживлення відкритої теплової мережі
,
де V - обсяг води в системі теплопостачання, м3;
Максимальна витратаводи на гаряче водопостачання, м3/год.
Об'єм води в системі теплопостачання може бути визначений за фактичними розмірами труб (довжиною та діаметром) або за питомими показниками, що визначають обсяг води, що припадає на одиницю теплової потужності. Обсяг води визначається всім елементів системи теплопостачання: котельні, зовнішніх трубопроводів, місцевих абонентських систем. Питомі об'єми води, м3/МВт можна прийняти рівними:
Для котельні 
;
Для зовнішніх трубопроводів 
;
Для систем опалення;
Для систем вентиляції;
Для систем гарячого водопостачання;
, 
, 
, 
;
З урахуванням викладеного об'єм води може бути визначений за формулою
де - сумарна розрахункова витрата теплоти у системі теплопостачання, МВт;
, , – розрахункові витрати теплоти на опалення, вентиляцію та гаряче водопостачання, відповідно, МВт.
Мінімальна кількість робочих підживлювальних насосів приймається рівною: закритих системах– один, у відкритих – два. В обох випадках передбачається один резервний насос тієї ж продуктивності.
У системах теплопостачання як мережеві циркуляційні та підживлювальні насоси можуть використовуватися насоси наступних типів:
1. СЕ - горизонтальні спірального типу з робочими колесами подвійного входу одноступінчасті. Насоси типу СЕ використовують як мережеві у великих системах теплопостачання і встановлюють на трубопроводах подачі теплових мереж для перекачування перегрітої води з температурою до 180°С і з робочим тиском на вході насосів від 0,4 до 2,5 МПа.
2. Д - горизонтальні одноступінчасті з напівспіральним підведенням рідини до робочого колеса. Призначені для води з температурою не вище 85°С та максимальним підпором 20 м вод.ст.
3. До – Відцентрові насосиконсольного типу.
Характеристики насосів для теплових мереж наведені у довідковій літературі.
Розрахунок насоса:
Об'єм води, що перекачується для зимових умов:
Об'єм води, що перекачується для літніх умов:
, (Т/год);
Вибираємо два мережеві насоси:
Для зимового періодудва насоси марки Д630-90 з параметрами: діаметр робочого колеса – 450, номінальна подача – 630 м³/година, повний напір – 63 м, ККД – 75%, Потужність на валу насоса – 365 кВт.
Для літнього періодуД200-95 з параметрами: діаметр робочого колеса – 240, номінальна подача – 200 м³/година, повний напір – 64 м, ККД – 85%, Потужність на валу насоса – 70 кВт.
Також передбачається один резервний насос марки Д630-90 та один резервний марки Д200-95.
Розрахунок підживлювального насоса:
, (МПа);
Об'єм води, що перекачується:
, (м³), , (м³),
, (М³), , (М³);
, (Т/год);
Вибираємо підживлювальний насос К20/30 з параметрами: діаметр робочого колеса – 162, номінальна подача – 20 м³/година, повний напір – 30 м, ККД – 64%, Потужність на валу насоса – 2,7 кВт.
Передбачається резервний насос такої самої марки.
П'єзометричний графік розробляють для двох режимів. По - перше, для статичного режиму, коли у системі теплопостачання відсутня циркуляція води. Вважають, що система заповнена водою з температурою 100°С, тим самим виключається необхідність підтримки надлишкового тиску в теплопроводах, щоб уникнути закипання теплоносія. По-друге, для гідродинамічного режиму – за наявності циркуляції теплоносія в системі.
Розробку графіка починають із статичного режиму. Спочатку знаходять можливість такого розташування на графіку лінії повного статичного тиску, щоб всіх абонентів можна було приєднати до теплової мережі за залежною схемою. Для цього статичний тиск не повинен перевищувати допустимого з умови міцності абонентських установок і повинен забезпечувати заповнення водою місцевих систем. Наявність загальної статичної зони для всієї системи теплопостачання спрощує її експлуатацію і підвищує її надійність. місцевості теплопостачального району. За наявності значної різниці геодезичних позначок землі встановлення загальної
статичної зони виявляється неможливим по наступних причин. Найнижче положення рівня статичного тиску визначається за умов заповнення водою місцевих систем та забезпечення у верхніх точках систем найбільш високих будівель, розташованих у зоні найбільших геодезичних позначок, надлишкового тиску щонайменше 0,05 МПа Такий тиск виявляється неприпустимо високим для будівель, розташованих у тій частині району, що має найнижчі геодезичні позначки. За таких умов виникає необхідність розподілу системи теплопостачання на дві статичні зони. Одна зона для частини теплопостачального району з низькими геодезичними відмітками, інша - з високими.
На рис. 8 9 показані п'єзометричний графік та принципова схема системи теплопостачання району, що має значну різницю геодезичних позначок рівня землі (40 м). Частина району, прилегла до джерела теплопостачання, має нульові геодезичні позначки, в периферійній частині району позначки становлять 40 м. Висота будівель 30 і 45 м. систем надлишкового натиску в 5 м рівень повного статичного натиску повинен бути розташований на позначці 75 м (лінія S2-S2). У цьому випадку статичний натиск дорівнюватиме 35 м. Однак натиск в 75 м неприпустимий для будівель I і II, розташованих на нульовій відмітці Для них допустиме найвище положення рівня повного статичного
Лятори РДДС (10) і РД2 (9), ДЯ 0 пґ, напір, що спрацьовується на клапані регулятора РДДС
При гідродинамічному режимі, I-IV - абоненти, / - бак підживлювальної води, 2, 3 - підживлювальний насос н регулятор підживлення нижньої зони, 4 - насос, 5 - теплофікаційні пароводяні підігрівачі, 6 - мережевий насос, 7 - піковий водогрійний , 8 , 9 - підживлювальний насос і регулятор підживлення верхньої зони, 10 - регулятор тиску «до себе» РДДС 11 - зворотний клапан тиску відповідає позначці 60 м. Таким чином, в умовах, що розглядаються, встановити загальну статичну зону для всієї системи теплопостачання не можна.
Можливим рішенням є поділ системи теплопостачання на дві зони різними рівнямиповних статичних напорів - на нижню з рівнем 50 м (лінія 5] -Si) і верхню з рівнем 75 м (лінія S2-S2). При такому рішенні всіх споживачів можна приєднати до системи теплопостачання за залежною схемою, оскільки статичні натиски в нижній та верхній зонах знаходяться у допустимих межах. .
Щоб при припиненні циркуляції води в системі рівні статичних тисків встановилися відповідно до прийнятих двох зрнів, у місці їх з'єднання розташовують розділовий пристрій (див. рис. 8.9, б). Цей пристрій захищає теплову мережувід підвищеного тискупри зупинці циркуляційних насосів, автоматично розтинаючи її на дві гідравлічно незалежні зони: верхню та нижню.
При зупинці циркуляційних насосів падіння тиску у зворотному трубопроводі верхньої зони запобігає регулятору тиску «до себе» РДДС 10, що підтримує постійним заданий напір Ярддс у точці відбору імпульсу. При падінні тиску він закривається. Падіння тиску в лінії подачі запобігає встановленому на ній Зворотній клапан 11, який також закривається. Таким чином, РДДС та зворотний клапан розсікають тепломережу на дві зони. Для підживлення верхньої зони встановлені підживлювальний насос 8, який забирає воду з "нижньої зони і подає б верхню, і регулятор підживлення 9. Напір, що розвивається насосом, дорівнює різниці гідростатичних напорів верхньої і нижньої зон. Підживлення нижньої зони здійснює підживлювальний насос 2 і регулятор підживлення 3.
Регулятор РДДС налаштований на тиск Ярддс (див. рис. 8.9, а). На цей же натиск налаштований регулятор підживлення РД2.
При гідродинамічному режимі регулятор РДДС підтримує тиск на тому ж рівні. На початку мережі підживлювальний насос із регулятором підтримують напір Hoi. Різниця цих напорів витрачається на подолання гідравлічних опорів у зворотному трубопроводіміж розділовим пристроєм та циркуляційним насосомджерела тепла, решта напору спрацьовується у дросельній підстанції на клапані РДДС. На рис. 8.9 а ця частина напору показана величиною АЯрддс. Дросельна підстанція при гідродинамічному режимі дозволяє підтримувати тиск у зворотної лініїверхньої зони не нижче за прийнятий рівень статичного тиску S2 - S2.
П'єзометричні лінії, що відповідають гідродинамічному режиму, показані на рис. 8.9, а. Найбільший тиску зворотному трубопроводі у споживача IV становить 90-40 = 50 м, що допустимо. На пір у зворотній лінії нижньої зони також знаходиться в допустимих межах.
У трубопроводі, що подає, максимальний напір після джерела тепла дорівнює 160 м, що не перевищує допустимого з умови міцності* труб. Мінімальний п'єзометричний напір у трубопроводі, що подає 110 м, що забезпечує нескипання високотемпературного теплоносія, так як при розрахунковій температурі 150°С мінімальний допустимий тиск дорівнює 40 м-коду.
Таким чином, розроблений для статичного та гідродинамічного режимів п'єзометричний графік забезпечує можливість приєднання всіх абонентів за залежною схемою.
Іншим можливим рішеннямгідростатичного режиму системи теплопостачання, показаної на рис. 8.9 є приєднання часто абонентів по незалежної схеми. Тут можуть бути два варіанти. Перший варіант – встановити загальний рівеньстатичного тиску на від-
мітці 50 м (лінія Si - Si), а будівлі, розташовані на верхніх геодезичних позначках, приєднати за незалежною схемою. У цьому випадку статичний напір у водоводяних опалювальних підігрівачах будівель верхньої зони з боку теплоносія, що гріє, складе 50-40 = = 10 м, а з боку нагрівається теплоносія визначиться висотою будівель. Другий варіант – встановити загальний рівень статичного тиску на позначці 75 м (лінія S2 – Ss) з приєднанням будівель верхньої зони за залежною схемою, а будівель нижньої зони – за незалежною. У цьому випадку статичний напір у водоводяних підігрівачах з боку теплоносія, що гріє, буде дорівнює 75 м, тобто менше допустимої величини (100 м).
При спокійному рельєфі місцевості, але великої протяжності теплових мереж виникає потреба у встановленні насосних підкачувальних підстанцій на лінії подачі і зворотній. Це пов'язано з тим, що допустимі втрати тиску в трубопроводах, що подає і зворотному, виявляються недостатніми для забезпечення оптимальних гідравлічних ухилів, а їх збільшення шляхом установки циркуляційних насосів, що розвивають великі напори, неможливо з умови міцності трубопроводів і . При установці підкачувальних підстанцій по трасі теплової мережі збільшується загальний напір насосів, що забезпечує циркуляцію води в системі, збільшуються гідравлічні ухили при незмінному положенні верхньої та нижньої меж напорів в трубопроводах, що подає і зворотному. Установка підкачувальних підстанцій дозволяє збільшити пропускну здатність діючої системи теплопостачання.
|
|
На рис. 8.10 вгорі наведено п'єзометричний графік теплової мережі великої протяжності, а внизу показано розташування джерела тепла, трубопроводів та станцій, що підкачують. Якщо при збереженні навантаження теплової мережі та нахилів п'єзометричних ліній обмежитися лише встановленням циркуляційних насосів на станції, тоді вони повинні розвивати напір 140+40 + 40 = 220 м. Максимальний п'єзометричний напір на початку мережі становитиме 210 м, що неприпустимо з умови міцності трубопроводів. Такий п'єзометричний графік показано на рис. 8.10 пунктиром. Натиск у зворотній лінії в кінці магістралі становить 100 м, що не дозволяє приєднувати споживачів за залежною схемою. Цей напір є граничним при незалежному при-
Мал. 8.10. П'єзометричні гра. фік теплової мережі великої протяжності
1 - Джерело тепла;
2 - місце розташування підкачувальних насосів на теплопроводах, що подає і зворотному; 3 – кінцевий абонент; S – S – лінія повного статичного натиску; #„, Н Н,
Н п. та н. п
Напори, що розвиваються насосами: мережним, підживлювальним, що підкачує на лінії подачі, що підкачує на зворотній лінії;
І3 – висота будівель
з'єднанні. При установці насосних підстанцій напір циркуляційного насоса джерела тепла знижується до 140 м, а максимальний напір на початку мережі до 130 м, тобто до допустимого. При цьому зниження напору в трубопроводі, що подає, між джерелом тепла і насосною підстанцією не викликає неприпустимого зниження напору в кінцевій частині мережі. Насоси, що підкачують, підвищують у цій зоні напір з 80 до 120 м. В результаті такого рішення напір у трубопроводі, що подає, змінюється в межах від 80 до 130 м.
Підстанція на зворотній лінії знижує тиск у кінцевій частині мережі між підстанцією та абонентом 3. У цій зоні натиск у зворотній лінії не перевищує допустимої величини 60 м.
Таким чином, в результаті установки насосних підстанцій, що підкачують, на тепловій мережі великої протяжності вдається витримати розташування п'єзометричних ліній як у подавальному, так і в зворотному трубопроводах в допустимих межах при збереженні економічно обґрунтованого питомого падіння тиску.
У разі зниження рельєфу місцевості від джерела тепла значно зростає тиск у зворотній лінії периферійної зони району і може вийти за допустимі кордону. Для зниження тиску в цій частині зворотної лінії на ній встановлюють насосну підстанцію, що підкачує. Такий випадок показано на рис. 8.11. Якщо не встановлювати насосну підстанцію на зворотній лінії, тоді натиск у кінцевого абонента 3 дорівнюватиме 60 + 30 = 90 м, що не дозволить здійснити залежне приєднання. П'єзометричні лінії подавального та зворотного теплопроводів для системи б. ез підкачує підстанції при циркуляційним насосом, що розвивається, натиску 130 + 30 = 160 м показані на рис. 8.11 пунктиром. Максимальний напір у лінії подачі виявляється рівним 140+30=170 м, тобто перевищує допустимий (160 м). В результаті установки на зворотному теплопроводі підкачувальних насосів п'єзометрична лінія теплопроводу, що подає, еквідистантно опускається на 30 м, а тиск у Зворотному теплопроводі між насосною підстанцією і кінцевим абонентом виявляється в зоні
|
Мал. 8 12. П'єзометричний графік теплової мережі при рельєфі місцевості, що значно знижується, від джерела тепла і поділу системи на дві статичні зони л - п'єзометричний графік, б-принципова схемасистеми теплопостачання; /-IV – абоненти; Si - Si - лінія повного статичного натиску у верхній зоні; S2 – Sj – лінія повного Статичного натиску в нижній зоні; 1 - автомат розсічення; 2 - насос, що підкачує; 3 - регулятор підживлення Нижньої зони |
Лити систему на дві статичні зони: верхню поблизу джерела та нижню на дериферії. Такий випадок показано на рис. 8.12. Щоб знизити тиск у зворотній лінії в кінцевій частині магістралі в точці М встановлена насосна підстанція, що підкачує. Насоси розвивають напір у 40 м. Це дозволяє знизити напір, що розвивається мережевими насосами, до 85 м і відповідно знизити тиск у лінії подачі.
Теплова мережа розділена на дві статичні зони: верхню поблизу джерела тепла з п'єзометричним напором в 50 м і нижню в периферійній частині мережі з п'єзометричним напором в 50 м. Для поділу мережі при зупинці насосів на дві статичні зони на лінії подачі встановлений автомат розсічки 1, на зворотній лінії – зворотний клапан. При зупинці насосів тиск у трубопроводах починає вирівнюватись і зростає тиск у зворотному трубопроводі на ділянці від насосної підстанції до кінцевої точки IV. Зростання тиску передається по імпульсній трубці до регулятора, що управляє клапаном розсічки, клапан закривається і гідравлічно роз'єднує лінію, що подає, на дві зони. Перетікання води з верхньої зони в нижню запобігає зворотному клапану, встановленому на зворотній лінії. В результаті при статичному режимі мережа буде поділена на дві зони з рівнями Si – Si та S2 – 52.
Підтримка статичного рівня верхньої зони забезпечує підживлювальний пристрій джерела тепла. Підтримка статичного рівня нижньої зони забезпечує двоімпульсний дросельний клапан 3. Основним імпульсом є тиск у зворотній лінії, що дозволяє - тиск у лінії подачі нижньої зони.
Гідравлічний розрахунок теплових мереж, що виконується для підбору дросельних пристроїв та розробки експлуатаційного режиму, проводиться з метою визначення втрат тиску в трубопроводах теплової мережі від джерела теплоти до кожного споживача за фактичних теплових навантажень та існуючої теплової схеми мережі.
При гідравлічному розрахунку трубопроводів визначають розрахункову витрату мережної води, що складається з розрахункових витрат на опалення. Перед гідравлічним розрахункомскладають розрахункову схемутеплової мережі з нанесенням на ній довжин та діаметрів трубопроводів, місцевих опорів та розрахункових витрат теплоносія по всіх ділянках теплової мережі. Вибирають розрахункову магістраль. За розрахункову магістраль приймають напрямок руху теплоносія від котельні до одного з абонентів, причому цей абонент має бути найбільш віддаленим.
У справжній дипломної роботи гідравлічний розрахуноктеплової мережі виконано на ЕОМ із застосуванням системи електронних таблиць «Excel».
Сумарні втрати напору у трубопроводі визначаються за формулою:
де Н л – лінійні втрати напору на ділянці, м;
Н м – втрати напору у місцевих опорах, м;
R л – питоме лінійне падіння напору, кг/м 2 м;
l уч - довжина розрахункової ділянки, м;
а – середній коефіцієнт місцевих втрат;
1 екв – еквівалентна довжина місцевих опорів, м;
l np - наведена довжина ділянки трубопроводу, що розраховується, м;
р - щільність теплоносія, кг/м 3 ,Питоме падіння тиску від тертя:
де - Коефіцієнт гідравлічного тертя;
Швидкість води у трубопроводі, м/с;
g - прискорення вільного падіння, м/с 2;
р - щільність теплоносія, кг/м 3;
d – внутрішній діаметр трубопроводу, м;
Коефіцієнт гідравлічного тертя при Re< Re пр - рассчитывается по формуле Альтшуля:
де К е - абсолютна еквівалентна шорсткість у водяних мережах приймається 0,001м при існуючою схемою), 0,0005 м (при проектованій схемі);
Re - дійсний критерій Рейнольдса, Re>>68.
Швидкість води в трубопроводі обчислюється і одного з основних рівнянь - рівняння нерозривності
де G сет - Витрата мережевої води на ділянці, кг/сек;
d вн – внутрішній діаметр трубопроводу, м.
Довжина прямолінійної ділянки трубопроводу діаметром d вн, лінійне падіння тиску, на якому дорівнює падінню тиску в місцевих опорах, є еквівалентною довжиною місцевих опорів:
Де – сума коефіцієнтів місцевих опорів.
При знаходженні коефіцієнтів місцевих опорів нам необхідно знати розташування всіх кутів поворотів траси, засувок та іншої арматури. За не маєтком такої інформації, у зв'язку з великою протяжністю теплотраси, великою кількістюоб'єктів теплоспоживання гідравлічний розрахунок буде виконано без урахування місцевих опорів. Середній коефіцієнт місцевих втрат a як і було зазначено, приймаємо рівний 0,1. Весь гідравлічний розрахунок виконано з урахуванням цього правила.
Наведена довжина ділянки теплової мережі обчислюється за такою формулою:
Стабілізацію гідравлічного режиму, поглинання надлишкових напорів на теплових пунктах за відсутності автоматичних регуляторів виробляють за допомогою постійних опорів- дросельних діафрагм.
Дроселі діафрагми встановлюють перед системами теплоспоживання або зворотному трубопроводі або на обох трубопроводах в залежності від необхідного для системи гідравлічного режиму.
Діаметр отвору дросельної діафрагми визначають за формулою:
де G - розрахункова витрата води через дросельну діафрагму, т/год;
Н - напір, що дроселюється діафрагмою, м.
Дресселируемый в діафрагмі натиск знаходять як різницю між наявним натиском перед системою теплоспоживання або окремим теплоприймачем і гідравлічним опором системи (з урахуванням опору встановлених в ній дросельних пристроїв) або опором теплообмінника. При розрахунковому діаметрі діафрагми менше 2,5 мм надлишковий напір дроселюють у двох діафрагмах, встановлюючи їх послідовно (на відстані не менше 10 діаметрів трубопроводу) або на трубопроводах, що подає і зворотному. Щоб уникнути забруднення, не слід встановлювати дросельні діафрагми з діаметром отвору менше 2,5 мм. Дросельні діафрагми, як правило, встановлюють у фланцевих з'єднаннях (на тепловому пунктіпісля грязьовика) між запірною арматурою, що дозволяє замінювати їх без спуску води із системи.
Розрахунки здійснювалися за допомогою електронних таблиць Excel для Windows.
До гідравлічного режиму даної теплової мережі висуваються такі вимоги:
а) напір у зворотному трубопроводі повинен забезпечувати затоку верхніх приладів систем опалення та не перевищувати допустиме робочий тиску місцевих системах. У системах опалення будівель, що розраховуються, встановлені чавунні секційні радіатори з допустимим робочим тиском 60 м.вод.ст.;
б) тиск води у всмоктуючих патрубках мережевих та підживлювальних насосів не повинен перевищувати допустимого за умовами міцності конструкції насосів і бути не нижче 0,5 кгс/см 2 ;
в) тиск води в зворотних трубопроводах теплової мережі, щоб уникнути підсмоктування повітря повинен бути не менше 0,5 кгс/см 2 ;
г) тиск в трубопроводі, що подає, при роботі мережевих насосів повинен бути таким, щоб не відбувалося кипіння води при її максимальній температурі в будь-якій точці трубопроводу, що подає, в обладнанні джерела тепла і в приладах систем теплоспоживачів, безпосередньо приєднаних до теплових мереж, при цьому тиск в обладнанні джерела тепла та теплової мережі не повинно перевищувати допустимих меж їхньої міцності;
д) статичний тиск у системі теплопостачання має бути таким, щоб у трубопроводах у разі зупинки мережевих насосів забезпечило затоку верхніх опалювальних приладіву будинках і не зруйнувало нижні прилади.
е) перепад тисків на теплових пунктах споживачів має бути не меншим гідравлічного опорусистем теплоспоживання, з урахуванням втрат тиску в дросельних діафрагмах та в соплах елеваторів;
Виходячи з цих вимог, мінімальне положення лінії статичного п'єзометра має бути на 3-5 метрів вище за найбільш високо розташовані прилади, а максимальне значення не перевищувати 80 м.
Для врахування взаємного впливу рельєфу місцевості, висоти абонентських систем, втрат тиску в теплових мережах та низки вимог у процесі розробки гідравлічного режиму теплової мережі необхідно будувати п'єзометричний графік. На п'єзометричному графіку величини гідравлічного потенціалу виражені одиницях напору.
П'єзометричний графік є графічне зображеннянапорів у тепловій мережі щодо рельєфу місцевості, де вона розташована. На п'єзометричному графіку у певному масштабі наносять рельєф місцевості, висоту приєднаних будівель величини напорів у мережі. На горизонтальній осі графіка відкладають довжину мережі, але в вертикальної осі графіка напори. Лінії напорів у мережі наносять як робочого, так статичного режимів.
П'єзометричний графік
П'єзометричний графік є графічне зображення напорів в тепловій мережі щодо місцевості, на якій вона прокладена. На п'єзометричному графіку у певному масштабі наносять рельєф місцевості, висоту приєднаних будівель, величини напорів у мережі. На горизонтальній осі графіка відкладають довжину мережі, але в вертикальної осі - напори. П'єзометричний графік будують таким чином:
1) приймаючи за нуль позначку найнижчої точки теплової мережі, наносять профіль місцевості трасою основної магістралі та відгалужень, позначки землі яких відрізняються від позначок магістралі. На профілі проставляють висоти приєднаних будівель;
2) наносять лінію, що визначає статичний натиск у системі (статичний режим). Якщо тиск в окремих точках системи перевищує межі міцності, необхідно передбачити підключення окремих споживачів за незалежною схемою або поділ теплових мереж на зони з вибором кожної зони своєї лінії статичного напору. У вузлах розподілу встановлюють автоматичні пристроїрозсічення та підживлення теплової мережі;
3) наносять лінію напорів зворотної магістралі п'єзометричного графіка. Ухил лінії визначають виходячи з гідравлічного розрахунку теплової мережі. Висоту розташування лінії напорів на графіку вибирають з урахуванням вищенаведених вимог до гідравлічного режиму. При нерівному профілі траси не завжди можливо одночасно виконувати вимоги заповнення верхніх точок систем теплоспоживання, не перевищивши допустимий тиск. У цих випадках вибирають режим, що відповідає міцності нагрівальних приладів, а окремі системи, затока яких не буде забезпечена внаслідок низького розташування.
Лінія п'єзометричного графіка зворотного трубопроводу магістралі в точці перетину з ординатою, що відповідає початку тепломережі, визначає необхідний напір у зворотному трубопроводі водопідігрівальної установки (на вході насоса);
4) наносять лінію подає магістралі п'єзометричного графіка. Ухил лінії визначають виходячи з гідравлічного розрахунку теплової мережі. При виборі положення п'єзометричного графіка враховують вимоги, що пред'являються до гідравлічного режиму, і гідравлічні характеристики мережевого насоса. Лінія п'єзометричного графіка трубопроводу, що подає, в точці перетину з ординатою, що відповідає початку тепломережі, визначає необхідний натиск на виході з підігрівальної установки. Напір у будь-якій точці теплової мережі визначається величиною відрізка між даною точкою та лінією п'єзометричного графіка подавальної або зворотної магістралі.
p align="justify"> З п'єзометричного графіка видно, що статичний натиск на вводах з котельні становить ДН = 20 м.в.ст.
При проектуванні та експлуатації розгалужених теплових мереж, для врахування взаємного впливу профілю району, висот будинків, що приєднуються, втрат тиску в тепловій мережі та абонентських установках, використовується графік. За п'єзометричним графіком легко визначається тиск і перепад тисків у будь-якій точці теплової мережі.
На підставі п'єзометричного графіка вибирається схема приєднання абонентських установок, підбираються підвищувальні насоси, підживлювальні насоси та автоматичні пристрої.
Графік тиску розробляється для станів спокою системи (гідростатичний режим) та динамічного режиму.
Динамічний режим характеризується лінією втрат напору в трубопроводі, що подає і зворотному, на підставі гідравлічного розрахунку мережі, і визначається роботою мережевих насосів.
Гідростатичний режим підтримується підживлювальними насосами під час відключення мережевих насосів.
До водяних теплових мереж приєднані абоненти, які мають різні теплові навантаження. Вони можуть бути розташовані на різних геодезичних відмітках і мати різну висоту. Системи опалення абонентів можуть бути розраховані на роботу з різними температурамиводи. У цих випадках необхідно заздалегідь визначати тиск або напори в будь-якій точці теплової мережі.
Для цього будується п'єзометричний графік або графік напорів теплової мережі, на якому в певному масштабі завдано рельєфу місцевості, висоти приєднаних будівель, натиску в тепловій мережі; по ньому легко визначити натиск (тиск) і натиск (перепад тисків), що розташовується, в будь-якій точці мережі та абонентських системах.
Крім визначення напорів у будь-якій точці мережі та за п'єзометричним графіком можна перевірити відповідність граничних тисків у тепловій мережі міцності елементів систем теплопостачання. За графіком напорів вибираються схеми приєднання споживачів до теплової мережі та підбирається обладнання теплових мереж (мережеві та підживлювальні насоси, автоматичні регуляторитиску тощо). Графік стоїть за двох режимах роботи теплових мереж - статичному і динамічному.
Статичний режим характеризується тисками в мережі при непрацюючих мережевих, але включених підживлювальних насосах. Циркуляція води у мережі відсутня. При цьому підживлювальні насоси повинні розвивати натиск, що забезпечує невикипливість води в тепловій мережі.
Динамічний режим характеризується тисками, що виникають в тепловій мережі і в системах споживачів теплоти при мережних насосах, що працюють, що забезпечують циркуляцію води в системі.
П'єзометричний графік розробляється для основної магістралі тепломережі та протяжних відгалужень. Він може бути побудований тільки після виконання гідравлічного розрахунку трубопроводів - за розрахованими падіннями тиску на ділянках теплової мережі.
Графік будується по двох осях - вертикальній та горизонтальній. На вертикальній осі відкладають напори у будь-якій точці мережі, напори насосів, профіль мережі, висоти опалювальних систем у метрах, на горизонтальній довжині ділянок теплової мережі.
При побудові умовно приймають, що вісь трубопроводів та геодезичні позначки установки насосів та нагрівальних приладів на першому поверсі будівель збігаються з відміткою землі. Вищий стан води в опалювальні системизбігається з верхньою відміткою будівлі.
Повний напір у нагнітальному патрубку мережевого насоса відповідає відрізку Н н. Повний натиск на зворотному колекторі джерела теплопостачання відповідає відрізку Н o .
Напір, що розвивається мережевим насосом, відповідає вертикальному відрізку Н С =Н H -Н 0 втрати напору в теплопідготовчій установці джерела теплопостачання (у мережних підігрівачах або водогрійних котлах) відповідають вертикальному відрізку Н Т. Таким чином, натиск на колекторі джерела теплопостачання відповідає вертикальному відрізку Н іт =Н с -.
Методика побудови графіка:
- 1) Будується магістраль, умовно її позначка збігається з відміткою землі;
- 2) На профілі траси у прийнятому масштабі викреслюються висоти приєднання будівель;
- 3) Будується лінія статичного напору з умов заповнення водою опалювальних установокі створення в їх верхніх точках надлишкового тиску (запас напору 5 м вище найвищої будівлі);
- 4) П'єзометричний тиск у зворотному трубопроводі теплової мережі не повинен бути меншим 5 м ст. ст. щоб уникнути утворення вакууму та підсмоктування повітря.
Графік виконується на міліметрівці формату 297 х 420. Для побудови застосовувати такі масштаби:
Горизонтальний – 1:1000, 1:500; вертикальний – 1см – 5м.
Визначити наявний напір для кожної УТ (теплової камери):
Нрасп. = Нподающ.тр. - Нобратн.тр.