Гидравлический расчёт теплосетей, пьезометрические графики. Расчёт местных потерь энергии при течении воды в различных элементах трубопроводов тепловых сетей

4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛОСЕТЕЙ.

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ГРАФИКИ

За определением расчётных тепловых нагрузок, выбором трассы и определением расчётных расходов сетевой воды следует гидравлический расчёт трубопроводов водяных тепловых сетей, который является необходимым этапом их проектирования. Гидравлический расчёт выполняется отдельно по каждому участку сетей, на протяжении которого внутренние диаметры труб и расчётные расходы сетевой воды остаются неизменными, и предназначен для решения следующих основных задач: определения перепадов давления теплоносителя в пределах каждого участка при заданных расходах, а также известных внутренних диаметрах и длинах труб на данном участке. Эти перепады давления являются исходными для последующего определения потребных напоров перекачивающих сетевых насосов, а в сочетании с данными о давлениях воды в сетях при неработающих насосах (статические режимы) — также для анализа гидравлических режимов сетей при работающих насосах (динамические режимы).

Гидравлические расчёты водяных тепловых сетей базируются на основных положениях и закономерностях механики жидкостей применительно к движению воды в стальных трубопроводах.

Основными исходными данными при гидравлических расчётах водяных тепловых сетей являются расчётные расходы воды по отдельным участкам.

Течение жидкости по трубопроводам сопровождается потерями её энергии на преодоление сил трения, возникающих при соприкосновении поверхности движущейся жидкости с внутренней поверхностью труб (так называемые линейные потери). Кроме того, дополнительные потери энергии возникают в местах резкого  изменения  направления (повороты, изгибы) или  площади сечения потока жидкости (переходы с одного диаметра труб на другой), при прохождении потока через арматуру и измерительные приборы, а также при разделении одного потока на несколько или их объединении в единый поток. Средние скорости потока , м/с, в поперечном сечении трубы связаны с количествами протекающей через это сечение жидкости за единицу времени уравнениями неразрывности потока:

,                                 (4.1)

,                        (4.1а)

где , м³/с, и , кг/с — соответственно объём и масса жидкости, протекающей за секунду через сечение трубы площадью в свету , м²;

 — плотность жидкости, кг/м³.

Для стационарного течения вязкой жидкости при постоянстве её температуры и скорости в пределах рассматриваемого участка применение закона сохранения энергии к массе потока жидкости приводит к уравнению Бернулли:

                                    (4.2)

или

, Па,                      (4.2а)  где  и  — соответственно давления жидкости в начальном и конечном сечениях труб в пределах участка,Па;

 — плотность жидкости, кг/м³;

 и  — ординаты, соответствующие центрам начального и конечного сечений трубы относительно произвольной горизонтальной плоскости (геодезические отметки);

 — ускорение силы тяжести в гравитационном поле Земли, которое в гидравлических расчётах можно принимать постоянным и равным = 9,81 м/с²;

 — перепад давления жидкости между начальным и конечным сечениями трубы на участке, вызванный расходом энергии потока жидкости на преодоление сил трения между этим потоком и внутренней поверхностью трубопровода, а также на местные потери, Па;

 — величина, соответствующая разности между геодезическими отметками начального и конечного сечений трубы на участке, которая может быть либо положительной, либо отрицательной, м. Эта величина равна нулю для горизонтально уложенных трубопроводов, а также для любых замкнутых контуров циркуляции жидкости, которые характерны для двухтрубных водяных тепловых сетей с подающими и обратными трубопроводами. Поэтому суммарный перепад давлений по всем участкам трубопроводов, образующим такой контур, равен:

, Па,                               (4.3)

где  и  — значения давления сетевой воды в начальной и конечной точках циркуляционного контура, обычно замыкающегося в источнике теплоснабжения, Па. Разность давлений  поддерживается за счёт работы циркуляционных сетевых насосов.

В общем случае величина состоит из двух слагаемых, соответствующих линейным и местным потерям, причём линейные потери в пределах участка из труб одного внутреннего диаметра и с одинаковыми на всём протяжении расходами воды пропорциональны длине  этого участка. Второе слагаемоесоответствует местным потерям энергии в пределах участка. Таким образом, имеем:

, Па,                                           (4.4)

где — удельный перепад давления на трение, отнесенный к 1 м длины участка, Па/м. Его величина определяется следующим образом:

, Па/м                                         (4.5)

Подставляя вместо скорости  выражение через массовый расход жидкости  по формуле (4.1а), получаем: