Теоретические основы проектирования систем теплоснабжения. 3 страница

, (2.67)

где - суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового потока определяемое по формуле

(2.68)

где - нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м, принимаемая по приложениям 4-8 [4];

- средняя за период эксплуатации температура теплоносителя, которая при расчетных параметрах теплоносителя 150-70 ^оС и круглогодовом режиме работы тепловых сетей может быть принята для подающего трубопровода 90 ^оС, для обратного - 50 ^оС;

- среднегодовая температура окружающей среды; при подземной прокладке - среднегодовая температура грунта, которая для большинства городов находится в пределах от +1 до +5 ;

При прокладке в тоннелях = 40 ; при прокладке в помещениях = 20 ;

в неотапливаемых техподопольях = 5 ; при надземной прокладке на открытом воздухе - средняя за период эксплуатации температура окружающего воздуха;

- коэффициент, принимаемый по приложению 11 учебного пособия.

Виды дополнительных термических сопротивлений зависят от способа прокладки тепловых сетей.

При надземной прокладке, а также прокладке в тоннелях и техподпольях

(2.69)

При подземной канальной прокладке

(2.70)

При подземной бесканальной прокладке

(2.71)

где - термическое сопротивление поверхности изоляционного слоя, м·°С /Вт, определяемое по формуле

, (2.72)

где - коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух, Вт/(м² ·°С) согласно прил. 9 [4] при прокладке в каналах = 8 Вт/(м² ·°С); при прокладке в техподпольях и тоннелях = 11 Вт/(м² ·°С), при надземной прокладке

= 29 Вт/(м² ·°С);

d - наружный диаметр трубопровода, м;

- термическое сопротивление поверхности канала, определяемое по формуле

, (2.73)

где - коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности канала; = 8 Вт/(м² ·°С);

- внутренний эквивалентный диаметр канала, м, определяемый по формуле

, (2.74)

где F - внутреннее сечение канала, м²;

P - периметр сторон по внутренним размерам, м;

- термическое сопротивление стенки канала определяемое по формуле

, (2.75)

где - теплопроводность стенки канала; для железобетона

= 2,04 Вт/(м·°С);

- наружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала, м;

- термическое сопротивление грунта определяемое по формуле

, (2.76)

где - теплопроводность грунта, зависящая от его структуры и влажности. При отсутствии данных его значение можно принимать для влажных грунтов = 2-2.5 Вт/(м·°С), для сухих грунтов

= 1,0-1,5 Вт/(м·°С);

h - глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м;

- добавочное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние труб при бесканальной прокладке, величину которого определяют по формулам:

· для подающего трубопровода

; (2.77)

· для обратного трубопровода

, (2.78)

где h - глубина заложения осей трубопроводов, м;

b - расстояние между осями трубопроводов, м, принимаемое в зависимости от их диаметров условного прохода по табл. 2.1

Таблица 2.1 Расстояние между осями трубопроводов.

d у, мм	50-80		125-150
b, мм

, - коэффициенты, учитывающие взаимное влияние температурных полей соседних теплопроводов, определяемые по формулам:

, (2.79)

, (2.80)

где , - нормированные линейные плотности тепловых потоков соответственно для подающего и обратного трубопроводов, Вт/м (см. формулу (2.68)).

Примеры расчетов толщины слоя изоляции при различных способах прокладки тепловых сетей приведены на стр. 65-72 учебного пособия.

2.11 Расчет и подбор компенсаторов

В тепловых сетях в настоящее время наиболее широко применяются сальниковые, П- образные, а в последнее время и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Кроме специальных компенсаторов используют для компенсации и естественные углы поворотов теплотрассы - самокомпенсацию. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа). Необходимо также определить реакцию компенсатора, используемую при расчетах нагрузок на неподвижные опоры. Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода , мм, определяют по формуле

, (2.81)

где - средний коэффициент линейного расширения стали, мм/(м · ^оС), (для типовых расчетов можно принять =1,2· 10ˉ² мм/(м · ^оС),

- расчетный перепад температур, определяемый по формуле

, (2.82)

где - расчетная температура теплоносителя, ^оС;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ^оС;

L - расстояние между неподвижными опорами, м.

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов, приведенную в табл. 4.13 [5], уменьшают на величину запаса - 50 мм.

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивке определяется по формуле

, (2.83)

где - рабочее давление теплоносителя, МПа;

- длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм;

- наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

- коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

При подпоре П-образных компенсаторов, их компенсирующая способность, размеры, а также осевая реакция могут быть определены по табл. 11.3 - 11.7 [5], а также по приложению 14 учебного пособия. Технические характеристики сильфонных компенсаторов приведены в табл. 4.14 - 4.15 [5]. Осевая реакция сильфонных компенсаторов складывается из двух слагаемых

(2.84)

где - осевая реакция, вызываемая деформацией волн, определяемая по формуле

, (2.85)

где D l - температурное удлинение участка трубопровода, м;

e - жесткость волны, Н/м, принимаемая по паспорту компенсатора;

n - количество волн (линз).

- осевая реакция от внутреннего давления, определяемая по формуле

, (2.86)

где - коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0.5 - 0.6;

D и d – соответственно наружный и внутренний диаметры волн, м;

- избыточное давление теплоносителя, Па.

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения s у основания короткого плеча угла поворота трассы, которое определяют для углов поворотов 90^о по формуле

; (2.87)

для углов более 90^о, т.е. 90+ b, по формуле

(2.88)

где D l - удлинение короткого плеча, м;

l - длина короткого плеча, м;

Е - модуль продольной упругости, равный в среднем для стали

2· 10⁵ МПа;

d - наружный диаметр трубы, м;

- отношение длины длинного плеча к длине короткого.

При расчетах углов на самокомпенсацию величина максимального напряжения s не должна превышать [s] = 80 МПа.

При расстановке неподвижных опор на углах поворотов, используемых для самокомпенсации, необходимо учитывать, что сумма длин плеч угла между опорами не должна быть более 60% от предельного расстояния для прямолинейных участков. Следует учитывать также, что максимальный угол поворота, используемый для самокомпенсации, не должен превышать 130^о.

2.12 Определение диаметров спускных устройств водяных тепловых сетей

Диаметр штуцера и запорной арматуры d, м, для спуска воды из секционируемого участка трубопровода определяют по формуле

, (2.89)

где , , - соответственно приведенный диаметр, м; общая длина, м; приведенный уклон секционируемого участка трубопровода определяемые по следующим формулам:

, (2.90)

, (2.91)

где - длины отдельных участков трубопровода, м, с условными диаметрами , м, при уклонах ;

m - коэффициент расхода арматуры, принимаемый для вентилей

m = 0,0144, для задвижек m = 0,011;

n - коэффициент, зависящий от времени спуска воды t (см. табл. 2.2).

Таблица 2.2 Значения коэффициента n.

t = 1 ч	t = 2 ч	t = 3 ч	t = 4 ч	t = 5 ч
n = 1	n = 0,72	n = 0,58	n = 0,5	n = 0,45

Максимальное время спуска воды предусматривается для трубопроводов:

300 мм - не более 2 ч 600 - не более 5 ч

350 ÷ 500 - не более 4 ч

Диаметр спускного устройства для двустороннего дренажа, установленного в нижней точке трубопровода, определяют по формуле

, (2.92)

где , - диаметры спускных устройств, определяемые по формуле (2.89) соответственно для каждой стороны.

Расчетный диаметр штуцера округляют с увеличением до стандартного и сравнивают с приведенными в таблице 2.3 данными.

Таблица 2.3 Условный проход штуцера и запорной арматуры для спуска воды.

, мм	65 вкл.	80-125	до 150	200-250	300-400		600-700
Условный проход штуцера, мм

К установке принимают наибольший из двух сравниваемых диаметров штуцеров и запорной арматуры.

Условный проход штуцера и запорной арматуры для выпуска воздуха из секционируемых участков водяных тепловых сетей приведен в таблице 2.4

Таблица 2.4 Условный проход штуцера и запорной арматуры для выпуска воздуха

, мм	25-80	100-150	200-300	350-400	500-700	800-1200
Условный проход штуцера,мм

2.13 Расчет усилий на опоры

Вертикальную нормативную нагрузку на подвижную опору F _v, Н, следует согласно [2] определять по формуле

, (2.93)

где - вес одного метра трубопровода в рабочем состоянии включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды, Н/м;

L - пролет между подвижными опорами, м.

Величина для труб с наружным диаметром может быть принята по табл. 2.5 учебного пособия.

Таблица 2.5 – Вес 1 м трубопровода в рабочем состоянии

, мм

, Н/м

Продолжение таблицы 2.5

, мм
, Н/м

Пролеты между подвижными опорами в зависимости от условий прокладки и типов компенсаторов приведены в таблицах 2.6, 2.7 учебного пособия.

Таблица 2.6 - Пролеты между подвижными опорами на бетонных подушках при канальной прокладке.

D у, мм	L, м	D у, мм	L, м	D у, мм	L, мм	D у, мм	L, м
	1,7		3,5
	2,5		4,5
					8,5

Таблица 2.7 - Пролеты между подвижными опорами при надземной прокладке, а также в тоннелях и техподпольях.

D у, мм	L, м	D у, мм	L, м	D у, мм	L, м
			6/6		14/13
			7/7		14/13
	2,5		8/8		14/13
			9/9		15/13
	3,5		11/11		15/13
			12/12		16/13
	5/5		14/14		18/15
					20/16

Примечание: в числителе L для П-образных компенсаторов и самокомпенсации, в знаменателе - для сальниковых компенсаторов.

Горизонтальные нормативные осевые нагрузки на подвижные опоры F _hx, Н, от трения определяются по формуле

, (2.94)

где - коэффициент трения в опорах, который для скользящих опор при трении сталь о сталь принимают равным 0,3 (при использовании фторопластовых прокладок = 0,1), для катковых и шариковых опор = 0,1.

При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору следует учитывать: неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов, на участках имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота, заглушки; следует также учитывать силы трения в подвижных опорах и силы трения о грунт для бесканальных прокладок, а также реакции компенсаторов и самокомпенсации. Горизонтальную осевую нагрузку на неподвижную опору следует определять:

· на концевую опору - как сумму сил действующих на опору;

· на промежуточную опору - как разность сумм сил действующих с каждой стороны опоры.

Неподвижные опоры должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов (охлаждение, нагрев) в том числе при открытых и закрытых задвижках. Для расчета усилий действующих на неподвижные опоры могут быть использованы типовые расчетные схемы, приведенные в литературе [5. стр.172-173], [7.стр.230-242].

2.14 Подбор элеватора

Требуемый располагаемый напор для работы элеватора , м определяется по формуле

, (2.95)

где h - потери напора в системе отопления, принимаемые 1,5-2м;

U _p - расчетный коэффициент смешения, определяемый по формуле

(2.96)

Расчетный коэффициент смешения для температурного графика 150-70 равен = 2,2; для графика 140-70 = 1,8; для графика 130-70 = 1,4.

Диаметр горловины камеры смешения элеватора d G, мм, при известном расходе сетевой воды на отопление G, т/ч, определяется по формуле

(2.97)

Диаметр сопла элеватора d _c, мм, при известном расходе сетевой воды на отопление G, т/ч, и располагаемом напоре для элеватора Н, м, определяется по формуле

(2.98)

Величина напора Н, м, гасимого соплом элеватора, не может, во избежание возникновения кавитационных режимов, превышать 40 м. Для определения диаметра сопла элеватора, его номера, требуемого напора могут быть использованы номограммы, приведенные в справочной литературе [5. стр. 312], [6. стр. 73-75].

Приложение 1. Основные буквенные обозначения величин

Основные буквенные обозначения величин

Q _{o max}- максимальный тепловой поток на отопление при t_o, Вт;

Q _от -средний тепловой поток на отопление при t _от, Вт

Q _{v max} - максимальный тепловой поток на вентиляцию при t_o, Вт

Q _{v т} - средний тепловой поток на вентиляцию при t _oт, Вт

Q _{h max} - максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение в сутки наибольшего водопотребления за период со среднесуточной температурой наружного воздуха 8°С и менее (за отопительный период), Вт

Q _hm- средний тепловой поток на горячее водоснабжение в средние сутки за неделю в отопительный период, Вт

Q ^s_hm- то же за период со среднесуточной температурой наружного воздуха более 8° С (неотопительный период), Вт

с - удельная теплоемкость воды, принимаемая в расчетах равной 4.187 кДж/(кг°С)

q _o- укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади, принимаемый по рекомендуемому приложению, Вт

А - общая площадь жилых зданий,м²

q _h- укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на одного человека, принимаемый по рекомендуемому приложению, Вт