Известны потери давления при единичном расходе воды в сети и расчетный отпуск тепла на коммунально-бытовые нужды. Как определить потери давления в сети?

Как определится расчетная компенсирующая способность компенсатора, устанавливаемого на прямолинейном участке трубопровода, по которому транспортируется сухой насыщенный пар? Зависит ли она от давления пара, протяженности и способа прокладки теплопровода? Как влияет предварительная растяжка на компенсирующую способность компенсатора?

При нагревании трубопровода от температуры окружающего воз­духа U до температуры протекающей в нем среды tc все его линейные размеры увеличиваются на: ΔL_i = L_i * αΔt - где L_i — линейный размер при температуре t_В; Δt=t_С—t_В — разность температур; α — коэффициент линейного расширения, 1/град. Оборудование, к которому присоединен трубопровод, препятствует его свободному расширению. Если после нагрева освободить один из концов трубопровода, например М (рис. 4-5), то этот конец переместит­ся в точку М' на расстояние: ΔL_Х = L_Х * αΔt — вдоль оси ОХ; (4-5) Рис. 4-5.

ΔL_У = L_У * αΔt — вдоль оси ОY. (4-6)

При закрепленных концах трубо­провод деформируется (изгибается), в нем возникают напряжения, а в опорах — реактивные силы и мо­менты. Изгиб осевой линии трубо­провода, вызываемый температур­ными удлинениями его элементов, называется самокомпенса­цией.

Рис. 4-5. 1 — трубопровод в холодном состоянии; 2 — трубопровод с одним незакреплённым кон­цом в горячем состояния: 3 — трубопровод с закреплёнными концами в горячем состоянии.

Определение сил, моментов и на­пряжений от самокомпенсации в об­щем, случае является сложной за­дачей, для решения которой исполь­зуются электронные вычислительные машины. Рассмотрим в качестве примера Г-образный трубопровод (рис. 4-6). При его нагревании на Δt плечи L₁ и L₂ удлиняются соответст­венно на

ΔL₁ = L₁ * αΔt (4-7), ΔL₂ = L₂ * αΔt (4-8)

В точке А прогиб плеча L₁ будет равен удлинению плеча L₂ т. е. ΔL₂. Если плечо L₁ рассматривать как консоль с прогибом на свободном кон­це ΔL₂ то, как известно из курса сопротивления материалов, в месте заделки возникают изгибные напряжения:

σ_ИЗ=3ΔL₂ЕН/(2L₁²) (4-9)

где Е — модуль упругости первого рода; Н — высота поперечного сечения балки, для трубы H=Dп.

В отличие от консоли не заделанные кон­цы плеч L₁ и L₂не свободны, а соединены ко­леном. Это соединение делает трубопровод более жестким, поскольку препятствует сво­бодному перемещению концов. Поэтому фактически возникающее напряжение от изгиба — σ_ИЗ^CK в месте закрепления плеча L₁ Г-образного трубопровода больше, чем в консольной балке, примерно вдвое: σ_ИЗ^CK = 3ΔL₂ЕD_H/L₁²=3αΔtL₂ЕD_H/L₁² (4-10)

Из этого соотношения видно, что напряжение в месте установки опоры тем больше, чем меньше прилежащее к этой опоре плечо и чем больше перпендикулярное плечо.

Прочность трубопровода зависит как от величины напряжения, вы­зываемого внутренним давлением:

σ_P=((L+A₁)D_H-S)ρ/2S (4-11)

так и от изгибного напряжения. Величина последнего должна удовле­творять неравенству:

σ_ИЗ^CK ≤1,1σ_ДОП(2-(σ_P/σ_ДОП)²)^0,5 (4-12)

Рис. 4-7. Трубопровод с П-образиым компенсато­ром

Если условие (4-12) не удовлетворяется, то искусственно увеличива­ют гибкость за счет компенсаторов (рис. 4-7), устанавливаемых на большем из плеч. При тепловом удлинении этого плеча возникает прогиб вертикальных участков компенсатора 1-2 и 3-4, благодаря чему уменьшаются прогиб и напряжения в ко­ротком плече 0-А. Чем больше вылет компен­сатора h, тем меньше напряжение от изгиба. На трубопроводах низкого давления (до 0,6 МПа) для компенсации температурных удлинений применяются линзовые компенса­торы (рис. 4-8) с количеством линз (волн) от одной до четырех. Схема установки линзовых компенсаторов на трубо­проводе показана на рис. 4-9. При нагреве трубопровода его удлинение компенсируется равным по величине сжатием линз. Количество устанав­ливаемых линз определяется из соотношения: n=αΔtL/σ (4-13) где L — длина компенсируемого участка трубопровода; б — допустимое сжатие линзы в осевом направлении. На боковые поверхности линзы действует внутреннее давление, создающее распорное усилие: F_P=πp(D_Л² – D_П²) (4-14)

где D_Л — наибольший внутренний диа­метр линзы; D_В — внутренний диаметр трубы.

Распорное усилие стремится растя­нуть линзы. Чтобы воспрепятствовать этому усилию, их скрепляют стяжками. Линзы компенсируют удлинение уча­стка трубопровода только между стяжками. Поэтому длина L в равен­стве (4-13) — расстояние между точка­ми крепления стяжек.

Количество устанавливаемых линз можно уменьшить в 2 раза, если выполнить предварительную растяжку (рис. 4-10). Для этого между стыкуемыми трубами оставляют зазор: Δl=α*Δl*L/2 (4-15)

С помощью вспомогательных стяжек компенсатор растягивают, фас­ки труб сближаются и их сваривают.

При нагревании трубопровод удлиняется на величину: Δl_i ≥ L * αΔt, (4-16) а линзы из растянутого состояния переходят в сжатое. Величина сжатия составляет: Δ L_СЖ=ΔL_t –ΔL=LαΔt/2,

Следовательно, необходимое количество линз при предварительной растяжке: n=αΔtL/2σ, (4-17) уменьшается в 2 раза.

На рис. 4-11 показан другой способ ком­пенсации температурных удлинений с по­мощью линз, используемых как шарниры.

При тепловом удлинении плеча L₁ в точ­ке А верхней Линзы и точке В' нижней про­исходит сжатие, а в точках В и А' — растя­жение. Боковые поверхности линзы пово­рачиваются относительно друг друга на не­который угол α, благодаря чему верхний ко­нец участка трубопровода между линзами отходит от исходного положения в направ­лении температурного перемещения точки К, чем достигается компенсация удлинения плеча L₁.

Как определить мощность пиковых водогрейных котлов, устанавливаемых на ТЭЦ и рассчитать годовой расход топлива на пиковые котлы, если известны расчетный отпуск тепла от ТЭЦ и коэффициент теплофикации? Повлияют ли климатические условия района расположения ТЭЦ на мощность пиковых котлов и расход топлива, если отпуск тепла на коммунально-бытовые нужды сохранить неизменным?

Котлы более 30 Гкал/ч могут использоваться как в качестве основного, так и

пикового источника тепла. По особому согласованию с заводом – изготовителем котлы могут выпускаться с нагревом до 180 0 С.

Марки котлов: 1) газомазутные: ПТВМ, КВ-ГМ; 2) твердотопливные: КВ

Одной из характеристик работы ТЭЦ является коэффициент теплофикации a -

отношение количества тепла из отборов турбины к общему количеству тепла,

отпускаемого от ТЭЦ.

,

Расчетный отпуск тепла от ТЭЦ определяется по формуле:Qт=Qотб+Qпик.кот

Из первой формулы следует что коэффициент теплофикации равен:α_Т=Qотб/Qт

Выражаем отбор из турбины из формулы коэф-та теплофикации Qотб = α_Т· Qт

Qт – Qотб = Qпик.кот

Qпик.кот = Qт·(1 - αт)

B= Qпик.кот/Q^н_р·ηка·ηтр

Минимальный и максимальный расход воды в подающем трубопроводе открытых систем теплоснабжения. Условия, обусловливающие изменение расхода воды. Как выбрать сетевые насосы для открытых систем теплоснабжения?

В открытых системах вода на ГВС частично забирается из подающего трубопровода и частично – из обратного. Это необходимо для поддержания нужной температуры ГВС. Расходы воды на отопление и вентиляцию рассчитываются так же, как и для закрытой системы при регулировании по отопительной нагрузке.

При

.

При

.

При часть воды на ГВС забирается из подающего трубопровода, а часть воды – из обратного. При вся вода на ГВС забирается только из обратного трубопровода. При вся вода на ГВС забирается из подающего трубопровода. Обозначим через b долю расхода воды на ГВС из подающего трубопровода, а через – долю воды из обратного трубопровода. Количество теплоты на ГВС

.

Поделив обе части на , найдем:

; .

Рис. 2.11. График доли расхода вода на ГВС в открытой системе

На рис. 2.11 приведен график изменения доли водоразбора . Расходы воды из подающего и обратного трубопроводов равны: , . В закрытых и открытых схемах расходы сетевой воды на отопление и вентиляцию одинаковы. Однако расходы сетевой воды на нагрузку ГВС отличаются.

; .

В открытых системах расход воды в подающем трубопроводе

, где – расход утечек.

В обратном трубопроводе

, .

При одинаковых Q и одинаковых t₁ в открытых системах , а в обратном трубопроводе .

ОК – обратный клапан; Э – водоструйный эжектор или элеватор; РТ – регулятор температуры; В – воздушник; ОП – отопительный прибор; С – смеситель.

Рис. 1.7. Открытая схема присоединения абонентской установки

Температура на рис. 2.12б это температура наружного воздуха, при которой равна температуре . В диапазоне температур вся вода на ГВС забирается из обратного трубопровода. При этом ее расход определяется как:

.

Рис. 2.12. Графики расходов в тепловой сети при регулировании по отопительной нагрузке: а) – закрытая система; б) – открытая система

Известны потери давления при единичном расходе воды в сети и расчетный отпуск тепла на коммунально-бытовые нужды. Как определить потери давления в сети?

Падение давления в трубе представляет собой сумму линейных потерь давления и потерь давления на местных гидравлических сопротивлениях.

Dp = Dpл + Dpм. (6.2)

В трубопроводах Dpл=Rл L, где Rл – удельное падение давления, т.е. падение давление единицы длины трубы, определяемое по формуле д'Арси.

. (6.3)

Коэффициент гидравлического сопротивления l зависит от режима течения жидкости и абсолютной эквивалентной шероховатости стенок трубы кэ. Можно в расчетах принимать следующие значения кэ – в паропроводах кэ =0.2 мм; в водяных сетях кэ =0.5 мм; в конденсатопроводах и системах ГВС кэ =1 мм.

При ламинарном течении жидкости в трубе (Re < 2300)

. (6.4)

В переходной области 2300 < Re < 4000

. (6.5)

При

. (6.6)

Обычно в тепловых сетях Re > Reпр, поэтому (6.3) можно привести к виду

, где . (6.7)

Потери давления на местных сопротивлениях определяются по формуле

. (6.8)

Значения коэффициента местного гидравлического сопротивления x приводятся в справочниках. При гидравлических расчетах можно учитывать потери давления на местных сопротивлениях через эквивалентную длину.

.

Тогда , где a=lэкв/l – доля местных потерь давления.

Зная количество тепла на хозяйственно - бытовые нужды, можно найти расход теплоносителя в единицу времени G.

Зная единичный расход через единицу длины трубопровода, можно найти диаметр трубопровода d.

На технологические нужды от ТЭЦ отпускается перегретый пар. Как определить параметры теплоносителя у потребителя? При каких условиях к потребителю будет поступать сухой насыщенный пар или влажный? Как рассчитать количество сконденсировавшегося пара? Возможна ли полная конденсация пара при транспорте?

В процессе движения по теплопроводу энтальпия теплоносителя уменьшается. Вследствие этого происходит снижение температуры теплоносителя вдоль теплопровода, а при транспортировке насыщенного пара выпадает конденсат. При коротких теплопроводах, когда ожидаемое падение температуры не превышает 3—4 % значения температуры в начале участка, расчет может проводиться в предположении постоянства удельных тепловых потерь.

Уравнение теплового баланса в этом случае имеет вид

(1)

где G — расход теплоносителя на участке; ср — теплоемкость теплоносителя; т1 и т2 — температура теплоносителя в начале и конце участка, °С; l — длина участка, м; q — удельные линейные тепловые потери; м — коэффициент местных потерь теплоты. Из (1) следует

(2)

При транспорте перегретого пара, когда наряду с тепловыми потерями имеют место значительные потери давления, можно пользоваться более точным методом.

По известному давлению P2 в конце участка и найденной из теплового баланса энтальпии

(3)

с помощью таблиц или диаграмм водяного пара легко определить температуру т2.

При длинных и слабоизолированных участках паропровода или малых расходах теплоносителя, когда ожидаемое падение температуры значительно, необходимо учитывать изменение удельных тепловых потерь по длине участка.

Рассмотрим паропровод перегретого пара длиной l. Температура пара в начале паропровода равна т1, а в конце т2. Окружающая среда имеет температуру t0. Термическое сопротивление изоляционной конструкции паропровода равно R. Выделим из паропровода участок бесконечно малой длины dl Обозначим среднюю температуру пара на этом бесконечно малом участке через т, а падение температуры пара на этом участке — через dт. Расход пара по паропроводу равен G. Составим уравнение теплового баланса для рассматриваемого бесконечно малого участка dl с учетом местных потерь

или

(4)

Проинтегрировав (4) в пределах изменения температуры от т1 до т2 и изменения длины паропровода от 0 до l, получим (5)

Разрешая (5) относительно т2, получаем

(6)

Полученная формула (6), строго говоря, справедлива при изобарном процессе течения, так как при ее выводе не учитывалось падение температуры пара в паропроводе из-за падения давления.

Снижение температуры пара, вызываемое падением давления, можно определить по формуле

(7)

где dt/dp—дифференциальный дроссель-эффект, КПа; Др— падение давления пара, Па. Значение dt/dp зависит от начальных параметров пара. При давлении р1 = 0,5— 1,5 МПа и температуре перегрева T1 = 300—350 °С дифференциальный дроссель-эффект водяного пара dt/dp = (12—14)10~6 КПа; вблизи кривой насыщения dt/dp = (25—30)10_6 КПа.

Действительная температура пара в конце паропровода

(8)

где т2 — температура пара в конце паропровода при изобарном течении, определяемая по формуле (6).

С помощью (6)—(8) можно найти длину паропровода, на которой пар теряет свой перегрев. Для точного расчета этой длины необходимо знать не только закон падения температуры вдоль паропровода, но и закон падения давления.

Рис. 1. Графический расчет точки насыщения

1 — изменение температуры пара; 2 — изменение давления пара; 3 — изменение температуры насы­щения

Задача решается графически (рис. 1). Построив по (6)—(8) кривую изменения температуры пара по длине паропровода 1, а по законe падения давления — кривую изменения давления пара по длине паропровода 2 и кривую температур насыщения 3, соответствующую кривой давления 2, легко найти расстояние точки насыщения от начала паропровода как абсциссу точки пересечения кривых 1 и 3.

Количество конденсата, выпадающего на участке паропровода при транспортировке насыщенного пара,

(9)

где q — удельные линейные тепловые потери; l — длина участка; г — скрытая теплота парообразования.