Cálculo hidráulico de redes principales de calefacción. Cálculo hidráulico de redes de calefacción.

Ruta de la red de calefacción

En el plano de una zona residencial, dibuje la ruta de la red de calefacción desde la fuente de suministro de calor hasta cada bloque. Se recomienda utilizar un diagrama de red de calefacción radial. Al realizar rutas, debe esforzarse por lograr la longitud de red más corta y la carga de carreteras en ambos sentidos. Debería proporcionarse un insumo para cada trimestre, y sólo en ciertos trimestres grandes deberían permitirse dos insumos. Es recomendable conectar bloques opuestos en un punto.

Dentro de las zonas urbanas, la instalación de redes de calefacción según las condiciones arquitectónicas debe realizarse mediante canales subterráneos. En zonas fuera de los límites de la ciudad, el estudiante puede optar, a su discreción, por instalar la red de calefacción bajo tierra o sobre soportes bajos.

La tarea del cálculo hidráulico es determinar los diámetros de las tuberías y las pérdidas de presión en ellas.

El consumo de agua de la red calculado para determinar los diámetros de las tuberías en las redes de calentamiento de agua debe determinarse por separado para calefacción, ventilación y suministro de agua caliente, seguido de la suma de estos costos.

El caudal estimado de agua de la red, kg/h, para determinar los diámetros de las tuberías en redes de calentamiento de agua con regulación cualitativa del suministro de calor debe determinarse por separado para calefacción, ventilación y suministro de agua caliente mediante las fórmulas:

a) para calentar

b) para ventilación

; (2.41)

c) para suministro de agua caliente en sistemas de calefacción abiertos:

promedio por hora

; (2.42)

máximo

; (2.43)

d) para suministro de agua caliente en sistemas de calefacción cerrados:

promedio horario, con conexión en paralelo de calentadores de agua

; (2.44)

máximo, con conexión en paralelo de calentadores de agua

; (2.45)

promedio horario, con esquemas de conexión a calentadores de agua de dos etapas

; (2.46)

máximo, con esquemas de conexión a calentador de agua de dos etapas.

; (2.47)

En las fórmulas (2.40 - 2.47), los flujos de calor calculados se dan en W,

capacidad calorífica Con se considera 4,198 kJ/(kg °C).

El consumo total estimado de agua de la red, kg/h, en redes de calefacción de dos tubos en sistemas de suministro de calor abiertos y cerrados con regulación de alta calidad del suministro de calor debe determinarse mediante la fórmula

Coeficiente k 3, teniendo en cuenta la proporción del consumo medio por hora de agua para el suministro de agua caliente cuando se regula según la carga de calefacción, se debe tomar de acuerdo con la tabla 4. Cuando se regula según la carga combinada de calefacción y suministro de agua caliente, el coeficiente k 3 se toma igual a cero.

Tabla 4 – Valores de coeficiente k 3

Para realizar un cálculo hidráulico se elabora un esquema de diseño de la red, en el que se muestra la fuente de suministro de calor, el recorrido de la red de calefacción y las estaciones de calefacción central o cámaras nodales de los bloques conectados a ella. El recorrido se divide en tramos calculados, indicando en cada uno de ellos el número, longitud y caudal de refrigerante.

Fig.3. Esquema de diseño de una red de calefacción (ejemplo).

El consumo de agua de la red entre zonas residenciales se distribuye en proporción a su carga térmica (o superficie).

Para reducir dichos cálculos, se permite realizar un cálculo hidráulico de la dirección principal (desde la fuente hasta el bloque más remoto) y un ramal de la ruta.

Para los cálculos preliminares se pueden tomar pérdidas de presión específicas (R Λ) para tramos de la vía principal de hasta 80 Pa/m, para tramos de la vía secundaria de hasta 300 Pa/m.

El cálculo comienza desde la sección de la cabeza, es decir. desde la fuente hasta la primera rama. Con base en el consumo de refrigerante calculado en el área y las pérdidas de presión específicas previamente aceptadas utilizando el nomograma para cálculos hidráulicos, de acuerdo con el Apéndice 5 de este libro de texto, así como utilizando tablas y nomogramas, se encuentra el diámetro de la tubería. De acuerdo a las tablas 3.4 y 3.7 “Tuberías de acero”, seleccione un diámetro de tubería estándar cercano al obtenido previamente del nomograma. Para una tubería estándar, se especifican la pérdida de presión específica y el caudal de refrigerante. Para el área considerada se desarrolla un diagrama de instalación, que indica tuberías, accesorios, soportes fijos, compensadores, ángulos de rotación y transiciones. Se identifican los tipos de resistencias locales y se calcula la longitud equivalente de la sección. Los cálculos se resumen en la Tabla 5.

Tabla 5 – Cálculo hidráulico de la red de calentamiento de agua.

Las tuberías de la red de calefacción en el diagrama se muestran como dos líneas paralelas y se denominan T1 y T2. La tubería de suministro T1 está necesariamente ubicada a la derecha a lo largo del flujo de refrigerante desde la fuente. Todos los puntos de bifurcación están fijados con soportes fijos y se denominan UT - unidades de tubería. En las ramas de la red de calefacción, se instalan válvulas de cierre: válvulas de acero, para cuyo mantenimiento se proporcionan cámaras térmicas [Apéndice 16 de este manual].

CÁLCULO HIDRÁULICO DE REDES DE CALOR

La tarea del cálculo hidráulico incluye:

Determinación del diámetro de la tubería;

Determinación de la caída de presión (presión);

Determinación de presiones (presiones) en varios puntos de la red;

Vincular todos los puntos de la red en modos estático y dinámico para garantizar las presiones permitidas y requeridas en la red y los sistemas de abonados.

Según los resultados de los cálculos hidráulicos, se pueden resolver los siguientes problemas.

1. Determinación de los costes de capital, consumo de metal (tuberías) y volumen principal de trabajo en el tendido de una red de calefacción.

2. Determinación de las características de las bombas de circulación y reposición.

3. Determinación de las condiciones de funcionamiento de la red de calefacción y selección de esquemas de conexión de abonados.

4. Selección de automatización para la red de calefacción y abonados.

5. Desarrollo de modos de funcionamiento.

a. Esquemas y configuraciones de redes de calefacción.

El diseño de la red de calefacción está determinado por la ubicación de las fuentes de calor en relación con el área de consumo, la naturaleza de la carga térmica y el tipo de refrigerante.

La longitud específica de las redes de vapor por unidad de carga térmica de diseño es pequeña, ya que los consumidores de vapor, generalmente consumidores industriales, se encuentran a poca distancia de la fuente de calor.

Una tarea más difícil es elegir un esquema de red para calentar agua debido a su gran longitud y gran número de suscriptores. Los vehículos acuáticos son menos duraderos que los vehículos de vapor debido a una mayor corrosión y son más sensibles a los accidentes debido a la alta densidad del agua.

Fig.6.1. Red de comunicación unifilar de una red de calefacción de dos tubos.

Las redes de agua se dividen en redes principales y de distribución. El refrigerante se suministra a través de redes principales desde las fuentes de calor hasta las zonas de consumo. A través de redes de distribución, el agua se suministra a GTP y MTP y a los suscriptores. Los suscriptores rara vez se conectan directamente a las redes troncales. En los nodos que conectan las redes de distribución con las principales se instalan cámaras de sección con válvulas. Las válvulas seccionales en las redes principales suelen instalarse cada 2-3 km. Gracias a la instalación de válvulas seccionales se reducen las pérdidas de agua durante accidentes de vehículos. Los vehículos de distribución y principales con un diámetro inferior a 700 mm suelen tener un callejón sin salida. En caso de emergencia, una interrupción del suministro de calor a los edificios de hasta 24 horas es aceptable en la mayor parte del país. Si una interrupción en el suministro de calor es inaceptable, es necesario prever la duplicación o bucle invertido del sistema de calefacción.

Fig.6.2. Red de calefacción anular de tres centrales térmicas Fig. 6.3. Red de calor radial

Al suministrar calor a las grandes ciudades desde varias centrales térmicas, es aconsejable prever el enclavamiento mutuo de las centrales térmicas conectando sus redes mediante conexiones entrelazadas. En este caso se obtiene una red de calor anular con varias fuentes de energía. Un esquema de este tipo tiene una mayor confiabilidad y garantiza la transmisión de flujos de agua redundantes en caso de accidente en cualquier parte de la red. Cuando los diámetros de las tuberías que se extienden desde la fuente de calor son de 700 mm o menos, generalmente se usa un diagrama de red de calefacción radial con una disminución gradual en el diámetro de la tubería a medida que aumenta la distancia desde la fuente y disminuye la carga conectada. Esta red es la más barata, pero en caso de accidente se corta el suministro de calor a los abonados.

b. Dependencias de cálculo básico

Fig.6.1. Diagrama del movimiento de un fluido en una tubería.

La velocidad del fluido en las tuberías es baja, por lo que se puede despreciar la energía cinética del flujo. Expresión h=pag/r gramo se llama altura piezométrica y la suma de la altura Z y la altura piezométrica se llama altura total.

H 0 =Z + p/rg = Z + H.(6.1)

La caída de presión en la tubería es la suma de las pérdidas de presión lineales y las pérdidas de presión debidas a las resistencias hidráulicas locales.

D pag=D pag l + D pag(6.2)

En tuberías D pag l = R yo l, Dónde R l – caída de presión específica, es decir caída de presión por unidad de longitud de tubería, determinada por la fórmula de d'Arcy.

. (6.3)

El coeficiente de resistencia hidráulica l depende del régimen de flujo del fluido y de la rugosidad absoluta equivalente de las paredes de la tubería. k e. Los siguientes valores se pueden tomar en los cálculos. k e– en líneas de vapor k e= 0,2 mm; en redes de agua k e=0,5 mm; en tuberías de condensado y sistemas de suministro de agua caliente k e= 1 milímetro.

Con flujo laminar de líquido en una tubería ( Re < 2300)

En la región de transición 2300< Re < 4000

. (6.5)

En

. (6.6)

Generalmente en redes de calefacción. Re > Re pr, por lo tanto (6.3) se puede reducir a la forma

, Dónde . (6.7)

La pérdida de presión en resistencias locales está determinada por la fórmula

. (6.8)

Valores del coeficiente de resistencia hidráulica local. incógnita se dan en libros de referencia. Al realizar cálculos hidráulicos, es posible tener en cuenta las pérdidas de presión debidas a resistencias locales en una longitud equivalente.

Entonces donde a=l eq/l– proporción de pérdidas de presión locales.

a. Procedimiento de cálculo hidráulico

Normalmente, durante los cálculos hidráulicos, se especifican el caudal de refrigerante y la caída de presión total en el área. Necesitas encontrar el diámetro de la tubería. El cálculo consta de dos etapas: preliminar y verificación.

Cálculo preliminar.

2. Establecer la fracción de caídas de presión locales. a=0.3...0.6.

3. Evaluar la pérdida de presión específica.

. Si se desconoce la caída de presión en el área, entonces se establecen por el valor rl < 20...30 Па/м.

4. Calcule el diámetro de la tubería a partir de las condiciones de funcionamiento en modo turbulento. Para las redes de calentamiento de agua, la densidad se considera igual a 975 kg/m 3.

De (6.7) encontramos

, (6.9)

Dónde r– densidad media del agua en un área determinada. Según el valor del diámetro encontrado, se selecciona una tubería con el diámetro interno más cercano de acuerdo con GOST. Al elegir una tubería, indique d y Y d, o re n Y d.

2. Cálculo de verificación.

Para los tramos finales, se debe comprobar el modo de conducción. Si resulta que el modo de movimiento es transitorio, entonces, si es posible, es necesario reducir el diámetro de la tubería. Si esto no es posible, entonces los cálculos deben realizarse utilizando fórmulas de régimen de transición.

1. Se están aclarando los valores rl;

2. Se especifican los tipos de resistencias locales y sus longitudes equivalentes. Las válvulas se instalan en la salida y entrada del colector, en los puntos de conexión de las redes de distribución a las principales, ramales al consumidor y en los consumidores. Si la longitud de la rama es inferior a 25 m, se permite instalar la válvula solo en el consumidor. Las válvulas seccionales se instalan cada 1 a 3 km. Además de las válvulas, son posibles otras resistencias locales: giros, cambios de sección transversal, tes, fusión y bifurcación de flujo, etc.

Para determinar el número de compensadores de temperatura, las longitudes de las secciones se dividen por la distancia permitida entre los soportes fijos. El resultado se redondea al número entero más cercano. Si hay giros en la zona, se pueden utilizar para autocompensar las ampliaciones de temperatura. En este caso, el número de compensadores se reduce en el número de vueltas.

5. Se determina la pérdida de presión en el área. Para sistemas cerrados Dp uch =2R l (l+l e).

Para sistemas abiertos, los cálculos preliminares se basan en el caudal equivalente

Durante los cálculos de verificación, las pérdidas de presión lineales específicas se calculan por separado para las tuberías de suministro y retorno para los caudales reales.

, .

Al final del cálculo hidráulico, se construye un gráfico piezométrico.

a. Gráfico piezométrico de una red de calefacción.

El gráfico piezométrico muestra a escala el terreno, la altura de los edificios anexos y la presión en la red. Con este gráfico, es fácil determinar la presión y la presión disponible en cualquier punto de la red y los sistemas del abonado.

Los niveles 1 - 1 se toman como el plano horizontal de referencia de presión. La línea P1 - P4 es un gráfico de las presiones de la línea de suministro. Línea O1 – O4 – gráfico de presión de la línea de retorno. N o1 – presión total en el colector de retorno de la fuente; Nsn – presión de la bomba de red; Nst – presión total de la bomba de reposición o presión estática total en la red de calefacción; Nk – presión total en t.K en la tubería de descarga de la bomba de la red; DHt – pérdida de presión en la planta de tratamiento térmico; Нп1 – presión total en el colector de suministro, Нп1= Нк - DHт. Presión de suministro de agua disponible en el colector de CHP N1=Np1-No1. La presión en cualquier punto de la red i se indica como Npi, Hoi es la presión total en las tuberías de ida y vuelta. Si la altura geodésica en el punto i es Zi, entonces la presión piezométrica en este punto es Нпi – Zi, Hoi – Zi en las tuberías de ida y vuelta, respectivamente. La presión disponible en el punto i es la diferencia entre las presiones piezométricas en las tuberías de ida y vuelta – Нпi – Hoi. La presión disponible en el vehículo en el punto de conexión del abonado D es H4 = Np4 – Ho4.

Fig.6.2. Esquema (a) y gráfico piezométrico (b) de una red de calefacción de dos tubos.

Hay una pérdida de presión en la línea de suministro en la sección 1 - 4 . Hay una pérdida de presión en la línea de retorno en las secciones 1 - 4 . Cuando la bomba principal está funcionando, la presión Hst de la bomba de alimentación está regulada por el regulador de presión al No1. Cuando la bomba de la red se detiene, se establece una presión estática Nst en la red, desarrollada por la bomba de reposición. Al calcular hidráulicamente una tubería de vapor, es posible que no se tenga en cuenta el perfil de la tubería de vapor debido a la baja densidad del vapor. Pérdidas de presión de los abonados, por ejemplo Depende del esquema de conexión del suscriptor. Con elevador de mezcla D norte e= 10...15 m, con entrada sin ascensor – D nótese bien e =2...5 m, en presencia de calentadores de superficie D norte n=5...10 m, con bomba de mezcla D norte ns= 2…4 m.

Requisitos para las condiciones de presión en la red de calefacción:

b. en ningún punto del sistema la presión no debe exceder el valor máximo permitido. Las tuberías del sistema de suministro de calor están diseñadas para 16 ata, las tuberías de los sistemas locales están diseñadas para una presión de 6-7 ata;

do. Para evitar fugas de aire en cualquier punto del sistema, la presión debe ser de al menos 1,5 atm. Además, esta condición es necesaria para evitar la cavitación de la bomba;

d. en cualquier punto del sistema, la presión no debe ser inferior a la presión de saturación a una temperatura determinada para evitar la ebullición del agua;

6.5. Características del cálculo hidráulico de tuberías de vapor.

El diámetro de la línea de vapor se calcula en función de la pérdida de presión permitida o de la velocidad del vapor permitida. La densidad del vapor en el área calculada está preestablecida.

Cálculo basado en la pérdida de presión permitida.

Evaluar , a= 0,3...0,6. Utilizando (6.9), se calcula el diámetro de la tubería.

Están determinados por la velocidad del vapor en la tubería. De la ecuación para el flujo de vapor – G=wrF Encuentre el diámetro de la tubería.

Según GOST, se selecciona una tubería con el diámetro interno más cercano. Se especifican pérdidas lineales específicas y tipos de resistencias locales, y se calculan longitudes equivalentes. Se determina la presión al final de la tubería. Las pérdidas de calor en el área de diseño se calculan en función de las pérdidas de calor normalizadas.

Qpot=q l l, Dónde ql– pérdida de calor por unidad de longitud para una determinada diferencia de temperatura entre el vapor y el ambiente, teniendo en cuenta la pérdida de calor en soportes, válvulas, etc. Si ql determinado sin tener en cuenta las pérdidas de calor en soportes, válvulas, etc., entonces

Qpot=q l (tav – to)(1+b), Dónde tsr- temperatura media del vapor en el sitio, a– temperatura ambiente, dependiendo del método de instalación. Para instalación sobre el suelo a = no, para instalación subterránea sin canales a = tgr(temperatura del suelo a la profundidad de colocación), cuando se coloca en canales pasantes y semipasantes a=40…50 0 C. Cuando se coloca en canales no transitables a= 5 0 C. Con base en las pérdidas de calor encontradas, se determina el cambio en la entalpía del vapor en la sección y el valor de la entalpía del vapor al final de la sección.

Diuch=Qpot/D, ik=in - Diuch.

Con base en los valores encontrados de presión y entalpía del vapor al principio y al final de la sección, se determina un nuevo valor de la densidad promedio del vapor. rср = (rn + rc)/2. Si el nuevo valor de densidad difiere del valor especificado anteriormente en más del 3%, entonces el cálculo de verificación se repite con aclaración simultáneamente y rl.

a. Características del cálculo de tuberías de condensado.

Al calcular la tubería de condensado, es necesario tener en cuenta la posible formación de vapor cuando la presión cae por debajo de la presión de saturación (vapor secundario), la condensación de vapor debido a pérdidas de calor y el paso de vapor después de las trampas de vapor. La cantidad de vapor que pasa está determinada por las características de la trampa de vapor. La cantidad de vapor condensado está determinada por la pérdida de calor y el calor de vaporización. La cantidad de vapor secundario está determinada por los parámetros promedio en el área de diseño.

Si el condensado está cerca del estado de saturación, entonces el cálculo debe realizarse como para una tubería de vapor. Al transportar condensado sobreenfriado, el cálculo se realiza de la misma forma que para las redes de agua.

b. Modo de presión de la red y elección del esquema de entrada del abonado.

1. Para el funcionamiento normal de los consumidores de calor, la presión en la línea de retorno debe ser suficiente para llenar el sistema, Ho > DHms.

2. La presión en el retorno debe estar por debajo del valor permitido po > padd.

3. La presión real disponible en la entrada del abonado no debe ser inferior a la calculada, DHab DHcalc.

4. La presión en la línea de suministro debe ser suficiente para llenar el sistema local, Hp – DHab > Hms.

5. En modo estático, es decir. Al apagar las bombas de circulación, no se debe vaciar el sistema local.

6. La presión estática no debe exceder el valor permitido.

La presión estática es la presión que se establece después de que se apagan las bombas de circulación. El nivel de presión estática (presión) debe indicarse en el gráfico piezométrico. El valor de esta presión (presión) se establece en función del límite de presión para dispositivos de calefacción y no debe exceder 6 ati (60 m). En un terreno tranquilo, el nivel de presión estática puede ser el mismo para todos los consumidores. En caso de grandes fluctuaciones del terreno, puede haber dos, pero no más de tres, niveles estáticos.

Fig.6.3. Gráfico de presiones estáticas del sistema de calefacción.

La Figura 6.3 muestra un gráfico de presiones estáticas y un diagrama del sistema de suministro de calor. Las alturas de los edificios A, B y C son iguales e iguales a 35 m. Si trazamos una línea de presión estática a 5 metros por encima del edificio C, entonces los edificios B y A se encontrarán en una zona de presión de 60 y 80 m. son posibles las siguientes soluciones.

7. Las instalaciones de calefacción en los edificios A están conectadas según un circuito independiente, y en los edificios B y C, según uno dependiente. En este caso, se establece una zona estática común para todos los edificios. Los calentadores de agua estarán bajo una presión de 80 m, lo que es aceptable desde el punto de vista de la resistencia. Línea de presión estática – S - S.

8. Las instalaciones de calefacción del edificio C están conectadas según un circuito independiente. En este caso, la altura estática total se puede seleccionar según las condiciones de resistencia de las instalaciones de los edificios A y B - 60 m. Este nivel está indicado por la línea M - M.

9. Las instalaciones de calefacción de todos los edificios están conectadas según un esquema dependiente, pero la zona de suministro de calor se divide en dos partes: una en el nivel M-M para los edificios A y B, la otra en el nivel S-S para el edificio C. Para ello , se instala una válvula de retención entre los edificios B y C 7 en la línea directa y la bomba de alimentación de la zona superior 8 y el regulador de presión 10 en la línea de retorno. El mantenimiento de la presión estática dada en la zona C se realiza mediante la bomba de alimentación de la zona superior 8 y el regulador de alimentación 9. El mantenimiento de la presión estática dada en la zona inferior se realiza mediante la bomba 2 y el regulador 6.

En el modo de funcionamiento hidrodinámico de la red, los requisitos anteriores también deben cumplirse en cualquier punto de la red a cualquier temperatura del agua.

Fig.6.4. Trazar un gráfico de presiones hidrodinámicas de un sistema de suministro de calor.

10. Construcción de líneas de presiones piezométricas máximas y mínimas.

Las líneas de presiones permisibles siguen el terreno, porque Se acepta que las tuberías se coloquen de acuerdo con el terreno. La referencia es del eje de la tubería. Si el equipo tiene dimensiones de altura significativas, entonces la presión mínima se cuenta desde el punto superior y la máxima desde abajo.

1.1. Línea Pmax – línea de presiones máximas permitidas en la línea de suministro.

Para calderas de calentamiento de agua pico, la presión máxima permitida se cuenta desde el punto inferior de la caldera (se supone que está al nivel del suelo) y la presión mínima permitida se mide desde el colector superior de la caldera. La presión permitida para calderas de agua caliente de acero es de 2,5 MPa. Teniendo en cuenta las pérdidas, se supone que a la salida de la caldera Hmax = 220 m. La presión máxima permitida en la línea de suministro está limitada por la resistencia de la tubería (рmax = 1,6 MPa). Por tanto, en la entrada de la línea de suministro Hmax = 160 m.

a. Línea Omax – línea de presiones máximas permitidas en la línea de retorno.

Según las condiciones de resistencia de los calentadores de agua, la presión máxima no debe ser superior a 1,2 MPa. Por tanto, el valor máximo de presión es de 140 m. El valor de presión para instalaciones de calefacción no puede superar los 60 m.

La presión piezométrica mínima permitida está determinada por la temperatura de ebullición, que es 30 0 C superior a la temperatura de diseño a la salida de la caldera.

b. Línea Pmin – línea de la presión mínima permitida en línea recta

La presión mínima permitida en la salida de la caldera se determina a partir de la condición de que no hierva en el punto superior, para una temperatura de 180 0 C. Se establece en 107 m a partir de la condición de agua que no hierve a una temperatura. de 150 0 C, la presión mínima debe ser de 40 m.

1.4. Línea Omin – línea de presión mínima permitida en la línea de retorno. En base a la condición de inadmisibilidad de fugas de aire y cavitación de bombas, se adoptó una presión mínima de 5 m.

Bajo ninguna circunstancia las líneas de presión reales en las líneas de ida y vuelta pueden exceder los límites de las líneas de presión máxima y mínima.

El gráfico piezométrico brinda una imagen completa de las presiones de funcionamiento en modos estático e hidrodinámico. De acuerdo con esta información, se selecciona uno u otro método para conectar suscriptores.

Fig.6.5. Gráfico piezométrico

Edificio 1. La presión disponible es superior a 15 m, la presión piezométrica es inferior a 60 m. La instalación de calefacción se puede conectar en un circuito dependiente con la unidad de ascensor.

Edificio 2. En este caso, también puede utilizar un esquema dependiente, pero como Si la presión en la línea de retorno es menor que la altura del edificio en el punto de conexión, es necesario instalar un regulador de presión "aguas arriba". La caída de presión a través del regulador debe ser mayor que la diferencia entre la altura de instalación y la presión piezométrica en la línea de retorno.

Edificio 3. La presión estática en este lugar es superior a 60 m. Lo mejor es utilizar un esquema independiente.

Edificio 4. La presión disponible en este lugar es inferior a 10 m. Por lo tanto, el ascensor no funcionará. Es necesario instalar una bomba. Su presión debe ser igual a la pérdida de presión en el sistema.

Edificio 5. Es necesario utilizar un esquema independiente: la presión estática en este lugar es de más de 60 m.

6.8. Modo hidráulico de redes de calefacción.

La pérdida de presión en la red es proporcional al cuadrado del caudal.

Usando la fórmula para calcular la pérdida de presión, encontramos S.

.

Las pérdidas de presión de la red se definen como , donde .

Al determinar la resistencia de toda la red, se aplican las siguientes reglas.

1. Al conectar elementos de red en serie, se suman sus resistencias. S.

S S=S si.

11. Al conectar elementos de red en paralelo, se suman sus conductividades.

. .

Una de las tareas del cálculo hidráulico de un vehículo es determinar el caudal de agua para cada abonado y en la red en su conjunto. Generalmente conocido: diagrama de red, resistencia de secciones y suscriptores, presión disponible en el colector de una central térmica o sala de calderas.

Arroz. 6.6. Diagrama de red de calor.

denotemos S I - S V – resistencia de los tramos de la carretera; S 1 – S 5 – resistencias de abonados junto con sucursales; V– caudal total de agua en la red, m 3 /s; Vm– flujo de agua a través de la instalación del abonado metro; SI-5– resistencia de los elementos de la red desde la sección I hasta la rama 5; SI-5=S yo+ S 1-5, donde S 1-5 – resistencia total de los suscriptores 1-5 con las ramas correspondientes.

Encontramos el flujo de agua a través de la instalación 1 a partir de la ecuación

, desde aquí .

Para instalación de abonado 2

. Encontraremos la diferencia de costos a partir de la ecuación.

, Dónde . Desde aquí

.

Para configurar 3 obtenemos

Resistencia de la red de calefacción con todos los ramales desde el abonado 3 hasta el último abonado 5 inclusive; , - resistencia del tramo III de la línea principal.

Para algunos metroº consumidor de norte El flujo relativo de agua se encuentra mediante la fórmula.

. Con esta fórmula, puede encontrar el flujo de agua a través de cualquier instalación de abonado si se conoce el flujo total en la red y la resistencia de las secciones de la red.

12. El caudal relativo de agua a través de una instalación de abonado depende de la resistencia de la red y de las instalaciones de abonado y no depende del valor absoluto del caudal de agua.

13. Si está conectado a la red norte suscriptores, entonces la proporción del consumo de agua a través de las instalaciones. d Y metro, Dónde d < metro, depende sólo de la resistencia del sistema, comenzando desde el nodo d hasta el final de la red, y no depende de la resistencia de la red al nodo d.

Si la resistencia cambia en cualquier sección de la red, entonces para todos los suscriptores ubicados entre esta sección y el punto final de la red, el consumo de agua cambiará proporcionalmente. En esta parte de la red, basta con determinar el grado de cambio en el consumo de un solo suscriptor. Cuando cambia la resistencia de cualquier elemento de la red, el caudal tanto en la red como para todos los consumidores cambiará, lo que provoca un desajuste. Los desalineamientos en la red son correspondientes y proporcionales. Con el correspondiente desajuste, coincide el signo del cambio en los costos. Con la desregulación proporcional, el grado de cambio en los caudales coincide.

Arroz. 6.7. Cambio en la presión de la red cuando uno de los consumidores se desconecta

Si el abonado X se desconecta de la red de calefacción, la resistencia total de la red aumentará (conexión en paralelo). El consumo de agua en la red disminuirá, las pérdidas de presión entre la estación y el abonado X disminuirán. Por lo tanto, el gráfico de presión (línea de puntos) será más recto. La presión disponible en el punto X aumentará, por lo que aumentará el flujo en la red desde el abonado X hasta el punto final de la red. Para todos los suscriptores desde el punto X hasta el punto final, el grado de cambio en el caudal será el mismo: desregulación proporcional.

Para los abonados entre la estación y el punto X, el grado de cambio en el consumo será diferente. El grado mínimo de variación del consumo será para el primer abonado directamente en la estación - F=1. Mientras te alejas de la estación f > 1 y en aumento. Si cambia la presión disponible en la estación, entonces el consumo total de agua en la red, así como el consumo de agua de todos los suscriptores, cambiará en proporción a la raíz cuadrada de la presión disponible en la estación.

6.9. Resistencia de la red.

Conductividad total de la red

, desde aquí

.

Por analogía

Y

. La resistencia de la red se calcula a partir del suscriptor más distante.

a. Encendido de subestaciones de bombeo.

Se pueden instalar subestaciones de bombeo en las tuberías de suministro, retorno,

así como en el puente entre ellos. La construcción de subestaciones se debe a terrenos desfavorables, largo alcance de transmisión, necesidad de aumentar la capacidad de transmisión, etc.

A). Instalación de la bomba en las líneas de suministro o retorno.

Fig.6.8. Instalación de la bomba en una línea de flujo o secuencial (operación secuencial)

Al instalar una subestación de bombeo (PS) en las líneas de suministro o retorno, el consumo de agua para los consumidores ubicados entre la estación y el PP disminuye, y para los consumidores después del PP aumenta. En los cálculos, la bomba se tiene en cuenta como cierta resistencia hidráulica. El cálculo del modo hidráulico de la red con OP se realiza mediante el método de aproximaciones sucesivas.

Establecido por un valor negativo de la resistencia hidráulica de la bomba.

Calcular resistencia en la red, consumo de agua en la red y en los consumidores.

El caudal de agua y la presión de la bomba y su resistencia se especifican con (*).

Fig.6.10. Resumen de características de bombas conectadas en serie y en paralelo.

Cuando las bombas se conectan en paralelo, la característica total se obtiene sumando las abscisas de las características. Cuando las bombas se encienden en serie, la característica total se obtiene sumando las ordenadas de las características. El grado de cambio de suministro cuando las bombas están conectadas en paralelo depende del tipo de característica de la red. Cuanto menor sea la resistencia de la red, más efectiva será la conexión en paralelo y viceversa.

Fig.6.11. Conexión en paralelo de bombas.

Cuando las bombas se encienden en serie, el suministro total de agua siempre es mayor que el suministro de agua de cada bomba individualmente. Cuanto mayor sea la resistencia de la red, más efectiva será la activación secuencial de las bombas.

b). Instalación de la bomba en el puente entre las líneas de ida y retorno.

Al instalar la bomba en un puente, las condiciones de temperatura antes y después de la bomba de aceite no son las mismas.

Para construir las características totales de dos bombas, las características de la bomba A se transfieren primero al nodo 2, donde está instalada la bomba B (ver Fig. 6.12). En la característica dada de la bomba A2 - 2, las presiones para cualquier caudal son iguales a la diferencia entre la presión real de esta bomba y la pérdida de presión en la red C para el mismo caudal.

. Después de llevar las características de las bombas A y B a la misma unidad común, se suman de acuerdo con la regla para sumar bombas que funcionan en paralelo. Cuando una bomba B está funcionando, la presión en el nodo 2 es igual al caudal de agua. Al conectar la segunda bomba A, la presión en el nodo 2 aumenta a y el flujo total de agua aumenta a V>. Sin embargo, el flujo directo de la bomba B se reduce a .

Fig.6.12. Construcción de las características hidráulicas de un sistema con dos bombas en diferentes unidades.

a. Funcionamiento en red con dos fuentes de alimentación.

Si el vehículo funciona con varias fuentes de calor, en las líneas principales aparecen puntos de encuentro de los flujos de agua de diferentes fuentes. La posición de estos puntos depende de la resistencia del vehículo, la distribución de carga a lo largo de la línea principal y las presiones disponibles en los colectores de la central térmica. Generalmente se especifica el caudal total de agua en dichas redes.

Fig.6.13. Diagrama de un vehículo propulsado por dos fuentes.

El punto de cuenca se ubica de la siguiente manera. Se establecen mediante valores arbitrarios del caudal de agua en tramos de la línea principal según la primera ley de Kirchhoff. Las presiones residuales se determinan basándose en la segunda ley de Kirchhoff. Si, con una distribución de flujo preseleccionada, la cuenca se selecciona en t.K, entonces la segunda ecuación de Kirchhoff se escribirá en la forma

, .

Según la segunda ley de Kirchhoff, la diferencia de pérdida de presión se determina dp. Para que el desajuste de presión sea igual a cero, es necesario introducir una corrección de flujo en el cálculo: el flujo de enlace. Para ello se supone en la ecuación dp=0 y en su lugar V introducir V+dV o V-dV. obtenemos

. Firmar dp igual al signo dV. A continuación se aclara la distribución de flujos en tramos de la red. Para encontrar el punto de cuenca, se verifican dos consumidores adyacentes.

Fig.6.14. Determinar la posición del punto de cuenca

A). El punto de inflexión está entre los consumidores. metro Y m+1. En este caso. Aquí está la caída de presión en el consumidor m cuando se alimenta desde la estación A. es la caída de presión en el consumidor m+1 cuando se alimenta desde la estación B.

Sea el punto divisorio de aguas entre los consumidores 1 y 2. Entonces

; . Si estas dos caídas de presión son iguales, entonces el punto divisorio está entre los consumidores 1 y 2. Si no, se verifica el siguiente par de consumidores, etc. Si no se encuentra la igualdad de presiones disponibles para ningún par de consumidores, esto significa que el punto de cuenca está ubicado en uno de los consumidores.

a. Red de anillo.

Una red en anillo puede considerarse como una red con dos fuentes de energía con presiones iguales de las bombas de la red. La posición del punto de cuenca en las líneas de suministro y retorno coincide si las resistencias de las líneas de suministro y retorno son las mismas y no hay bombas de refuerzo. De lo contrario, las posiciones del punto divisorio de aguas en las líneas de suministro y retorno deben determinarse por separado. La instalación de una bomba de refuerzo provoca un desplazamiento del punto de la cuenca solo en la línea en la que está instalada.

Fig.6.15. Gráfico de presión en una red en anillo.

En este caso HA = NV.

b. Conexión de subestaciones de bombeo en una red con dos fuentes de energía.

Para estabilizar el régimen de presión en presencia de una bomba de refuerzo en una de las estaciones, la presión en el colector de entrada se mantiene constante. Esta estación se llama fija, otras estaciones se llaman libres. Al instalar una bomba de refuerzo, la presión en el colector de entrada de una estación libre cambia en la cantidad.

a. Modo hidráulico de sistemas de calefacción abiertos.

La característica principal del modo hidráulico de los sistemas de calefacción abiertos es que, en presencia de entrada de agua, el consumo de agua en la línea de retorno es menor que en la tubería de suministro. En la práctica, esta diferencia equivale a la extracción de agua.

Fig.6.18. Gráfico piezométrico de un sistema abierto.

El gráfico piezométrico de la línea de suministro permanece constante durante cualquier extracción de agua de la línea de retorno, ya que el caudal en la línea de suministro se mantiene constante mediante reguladores de flujo en las entradas del abonado. Con un aumento en la extracción de agua, el caudal en la línea de retorno disminuye y el gráfico piezométrico de la línea de retorno se vuelve más plano. Cuando la extracción de agua es igual al caudal en la línea de suministro, el caudal en la línea de retorno es cero y el gráfico piezométrico de la línea de retorno se vuelve horizontal. Con los mismos diámetros de las líneas de avance y retroceso y sin extracción de agua, las gráficas de presión en las líneas de avance y retroceso son simétricas. En ausencia de suministro de agua para el suministro de agua caliente, el consumo de agua es igual al consumo de calefacción calculado. v.

De la ecuación (***) podemos encontrar F.

1. Cuando se extrae agua caliente sanitaria de la línea de suministro, el flujo a través del sistema de calefacción disminuye. Al analizar desde la línea de retorno, aumenta. En b=0,4 el caudal de agua a través del sistema de calefacción es igual al calculado.

2. El grado de cambio en el flujo de agua a través del sistema de calefacción.

3. El grado de cambio en el flujo de agua a través del sistema de calefacción es mayor cuanto menor es la resistencia del sistema.

Un aumento en la extracción de agua para ACS puede llevar a una situación en la que toda el agua después del sistema de calefacción va al grifo de ACS. En este caso, el caudal de agua en la tubería de retorno será cero.

De (***): , dónde (****)

¡Hola! El objetivo principal del cálculo hidráulico en la etapa de diseño es determinar los diámetros de las tuberías en función de los caudales de refrigerante especificados y las caídas de presión disponibles en la red o en secciones individuales de la red de calefacción. Durante el funcionamiento de las redes, es necesario resolver el problema inverso: determinar el caudal de refrigerante en secciones de la red o la presión en puntos individuales cuando cambian las condiciones hidráulicas. Sin cálculos hidráulicos, es imposible construir un gráfico piezométrico de una red de calefacción. Este cálculo también es necesario para seleccionar el diagrama de conexión para el sistema interno de suministro de calor directamente al consumidor y seleccionar la red y las bombas de reposición.

Como es sabido, las pérdidas hidráulicas en la red constan de dos componentes: pérdidas hidráulicas por fricción lineal y pérdidas de presión en las resistencias locales. Por resistencias locales nos referimos a válvulas, espiras, compensadores, etc.

Es decir, ∆P = ∆Pl + ∆Plugar,

Las pérdidas por fricción lineal se determinan a partir de la fórmula:

donde λ es el coeficiente de fricción hidráulica; l – longitud de la tubería, m; d – diámetro interno de la tubería, m; ρ – densidad del refrigerante, kg/m³; w² — velocidad de movimiento del refrigerante, m/s.

En esta fórmula, el coeficiente de fricción hidráulica está determinado por la fórmula de A.D. Altshul:

donde Re es el número de Reynolds, ke/d es la rugosidad equivalente de la tubería. Estos son valores de referencia. Las pérdidas en las resistencias locales están determinadas por la fórmula:

donde ξ es el coeficiente total de resistencia local. Debe calcularse manualmente utilizando tablas con valores de coeficientes de resistencia locales. En el cálculo adjunto al artículo en formato Excel, agregué una tabla con coeficientes de resistencia locales.

Para realizar un cálculo hidráulico, definitivamente necesitará un diagrama de la red de calefacción, algo como esto:

De hecho, el esquema, por supuesto, debería ser más amplio y detallado. Proporcioné este diagrama sólo como ejemplo. Del diagrama de la red de calefacción necesitamos los siguientes datos: longitud de la tubería l, caudal G y diámetro de la tubería d.

¿Cómo realizar el cálculo hidráulico? Toda la red de calefacción a calcular se divide en las denominadas secciones de diseño. Una sección de diseño es una sección de la red donde el caudal no cambia. En primer lugar, los cálculos hidráulicos se realizan sección por sección en la dirección de la línea principal, que conecta la fuente de calor con el consumidor de calor más distante. Luego se calculan las direcciones secundarias y ramales de la red de calefacción. Mi cálculo hidráulico del tramo de red de calefacción se puede descargar aquí:

Esto, por supuesto, es el cálculo de una sola rama de la red de calefacción (el cálculo hidráulico de una red de calefacción de larga distancia es una tarea bastante laboriosa), pero es suficiente para comprender qué es el cálculo hidráulico, e incluso para un persona no capacitada para comenzar a calcular la hidráulica.

Estaré encantado de recibir comentarios sobre el artículo.

Los cálculos hidráulicos se realizan en la siguiente secuencia:

Seleccione la línea principal a lo largo de la ruta de la red de calefacción, la más larga y transitada, que conecta la fuente de suministro de calor con consumidores distantes.

La red de calefacción se divide en secciones de diseño, se asignan números (primero a lo largo de la línea principal, luego a lo largo de las ramas), se determinan los caudales estimados de refrigerante y se mide la longitud de las secciones.

Habiendo especificado las pérdidas de presión por fricción específicas, basándose en los caudales de refrigerante en las secciones, utilizando el nomograma (Apéndice 10) compilado para tuberías con un coeficiente de rugosidad equivalente k e = 0,0005 mm, encuentre el diámetro de las tuberías, las pérdidas por fricción específicas reales y la velocidad de movimiento del refrigerante, que no debe ser superior a 3,5 m/s.

Una vez determinados los diámetros de las secciones de diseño de la red de calefacción, desarrollan un diagrama de instalación de tuberías de calor, colocando válvulas de cierre, soportes fijos y compensadores a lo largo de la ruta.

Utilizando el diagrama de instalación se establecen resistencias locales en las secciones de diseño y se encuentra la suma de los coeficientes de resistencia local y sus longitudes equivalentes, dependiendo del diámetro de la tubería.

Determinar la longitud reducida de la sección de diseño de la red de calefacción.

Encuentre pérdidas de presión en las secciones calculadas de la red de calefacción.

4.1 Determinación del consumo de agua de la red

Consumo estimado de agua de la red, t/h, en sistemas cerrados de suministro de calor, para determinar los diámetros de las tuberías en redes de calentamiento de agua con regulación de alta calidad del suministro de calor, se deben determinar por separado para calefacción, ventilación y suministro de agua caliente de acuerdo con las fórmulas:

para calentar:

donde y son las temperaturas en las tuberías de suministro y retorno de la red de calefacción a la temperatura de diseño del aire exterior para el diseño de sistemas de calefacción y ventilación.

Para ventilación:

Costos estimados de agua de red para suministro de agua caliente, t/h Dependerá del diagrama de conexión de los calentadores de agua. Con un esquema de conexión de dos etapas, el caudal de agua se determina mediante las siguientes fórmulas:

¿Dónde está el consumo medio horario de agua para el suministro de agua caliente, t/h?

Y la temperatura en las tuberías de calor de suministro y retorno está en el punto de ruptura de los gráficos de temperatura del agua.

Se dan fórmulas para determinar el caudal estimado de agua de la red para un esquema de conexión en paralelo para calentadores.

Consumo total estimado de agua de la red, t/h, en redes de calefacción de dos tubos con regulación de alta calidad de la carga de calefacción:

donde el coeficiente que tiene en cuenta la proporción del consumo medio de agua para el suministro de agua caliente se toma en función de la potencia del sistema de calefacción (k=1,0 en k=1,0 en ).

Para consumidores con un flujo de calor de 10 MW o menos, el flujo de agua total calculado debe determinarse mediante la fórmula:

Con una regulación central de alta calidad del suministro de calor basada en la carga combinada de calefacción y suministro de agua caliente, el consumo estimado de agua de la red se determina como la suma del consumo de agua para calefacción y ventilación sin tener en cuenta la carga de suministro de agua caliente:

El consumo estimado de agua de la red durante el período sin calefacción, t/c, está determinado por la fórmula:

cuando se determina mediante la fórmula (33), teniendo en cuenta el hecho de que la carga térmica máxima en el suministro de agua caliente se determina teniendo en cuenta el aumento de la temperatura del agua fría a 15 o C;

Coeficiente que tiene en cuenta el cambio en el consumo de agua para el suministro de agua caliente durante el período sin calefacción en relación con el período de calefacción, tomado para el sector de vivienda y servicios comunales como igual a 0,8. Para ciudades turísticas y del sur, para empresas industriales.

EJEMPLO 4. Para dos cuadras de la ciudad, determine el consumo total estimado de agua de la red. Tome los datos sobre los flujos de calor calculados del ejemplo 1. La temperatura del agua en la tubería de suministro, en el retorno El suministro de calor se regula de acuerdo con la carga combinada de calefacción y suministro de agua caliente.

El diagrama de diseño de la red de calefacción desde la fuente de calor (CHP) hasta los puntos de calefacción urbana (RTS) se muestra en la Fig. 2.5. Para compensar las deformaciones por temperatura, utilizamos compensadores de prensaestopas. Consideremos que la pérdida de presión específica a lo largo de la línea principal es de 30 a 80 Pa/m.

Arroz. 2.5. Esquema de diseño de la red principal de calefacción.

Realicemos el cálculo de la tubería de suministro. Tomemos como línea principal el ramal más largo y transitado de la red de calefacción de la central térmica (tramos 1, 2, 3, 4, 9). Según las tablas de cálculo hidráulico proporcionadas en la literatura, así como en el anexo. 6, basado en caudales de refrigerante conocidos, centrándose en pérdidas de presión específicas R en el rango de 30 a 80 Pa/m, determinaremos los diámetros de tubería para los tramos 1, 2, 3, 4, 9 d norte xS, mm, pérdida de presión específica real R, Pa/m y velocidad del agua V, EM.

Utilizando los diámetros conocidos en tramos de la carretera principal, determinamos la suma de los coeficientes de resistencia locales Sx y sus longitudes equivalentes. l mi. Entonces, en la sección 1 hay una válvula de cabeza (x = 0,5), una vuelta (x = 0,3), una T para el paso al dividir el flujo (x = 1,0); El número de juntas de dilatación del prensaestopas (x = 0,3) por tramo se determinará en función de la longitud del tramo. l y la distancia máxima permitida entre soportes fijos yo. Según el Apéndice 7 para D y = 500 mm esta distancia es 140 metros. Por lo tanto, en el tramo 1 con una longitud de 2000 m se deberán prever quince juntas de dilatación prensaestopas. La suma de los coeficientes de resistencia local en este apartado será:

l norte = L + L oh = .

Luego determinamos la pérdida de presión D. PAG en el sitio 1:

D P=R×L norte = .

De igual forma realizaremos un cálculo hidráulico de los tramos 2, 3 y 4 de la carretera principal (ver Tablas 2.6, 2.7).

A continuación, procedemos al cálculo de sucursales. Basado en el principio de vincular la pérdida de presión D PAG desde el punto de división del flujo hasta los puntos finales (RTP) para diferentes ramas del sistema deben ser iguales entre sí. Por lo tanto, al calcular hidráulicamente las ramas, es necesario esforzarse por cumplir las siguientes condiciones:

∆PAG 5 = ∆PAG 6 ;∆PAG 6 = ∆PAG 2+ 7; D PAG 7 = D PAG 3+8 ;D PAG 8 = D PAG 4+9 ;D PAG 9 = D PAG 10 .

En base a estas condiciones encontraremos las pérdidas de carga específicas aproximadas para los ramales. Entonces, para la rama 7 obtenemos:

.

El coeficiente a, que tiene en cuenta la proporción de pérdidas de presión debidas a la resistencia local, se determina de acuerdo con la Tabla 6.2 del Apéndice 6:

Pa/m.

Centrándose en R= 142 Pa/m, determinamos el diámetro de la tubería y la pérdida de presión específica mediante tablas de cálculo hidráulico R, velocidad V, pérdida de presión D R en el apartado 7. Del mismo modo, realizaremos el cálculo de los ramales 5, 6, 8 y 10, habiendo determinado previamente los valores aproximados para los mismos. R:

Tabla 2.6

Cálculo de longitudes equivalentes de resistencias locales.

Tabla 2.7

Cálculo hidráulico de tuberías principales.

Determinemos la discrepancia de las pérdidas de presión en las ramas.