Розрахунок втрат тиску теплоносія
Визначення діаметрів трубопроводів.
Розрахунковою ділянкою розгалуженої мережі прийнято називати трубопровід, у якому витрата теплоносія не змінюється. Розрахункова ділянка розташовується, як правило, між сусідніми відгалуженнями.
Іноді розрахункова ділянка приходиться поділяти на два або трохи, якщо в його межах потрібно змінити діаметри труб, У першу чергу гідравлічний розрахунок ведуть по ділянках з найбільш вилученим абонентом. У парових теплових мережах, коли необхідне тиск пари в абонентів по-різному, неминуче приходиться спочатку розраховувати ті трубопроводи, що з'єднують джерело тепла з абонентом, що вимагає максимальний тиск пари.
Нехай число ділянок уздовж головної магістралі дорівнює n , розрахункові витрати теплоносія G1 , G2 , G3,…... Gn , а розташовуваний перепад тисків у всій мережі 
Рс (мал.4.1).
Рис.4.1. Розрахункова схема теплової мережі
Тоді для кожної ділянки мережі можна записати:
……………………………………………
Таким чином, для визначення діаметрів труб можна записати ( n, +I) рівнянь при числі невідомих 2n (невідомі 
. Для однозначного рішення даної системи рівнянь варто задатися оптимальним законом розподілу тисків по головній магістралі.
Методика визначення економічного розподілу тиску в теплових мережах приводиться в /1,2/. Звичайно приймають, що тиск уздовж головної магістралі падає рівномірно, тобто
тоді
відкіля
(10)
По величині середньої питомої утрати тиску 
і відомих витрат теплоносія можна визначити такі діаметри труб, при яких розташовуваний циркуляційний тиск 
Рс буде досить повно використано.
У попередніх розрахунках, коли не відомі діаметри труб, частка втрат тиску в місцевих опорах може бути орієнтовно визначена по формулі Б.Л.Шифринсона
Де
- коефіцієнт, для водяних мереж =0,01, для парових мереж =0,5...0,1;
G - витрата теплоносія в початковій ділянці розгалуженого теплопроводу, т/ч. Перед гідравлічним розрахунком необхідно:
- накреслити в масштабі розрахункову схему трубопроводів;
- розділити неї на ділянки;
- визначити довжини ділянок і розрахункові витрати теплоносія.
Розрахунок виконують у два етапи: попередній і остаточний.
1) Приймаємо лінійне падіння тиску по довжині трубопроводу із оптимального діапазону Rл = 80-100 Па/м.
2) По номограмі для гідравлічного розрахунку водоводів (Сазонов рис. 5.2., Соколов рис 5-7, 5-9) визначаємо дійсний діаметр трубопроводу, швидкість та лінійне падіння тиску по довжині трубопроводу Rл за розрахунковою витратою теплоносія ділянках G1, G2 ,…………Gnі 
Розрахунок втрат тиску теплоносія.
При проектуванні теплових мереж основна задача гідравлічного розрахунку складається у визначенні діаметрів труб по заданих витратах теплоносія і розташовуваних перепадів тисків у всій мережі або & окремих її ділянках*
У процесі експлуатації теплових мереж виникає необхідність рішення зворотних задач по визначенню витрат теплоносія на ділянках мережі або тисків в окремих крапках при зміні гідравлічних режимів. Результати гідравлічного розрахунку використовується для побудови пьезометричних графіків, вибору схем абонентських уведень, підбора насосного устаткування, визначення вартості теплової мережі й інших цілей.
При русі теплоносія по трубах утрати тиски складаються з гідравлічних опорів тертя по довжині трубопроводу і місцевих опорів:
Гідравлічні опори (Па) по довжині трубопроводу визначаються по формулі Вейсбаха-Дарси
(2)
де
l - коефіцієнт гідравлічного тертя;
i - довжина трубопроводу, м;
d - внутрішній діаметр трубопроводу, м;
r - щільність теплоносія, кг/м3;
w - швидкість руху теплоносія» м/с.
Коефіцієнт гідравлічного тертя в загальному випадку залежить від числа Рейкольдса ( Re ) і відносної еквівалентної шорсткості труби (kэ/d). Шорсткістю труби називають виступи і нерівності, що впливають при турбулентному русі рідини на лінійні втрати тиску. У реальних трубах ці виступи і нерівності різні за формою, величині і нерівномірно розподілені по її довжині.
За еквівалентну шорсткість kэ умовно приймають рівномірну зернисту шорсткість, виступи якої мають однакові форму і розміри, а втрати тиску по довжині такі ж, як і в реальних трубах. Величину еквівалентної шорсткості стінок труб з урахуванням корозії рекомендується приймати:
для паропроводів -0,2 мм;
для водяних теплових мереж - 0,5 мм;
для конденсаторів - I мм.
Для теплопроводів зовнішніх мереж характерним є турбулентний режим руху теплоносіїв.
При Rekэ/d 
23 труби вважаються гідравлично гладкими. У цьому випадку ламінарний прикордонний шар покриває шорсткість стінок, тобто товщина прикордонного шару більше kэ гідравлічні опори обумовлюються тільки силами тертя в рідині і залежать від числа Ренольдса.
Для гідравлично гладких труб при турбулентному русі коефіцієнт гідравлічного тертя можна визначати по формулі
Г.А.Муріна
.
Для гідравлично шорсткуватих труб при Rekэ/d 
560, коли вирішальний вплив на гідравлічні опори по всій довжині трубопроводу роблять сили тертя рідини об стінку тру б, коефіцієнт гідравлічного тертя залежить тільки від відносної еквівалентної шорсткості і визначається по формулі Б.Л.Шифринсона
У перехідній області гідравлічних опорів, що характеризується зміненому комплексу Rekэ/d=23…560, рекомендується формула А.Д. Альтшуля
По (5) величина .ln визначається досить точно для всіх трьох геть гідравлічних опорів (гладкої, перехідної і шорсткуватої). При Rekэ/d 10 результати розрахунку збігаються з даними Г.Л. Муріна, і при Rekэ/d 560- про даними Б.Л.Шифринсона, Тому при побудові розрахункових номограм була використана формула Л.Д. Альтшуля.
Місцеві гідравлічні опори визначаються по формулі Вейсбаха
де 
- сумарний коефіцієнт місцевих опорів на ділянці трубопроводу.
Місцеві втрати тисків можна замінити еквівалентними гідравлічними опорами по довжині» золі в (2) замість 
підставити 
- еквівалентну довжину місцевих опорів, тобто довжину такого прямолінійного трубопроводу, лінійні втрати тиску в якому чисельно дорівнюють утратам тиску в місцевих опорах.
Вирішуючи спільно (2) і (6) одержимо
(7)
Для характерних у теплових мережах місцевих опорів значення еквівалентних довжин приведені в додатку.
Гідравлічний розрахунок розгалужених трубопроводів зручно проводити по методу середніх питомих утрат тиски, тому часто використовуються наступні форми запису повних гідравлічних опорів:
(8)
де
- коефіцієнт, що враховує частку втрат тиску в місцевих
опорах від опору по довжині;
– питоме падіння тиску по довжині, Па/м.
З (2) випливає, що
де
G - витрата теплоносія, т/ч.
Для полегшення розрахунків по (9) складаються таблиці або номограми, якими користуються при проектуванні теплових
Невикористане у відгалуженнях тиск рекомендується погасити в соплах елеваторів або (у крайньому випадку) дроселювать шайбами. При цьому шайби варто встановлювати не на загальному введенні, а на трубопроводах кожного споживача тепла даного будинку (опалення, вентиляція, гаряче водопостачання).
Приклад I. Визначити діаметри теплопроводів водяної мережі, довжини ділянок якої і розрахункові витрати води приведені на мал.5.2, якщо на ділянках через 80-100 м установлені чепцеві компенсатори, а розташовуваний перепад тисків до всіх абонентів однаковий і дорівнює 0,14 Мпа.
Рішення . Загальна довжина розрахункової магістралі (ділянки 1,2,3) _
Рис.5.2. Розрахункова схема водяної теплової мережі
Попередній розрахунок
1. По Ш) визначаємо орієнтоване значення частки втрат тиску в місцевих опорах
2, По (10) знаходимо середнє питоме лінійне падіння тиску
3. По величині 
витратам G1, G2 , G3 по номограмі (див.мал.5.2) знаходимо діаметри труб.
Остаточний розрахунок. Ділянка I
1. По = 75 Па/м і G1 = 550 т/ч по номограмі визначаємо, що найближчий стандартний діаметр труби дорівнює 377x9 мм, для якої при G1 = 550 т/ч; 
; w1 1,6 м/с (лінія abcd),
2. Еквівалентна довжина місцевих опорів на ділянці, де встановлено 5 чепцевих компенсаторів. Для одного чепцевого компенсатора при d = 377x9 мм і kэ = 0,5 мм еквівалентна довжина дорівнює 5 м (/1/, с.333).
Загальна еквівалентна довжина на ділянці
3. Утрати тиску на ділянці
Па
або в лінійних одиницях виміру при p =1000 кг/м3
Аналогічно розраховують трубопроводи інших ділянок мережі
Результати розрахунку приведені в табл.1.
Таблиця I
Приклад гідравлічного розрахунку водяної теплової мережі
| № ділянки | Предварительный расчет | Остаточний розрахунок | |||||||
| G т/год |  м
| D´S, мм | 
Па/м
| w, м/з |  м
|  ,
м
| 
Па*103
|  м
| |
| 377´9 | 1,6 | 38,8 | 3,96 | ||||||
| 273´3 | 1,65 | 48,4 | 4,93 | ||||||
| 194´5 | 1,1 | 
| 4,98 |
Відгалуження (ділянка 4), розташовуваний напір 4,98 м вод.ст,
4 |200|260|219х6|165|1,7|23|283|46,7|4,77
Надлишок капера на відгалуженні 4,98 - 4,77= 0,21 м вод.ст.
Відгалуження (ділянка 5), розташовуваний напір
вод.ст.
5 |250|320|219х6|625|2,15|26|346|91,7|9,35
- Надлишок напору у відгалуженні 9,91 - 9,35 = 0,56 м вод. ст.