Хидравлично изчисление на еднотръбна и двутръбна отоплителна система с формули, таблици и примери
Ефективността на топлинния комфорт в къщата се осигурява от изчисляването на хидравликата, нейния висококачествен монтаж и правилна работа. Основните компоненти на отоплителната система са източник на топлина (котел), топлопровод (тръби) и устройства за пренос на топлина (радиатори). За ефективно топлоснабдяване е необходимо да се поддържат първоначалните параметри на системата при всяко натоварване, независимо от сезона.
Преди да започнете хидравличните изчисления, извършете:
- Събиране и обработка на информация за обекта с цел:
- определяне на необходимото количество топлина;
- избор на схема за отопление.
- Топлинно изчисление на отоплителната система с обосновка:
- обеми топлинна енергия;
- натоварвания;
- загуба на топлина.
Ако отоплението на водата е признато за най-добрия вариант, се извършва хидравлично изчисление.
За изчисляване на хидравликата с помощта на програми е необходимо запознаване с теорията и законите на съпротивлението. Ако формулите по-долу изглеждат трудни за разбиране, можете да изберете опциите, които предлагаме във всяка една от програмите.
Изчисленията са извършени в програмата Excel. Крайният резултат може да се види в края на инструкциите.
Определяне на броя на газоконтролните точки на хидравличното разбиване
Газовите контролни точки са предназначени да намалят налягането на газа и да го поддържат на дадено ниво, независимо от скоростта на потока.
При известен прогнозен разход на газообразно гориво, градският квартал определя броя на хидравличното разбиване въз основа на оптималната производителност на хидравлично разбиване (V=1500-2000 m3/час) по формулата:
n = , (27)
където n е броят на хидравличното разбиване, бр.;
VР — прогнозно потребление на газ от района на града, m3/час;
Vна едро — оптимална производителност на хидравлично разбиване, m3/час;
n=586.751/1950=3.008 бр.
След определяне на броя на станциите за хидравлично разбиване, тяхното разположение се планира в общия план на градския квартал, като се монтират в центъра на газифицираната зона на територията на кварталите.
Преглед на програмата
За удобство на изчисленията се използват любителски и професионални програми за изчисление на хидравликата.
Най-популярният е Excel.
Можете да използвате онлайн изчислението в Excel Online, CombiMix 1.0 или онлайн хидравличния калкулатор. Стационарната програма се избира, като се вземат предвид изискванията на проекта.
Основната трудност при работата с такива програми е непознаването на основите на хидравликата. В някои от тях няма декодиране на формули, не се вземат предвид особеностите на разклонението на тръбопроводите и изчисляването на съпротивленията в сложни вериги.
- HERZ C.O. 3.5 - прави изчисление по метода на специфични линейни загуби на налягане.
- DanfossCO и OvertopCO могат да преброят системите за естествена циркулация.
- "Flow" (Flow) - ви позволява да приложите метода на изчисление с променлива (плъзгаща се) температурна разлика по щранговете.
Трябва да посочите параметрите за въвеждане на данни за температура - Келвин / Целзий.
Какво е хидравлично изчисление
Това е третият етап в процеса на създаване на отоплителна мрежа. Това е система от изчисления, която ви позволява да определите:
- диаметър и пропускателна способност на тръбите;
- локални загуби на налягане в зоните;
- изисквания за хидравлично балансиране;
- загуби на налягане в цялата система;
- оптимален воден поток.
Според получените данни се извършва изборът на помпи.
За сезонно жилище, при липса на електричество в него, е подходяща отоплителна система с естествена циркулация на охлаждащата течност (връзка към преглед).
Основната цел на хидравличното изчисление е да се гарантира, че изчислените разходи за елементите на веригата съвпадат с действителните (оперативни) разходи. Количеството охлаждаща течност, влизащо в радиаторите, трябва да създаде топлинен баланс вътре в къщата, като се вземат предвид външните температури и тези, зададени от потребителя за всяка стая според нейното функционално предназначение (сутерен +5, спалня +18 и др.).
Сложни задачи - минимизиране на разходите:
- капитал - монтаж на тръби с оптимален диаметър и качество;
- оперативен:
- зависимост на консумацията на енергия от хидравличното съпротивление на системата;
- стабилност и надеждност;
- безшумност.
Замяната на централизирания режим на топлоснабдяване с индивидуален опростява метода на изчисление
За автономен режим са приложими 4 метода за хидравлично изчисление на отоплителната система:
- по специфични загуби (стандартно изчисление на диаметъра на тръбата);
- чрез дължини, намалени до един еквивалент;
- според характеристиките на проводимост и съпротивление;
- сравнение на динамичните налягания.
Първите два метода се използват при постоянен спад на температурата в мрежата.
Последните две ще помогнат за разпределянето на топла вода към пръстените на системата, ако спадът на температурата в мрежата вече не съответства на спада в щранговете / клоните.
Преглед на програмите за хидравлични изчисления
Примерна програма за изчисляване на отоплението
Всъщност всяко хидравлично изчисление на системите за отопление на водата е сложна инженерна задача. За решаването му са разработени редица софтуерни пакети, които опростяват изпълнението на тази процедура.
Можете да опитате да направите хидравлично изчисление на отоплителната система в обвивката на Excel, като използвате готови формули. Въпреки това могат да възникнат следните проблеми:
- Голяма грешка. В повечето случаи като пример за хидравлично изчисление на отоплителна система се вземат еднотръбни или двутръбни схеми. Намирането на такива изчисления за колектора е проблематично;
- За правилно отчитане на хидравличното съпротивление на тръбопровода са необходими референтни данни, които не са налични във формуляра. Те трябва да бъдат потърсени и въведени допълнително.
Като се имат предвид тези фактори, експертите препоръчват използването на програми за изчисление. Повечето от тях са платени, но някои имат демо версия с ограничени функции.
Oventrop CO
Програма за хидравлично изчисление
Най-простата и разбираема програма за хидравлично изчисляване на топлоснабдителната система. Интуитивен интерфейс и гъвкави настройки ще ви помогнат бързо да се справите с нюансите на въвеждане на данни. При първоначалната настройка на комплекса могат да възникнат малки проблеми. Ще е необходимо да въведете всички параметри на системата, като се започне от материала на тръбата и завършва с местоположението на нагревателните елементи.
Характеризира се с гъвкавост на настройките, възможност за опростено хидравлично изчисление на отоплението както за нова система за топлоснабдяване, така и за надграждане на стара. Различава се от аналозите по удобен графичен интерфейс.
Instal-Therm HCR
Софтуерният пакет е предназначен за професионално хидравлично съпротивление на топлоснабдителната система. Безплатната версия има много ограничения. Обхват - проектиране на отопление в големи обществени и промишлени сгради.
На практика за автономно топлоснабдяване на частни къщи и апартаменти не винаги се извършва хидравлично изчисление. Това обаче може да доведе до влошаване на работата на отоплителната система и бърза повреда на нейните елементи - радиатори, тръби и котел. За да се избегне това, е необходимо своевременно да се изчислят параметрите на системата и да се сравнят с действителните, за да се оптимизира допълнително отоплителната работа.
Пример за хидравлично изчисление на отоплителна система:
Проверка на хидравлично изчисление на клона на газопровода
Целта на изчислението: Проверка на налягането на входа на газоразпределителната станция.
Първоначални данни:
маса
|
Пропускателна способност, qday, милиони m3/ден |
8,4 |
|
Начално налягане на участъка на газопровода, Рn , MPa |
2,0 |
|
Крайно налягане на участъка на газопровода, Рк , МРа |
1,68 |
|
Дължина на участъка на газопровода, L, км |
5,3 |
|
Диаметър на участъка на газопровода, dn x, mm |
530 x 11 |
|
Средногодишна температура на почвата в дълбочината на газопровода, tgr, 0C |
11 |
|
Температура на газа в началото на участъка на газопровода, tn, 0C |
21 |
|
Коефициент на топлопреминаване от газ към почва, k, W / (m20С) |
1,5 |
|
Топлинен капацитет на газ, cf, kcal/(kg°С) |
0,6 |
|
Състав на газа |
Таблица 1 — Състав и основни параметри на газовите компоненти на Оренбургското находище
|
Компонент |
Химична формула |
Концентрация във фракции от единица |
Моларна маса, kg/kmol |
Критична температура, К |
Критично налягане, MPa |
Динамичен вискозитет, kgf s/m2x10-7 |
|
метан |
CH4 |
0,927 |
16,043 |
190,5 |
4,49 |
10,3 |
|
етан |
C2H6 |
0,022 |
30,070 |
306 |
4,77 |
8,6 |
|
пропан |
С3Н8 |
0,008 |
44,097 |
369 |
4,26 |
7,5 |
|
бутан |
С4Н10 |
0,022 |
58,124 |
425 |
3,5 |
6,9 |
|
пентан |
C5H12 |
0,021 |
72,151 |
470,2 |
3,24 |
6,2 |
За да извършим хидравлично изчисление, първо изчисляваме основните параметри на газовата смес.
Определете молекулното тегло на газовата смес, M cm, kg / kmol
където а1, а2, аn — обемна концентрация, доли от единици, ;
M1, M2, Mn са молните маси на компонентите, kg/kmol, .
Mcm = 0,927 16,043 + 0,022 30,070 + 0,008 44,097 + 0,022 58,124 +
+ 0,021 72,151 = 18,68 kg/kmol
Определяме плътността на сместа от газове, s, kg / m3,
където M cm е молекулното тегло, kg/mol;
22,414 е обемът от 1 киломол (числото на Авогадро), m3/kmol.
Определяме плътността на газовата смес във въздуха, D,
където е плътността на газа, kg/m3;
1,293 е плътността на сухия въздух, kg/m3.
Определете динамичния вискозитет на газовата смес, cm, kgf s/m2
където 1, 2, n е динамичният вискозитет на компонентите на газовата смес, kgf s/m2, ;
Определяме критичните параметри на газовата смес, Tcr.cm. , ДА СЕ
където Тcr1, Тcr2, Тcrn — критична температура на компонентите на газовата смес, K, ;
където Pcr1, Pcr2, Pcrn са критичното налягане на компонентите на сместа, МРа, ;
Определяме средното налягане на газа в участъка на газопровода, Рv, MPa
където Рн е първоначалното налягане в участъка на газопровода, МРа;
Pk е крайното налягане в участъка на газопровода, MPa.
Определяме средната температура на газа по дължината на изчисления участък от газопровода, tav, ° С,
където tn е температурата на газа в началото на изчислителния участък, °C;
dn е външният диаметър на участъка на газопровода, mm;
l е дължината на участъка на газопровода, км;
qday е пропускателната способност на участъка на газопровода, млн. m3/ден;
е относителната плътност на газа във въздуха;
Cp е топлинният капацитет на газа, kcal/(kg°C);
k- коефициент на топлопреминаване от газ към почва, kcal/(m2h°С);
e е основата на естествения логаритъм, e = 2,718.
Определяме намалената температура и налягане на газа, Tpr и Rpr,
където Rsr. и Tsr. са средното налягане и температура на газа, МРа и К, съответно;
Rcr.cm и Tcr.cm. са критичното налягане и температура на газа, МРа и К, съответно.
Определяме коефициента на сгъваемост на газа според номограмата в зависимост от Ppr и Tpr.
Z=0,9
За да определите пропускателната способност на газопровод или неговия участък в стационарно състояние на транспортиране на газ, без да отчитате релефа на трасето, използвайте формулата q, милион m3 / ден,
където din е вътрешният диаметър на газопровода, mm;
Рн и Рк - начално и крайно налягане на газопровода, съответно, kgf/cm2;
l е коефициентът на хидравлично съпротивление (като се вземат предвид местните съпротивления по трасето на газопровода: триене, кранове, преходи и др.). Позволено е да се вземат 5% по-високи от ltr;
D е относителното специфично тегло на газа във въздуха;
Таv е средната температура на газа, K;
? — дължина на участъка от газопровода, км;
W е коефициентът на свиваемост на газа;
От формула (4.13) изразяваме Рк, , kgf/cm2,
Хидравличното изчисление се извършва в следната последователност. Определете числото на Рейнолдс, Re,
където qday е дневната пропускателна способност на газопроводния участък, млн. m3/ден;
din е вътрешният диаметър на газопровода, mm;
е относителната плътност на газа;
— динамичен вискозитет на природния газ; kgf s/m2;
От Re >> 4000 режимът на движение на газа през тръбопровода е турбулентна, квадратична зона.
Коефициентът на съпротивление на триене за всички режими на газовия поток се определя по формулата, ltr,
където EC е еквивалентната грапавост (височина на издатините, които създават устойчивост на движение на газ), EC = 0,06 mm
Определяме коефициента на хидравлично съпротивление на участъка на газопровода, като вземем предвид неговите средни локални съпротивления, l,
където E е коефициентът на хидравлична ефективност, E = 0,95.
Съгласно формула (4.14) определяме налягането в края на участъка на газопровода.
Заключение: Получената стойност на налягането съответства на експлоатационната в крайния участък от газопровода.
Изчисляване на хидравликата на отоплителната система
Необходими са ни данни от топлинното изчисление на помещенията и аксонометричната диаграма.
Стъпка 1: пребройте диаметъра на тръбата
Като изходни данни се използват икономически обосновани резултати от топлинното изчисление:
1а. Оптималната разлика между гореща (tg) и охладена (до) охлаждаща течност за двутръбна система е 20º
1б. Дебит на охлаждащата течност G, kg/час — за еднотръбна система.
2. Оптималната скорост на охлаждащата течност е ν 0,3-0,7 m/s.
Колкото по-малък е вътрешният диаметър на тръбите, толкова по-висока е скоростта. Достигайки 0,6 m/s, движението на водата започва да бъде придружено от шум в системата.
3. Изчислена скорост на топлинния поток - Q, W.
Изразява количеството топлина (W, J), предадено за секунда (единица време τ):
Формула за изчисляване на топлинния поток
4. Прогнозна плътност на водата: ρ = 971,8 kg/m3 при tav = 80 °С
5. Параметри на графиката:
- консумация на мощност - 1 kW на 30 m³
- резерв на топлинна мощност - 20%
- обем на стаята: 18 * 2,7 = 48,6 m³
- консумация на мощност: 48,6 / 30 = 1,62 kW
- марж на замръзване: 1,62 * 20% = 0,324 kW
- обща мощност: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW
Намираме най-близката стойност на Q в таблицата:
Получаваме интервала на вътрешния диаметър: 8-10 мм. Сюжет: 3-4. Дължина на парцела: 2,8 метра.
Стъпка 2: изчисляване на локалните съпротивления
За да се определи материала на тръбата, е необходимо да се сравнят показателите за тяхното хидравлично съпротивление във всички части на отоплителната система.
Фактори на устойчивост:
Тръби за отопление
- в самата тръба:
- грапавост;
- място на стесняване / разширяване на диаметъра;
- завъртете;
- дължина.
- във връзки:
- тройник;
- сферичен кран;
- балансиращи устройства.
Изчисленият участък е тръба с постоянен диаметър с постоянен воден поток, съответстващ на проектния топлинен баланс на помещението.
За определяне на загубите се вземат данни, като се вземе предвид съпротивлението в управляващите клапани:
- дължина на тръбата в проектния участък / l, m;
- диаметър на тръбата на изчисленото сечение / d, mm;
- приета скорост на охлаждащата течност/u, m/s;
- данни за контролния клапан от производителя;
- справочни данни:
- коефициент на триене/λ;
- загуби от триене/∆Рl, Pa;
- изчислена плътност на течността/ρ = 971,8 kg/m3;
- спецификации на продукта:
- еквивалентна грапавост на тръбата/ke mm;
- дебелина на стената на тръбата/dн×δ, мм.
За материали с подобни стойности на ke, производителите предоставят стойността на специфичната загуба на налягане R, Pa/m за цялата гама тръби.
За независимо определяне на специфичните загуби от триене / R, Pa / m, достатъчно е да знаете външния d на тръбата, дебелината на стената / dn × δ, mm и скоростта на подаване на вода / W, m / s (или водния поток / G , кг/ч).
За да търсим хидравлично съпротивление / ΔP в една секция от мрежата, заместваме данните във формулата на Дарси-Вайсбах:
Стъпка 3: хидравлично балансиране
За да балансирате спада на налягането, ще ви трябват спирателни и контролни клапани.
- проектно натоварване (масов дебит на охлаждащата течност - вода или ниско замръзваща течност за отоплителни системи);
- данни на производителите на тръби за специфично динамично съпротивление / A, Pa / (kg / h)²;
- технически характеристики на фитингите.
- броят на местните съпротивления в района.
Задача. изравняване на хидравличните загуби в мрежата.
В хидравличното изчисление за всеки клапан са посочени характеристиките на монтаж (монтаж, спад на налягането, пропускателна способност). Според характеристиките на съпротивлението се определят коефициентите на изтичане във всеки щранг и след това във всяко устройство.
Фрагмент от фабричните характеристики на дроселовата клапа
Нека изберем за изчисления метода на характеристиките на съпротивлението S,Pa/(kg/h)².
Загубите на налягане / ∆P, Pa са право пропорционални на квадрата на водния поток в зоната / G, kg / h:
- ξpr е редуцираният коефициент за съпротивления на местното сечение;
- A е динамичното специфично налягане, Pa/(kg/h)².
Специфичното налягане е динамичното налягане, което възниква при масов дебит от 1 kg/h охлаждаща течност в тръба с даден диаметър (информацията е предоставена от производителя).
Σξ е членът на коефициентите за локални съпротивления в участъка.
Намален коефициент:
Стъпка 4: Определяне на загубите
Хидравличното съпротивление в главния циркулационен пръстен се представя от сумата от загубите на неговите елементи:
- първична верига/ΔPIk ;
- локални системи/ΔPm;
- топлогенератор/ΔPtg;
- топлообменник/ΔPto.
Сборът от стойностите ни дава хидравличното съпротивление на системата / ΔPco:
Хидравлично изчисление на междуцеховия газопровод
Пропускателната способност на газопроводите трябва да се взема от условията за създаване при максимално допустима загуба на налягане на газа на най-икономичната и надеждна система в експлоатация, осигуряваща стабилността на работата на блоковете за хидравлично разбиване и контрол на газа (GRU), като както и работата на потребителските горелки в приемливи диапазони на налягането на газа.
Прогнозните вътрешни диаметри на газопроводите се определят въз основа на условието за осигуряване на непрекъснато газоснабдяване на всички потребители в часовете на максимално потребление на газ.
Стойностите на изчислената загуба на налягане на газа при проектирането на газопроводи за всички налягания за промишлени предприятия се вземат в зависимост от налягането на газа в точката на свързване, като се вземат предвид техническите характеристики на газовото оборудване, прието за монтаж, устройствата за автоматизация на безопасността и автоматично управление на технологичния режим на топлинни агрегати.
Спадът на налягането за мрежи със средно и високо налягане се определя по формулата
където Pn е абсолютното налягане в началото на газопровода, МРа;
Рк – абсолютно налягане в края на газопровода, МРа;
Р0 = 0,101325 MPa;
l е коефициентът на хидравлично триене;
l е прогнозната дължина на газопровод с постоянен диаметър, m;
d е вътрешният диаметър на газопровода, cm;
r0 – плътност на газа при нормални условия, kg/m3;
Q0 – разход на газ, m3/h, при нормални условия;
За външни надземни и вътрешни газопроводи прогнозната дължина на газопроводите се определя по формулата
където l1 е действителната дължина на газопровода, m;
Sx е сумата от коефициентите на местните съпротивления на участъка на газопровода;
При извършване на хидравлично изчисление на газопроводи, изчисленият вътрешен диаметър на газопровода трябва предварително да се определи по формулата
където dp е изчисленият диаметър, cm;
A, B, t, t1 - коефициенти, определени в зависимост от категорията на мрежата (по налягане) и материала на газопровода;
Q0 е изчисленият дебит на газ, m3/h, при нормални условия;
DPr - специфична загуба на налягане, MPa / m, определена по формулата
където DPdop – допустима загуба на налягане, MPa/m;
L е разстоянието до най-отдалечената точка, m.
където Р0 = 0,101325 MPa;
Pt - средно налягане на газа (абсолютно) в мрежата, MPa.
където Pn, Pk са съответно началното и крайното налягане в мрежата, MPa.
Приемаме схема за доставка на газ в задънена улица. Извършваме трасиране на междуцеховия газопровод за високо налягане. Разбиваме мрежата на отделни секции. Проектната схема на междуцеховия газопровод е показана на фигура 1.1.
Ние определяме специфичните загуби на налягане за междуцехови газопроводи:
Предварително определяме изчисления вътрешен диаметър в секциите на мрежата:
Устройства за топлообмен
Ефективното използване на топлината във въртящите се пещи е възможно само при инсталиране на система от топлообменници в пещта и пещта. Вътрешнопечни топлообменници.
фасадна система
За да придаде на реконструираната сграда модерен архитектурен облик и радикално да повиши нивото на термична защита на външните стени, системата от „вени.
техно хаус
Този стил, възникнал през 80-те години на миналия век, като своеобразен ироничен отговор на светлите перспективи за индустриализация и господството на технологичния прогрес, прокламирани в началото му.
Как да работите в EXCEL
Използването на таблици на Excel е много удобно, тъй като резултатите от хидравличното изчисление винаги се свеждат до табличен вид. Достатъчно е да определите последователността на действията и да подготвите точните формули.
Въвеждане на първоначални данни
Избира се клетка и се въвежда стойност. Цялата друга информация просто се взема предвид.
- стойността на D15 се преизчислява в литри, така че е по-лесно да се възприеме скоростта на потока;
- клетка D16 - добавете форматиране според условието: "Ако v не попада в диапазона от 0,25 ... 1,5 m / s, тогава фонът на клетката е червен / шрифтът е бял."
За тръбопроводи с разлика във височината между входа и изхода, към резултатите се добавя статично налягане: 1 kg / cm2 на 10 m.
Регистрация на резултатите
Цветовата схема на автора носи функционално натоварване:
- Клетките в светло тюркоаз съдържат оригиналните данни - те могат да бъдат променяни.
- Бледозелените клетки са входни константи или данни, които не подлежат на промяна.
- Жълтите клетки са помощни предварителни изчисления.
- Светложълтите клетки са резултатите от изчисленията.
- шрифтове:
- синьо - начални данни;
- черно - междинни/неосновни резултати;
- червено - основните и крайните резултати от хидравличното изчисление.
Резултати в електронна таблица на Excel
Пример от Александър Воробьов
Пример за просто хидравлично изчисление в Excel за хоризонтална секция на тръбопровода.
- дължина на тръбата 100 метра;
- ø108 мм;
- дебелина на стената 4 мм.
Таблица с резултатите от изчисляването на локалните съпротивления
Усложнявайки изчисленията стъпка по стъпка в Excel, вие по-добре овладеете теорията и частично спестите от работата по проектиране. Благодарение на компетентен подход вашата отоплителна система ще стане оптимална по отношение на разходите и преноса на топлина.
