Hydraulisk beregning af et-rørs- og to-rørs varmesystem med formler, tabeller og eksempler
Omkostningseffektiviteten af termisk komfort i huset sikres ved beregning af hydraulik, dens højkvalitetsinstallation og korrekt drift. Hovedkomponenterne i varmesystemet er en varmekilde (kedel), en varmeledning (rør) og varmeoverførselsenheder (radiatorer). For effektiv varmeforsyning er det nødvendigt at opretholde de indledende parametre for systemet ved enhver belastning, uanset årstiden.
Før du starter hydrauliske beregninger, skal du udføre:
- Indsamling og behandling af oplysninger om objektet med henblik på at:
- bestemmelse af mængden af krævet varme;
- valg af varmeordning.
- Termisk beregning af varmesystemet med begrundelse:
- mængder af termisk energi;
- belastninger;
- varmetab.
Hvis vandopvarmning er anerkendt som den bedste mulighed, udføres en hydraulisk beregning.
For at beregne hydraulik ved hjælp af programmer kræves kendskab til teorien og lovene om modstand. Hvis formlerne nedenfor virker svære at forstå, kan du vælge de muligheder, som vi tilbyder i hvert af programmerne.
Beregningerne er udført i Excel-programmet. Det færdige resultat kan ses sidst i vejledningen.
Bestemmelse af antallet af gaskontrolpunkter for hydraulisk frakturering
Gaskontrolpunkter er designet til at reducere gastrykket og holde det på et givet niveau, uanset flowhastigheden.
Med et kendt estimeret forbrug af gasformigt brændstof bestemmer bydelen antallet af hydrauliske fraktureringer baseret på den optimale hydrauliske fraktureringsydelse (V=1500-2000 m3/time) i henhold til formlen:
n = , (27)
hvor n er antallet af hydraulisk frakturering, stk.;
VR — estimeret gasforbrug i bydelen, m3/time;
Vengros — optimal produktivitet af hydraulisk frakturering, m3/time;
n=586.751/1950=3.008 stk.
Efter at have bestemt antallet af hydrauliske fraktureringsstationer er deres placering planlagt på bydistriktets generelle plan, og installerer dem i midten af det forgasede område på kvarterets område.
Programoversigt
For at lette beregningerne bruges amatører og professionelle hydraulikberegningsprogrammer.
Den mest populære er Excel.
Du kan bruge online-beregningen i Excel Online, CombiMix 1.0 eller den online hydrauliske regnemaskine. Det stationære program vælges under hensyntagen til projektets krav.
Den største vanskelighed ved at arbejde med sådanne programmer er uvidenhed om det grundlæggende i hydraulik. I nogle af dem er der ingen afkodning af formler, funktionerne ved forgrening af rørledninger og beregning af modstande i komplekse kredsløb tages ikke i betragtning.
- HERZ C.O. 3.5 - laver en beregning i henhold til metoden for specifikke lineære tryktab.
- DanfossCO og OvertopCO kan tælle naturlige cirkulationssystemer.
- "Flow" (Flow) - giver dig mulighed for at anvende beregningsmetoden med en variabel (glidende) temperaturforskel langs stigrørene.
Du bør angive dataindtastningsparametrene for temperatur - Kelvin / Celsius.
Hvad er hydraulisk beregning
Dette er den tredje fase i processen med at skabe et varmenetværk. Det er et system af beregninger, der giver dig mulighed for at bestemme:
- diameter og gennemløb af rør;
- lokale tryktab i områderne;
- krav til hydraulisk balancering;
- tryktab i hele systemet;
- optimal vandgennemstrømning.
Ifølge de opnåede data udføres udvælgelsen af pumper.
For sæsonbetonede boliger, i mangel af elektricitet i det, er et varmesystem med naturlig cirkulation af kølevæsken egnet (link til anmeldelse).
Hovedformålet med den hydrauliske beregning er at sikre, at de beregnede omkostninger for kredsløbselementerne er sammenfaldende med de faktiske (drifts)omkostninger. Mængden af kølevæske, der kommer ind i radiatorerne, skal skabe en varmebalance inde i huset, idet der tages højde for de udendørs temperaturer og dem, der er indstillet af brugeren for hvert værelse i henhold til dets funktionelle formål (kælder +5, soveværelse +18 osv.).
Komplekse opgaver - omkostningsminimering:
- kapital - installation af rør med optimal diameter og kvalitet;
- operationel:
- afhængighed af energiforbrug på systemets hydrauliske modstand;
- stabilitet og pålidelighed;
- lydløshed.
Udskiftning af den centraliserede varmeforsyningstilstand med en individuel forenkler beregningsmetoden
For autonom tilstand gælder 4 metoder til hydraulisk beregning af varmesystemet:
- ved specifikke tab (standardberegning af rørdiameter);
- ved længder reduceret til en ækvivalent;
- i henhold til egenskaberne for ledningsevne og modstand;
- sammenligning af dynamiske tryk.
De to første metoder bruges med et konstant temperaturfald i netværket.
De sidste to vil hjælpe med at distribuere varmt vand til systemets ringe, hvis temperaturfaldet i netværket ikke længere matcher faldet i stigrør/grene.
Oversigt over programmer til hydrauliske beregninger
Eksempelprogram til varmeberegning
Faktisk er enhver hydraulisk beregning af vandvarmesystemer en kompleks ingeniøropgave. For at løse det er der udviklet en række softwarepakker, der forenkler implementeringen af denne procedure.
Du kan prøve at lave en hydraulisk beregning af varmesystemet i Excel-skallen ved hjælp af færdige formler. Der kan dog opstå følgende problemer:
- Stor fejl. I de fleste tilfælde tages et-rør eller to-rør ordninger som et eksempel på en hydraulisk beregning af et varmesystem. At finde sådanne beregninger for samleren er problematisk;
- For korrekt at tage højde for rørledningens hydrauliske modstand kræves referencedata, som ikke er tilgængelige i formularen. De skal søges og indtastes yderligere.
I betragtning af disse faktorer anbefaler eksperter at bruge programmer til beregning. De fleste af dem er betalt, men nogle har en demoversion med begrænsede funktioner.
Oventrop CO
Program til hydraulisk beregning
Det enkleste og mest forståelige program til hydraulisk beregning af varmeforsyningssystemet. En intuitiv grænseflade og fleksible indstillinger hjælper dig med hurtigt at håndtere nuancerne i dataindtastning. Der kan opstå mindre problemer under den indledende opsætning af komplekset. Det vil være nødvendigt at indtaste alle systemets parametre, startende fra rørmaterialet og slutter med placeringen af varmeelementerne.
Det er kendetegnet ved fleksibilitet af indstillinger, evnen til at lave en forenklet hydraulisk beregning af opvarmning både for et nyt varmeforsyningssystem og til at opgradere et gammelt. Adskiller sig fra analoger i en praktisk grafisk grænseflade.
Install-Therm HCR
Softwarepakken er designet til professionel hydraulisk modstand af varmeforsyningssystemet. Den gratis version har mange begrænsninger. Omfang - projektering af varme i store offentlige og industrielle bygninger.
I praksis, for autonom varmeforsyning af private huse og lejligheder, udføres hydraulisk beregning ikke altid. Dette kan dog føre til en forringelse af driften af varmesystemet og den hurtige fejl i dets elementer - radiatorer, rør og en kedel. For at undgå dette er det nødvendigt at beregne systemparametrene rettidigt og sammenligne dem med de faktiske for yderligere at optimere opvarmningsdriften.
Et eksempel på en hydraulisk beregning af et varmesystem:
Verifikation hydraulisk beregning af gasrørledningsgrenen
Formålet med beregningen: Kontrol af trykket ved indløbet til gasdistributionsstationen.
Indledende data:
bord
|
Gennemstrømning, qdag, mio. m3/dag |
8,4 |
|
Starttryk af gasrørledningssektionen, Рn , MPa |
2,0 |
|
Sluttryk af gasrørledningssektionen, Рк , MPa |
1,68 |
|
Længde af gasrørsstrækningen, L, km |
5,3 |
|
Diameter af gasrørledningssektionen, dn x, mm |
530 x 11 |
|
Gennemsnitlig årlig jordtemperatur i dybden af gasrørledningen, tgr, 0С |
11 |
|
Gastemperatur ved begyndelsen af gasrørsektionen, tn, 0C |
21 |
|
Varmeoverførselskoefficient fra gas til jord, k, W / (m20С) |
1,5 |
|
Gass varmekapacitet, jf. kcal/(kg°C) |
0,6 |
|
Gassammensætning |
Tabel 1 — Sammensætning og hovedparametre for gaskomponenter i Orenburg-feltet
|
Komponent |
Kemisk formel |
Koncentration i brøkdele af en enhed |
Molær masse, kg/kmol |
Kritisk temperatur, K |
Kritisk pres, MPa |
Dynamisk viskositet, kgf s/m2x10-7 |
|
Metan |
CH4 |
0,927 |
16,043 |
190,5 |
4,49 |
10,3 |
|
Ethan |
C2H6 |
0,022 |
30,070 |
306 |
4,77 |
8,6 |
|
Propan |
С3Н8 |
0,008 |
44,097 |
369 |
4,26 |
7,5 |
|
Butan |
С4Н10 |
0,022 |
58,124 |
425 |
3,5 |
6,9 |
|
Pentan |
C5H12 |
0,021 |
72,151 |
470,2 |
3,24 |
6,2 |
For at udføre en hydraulisk beregning beregner vi først gasblandingens hovedparametre.
Bestem molekylvægten af gasblandingen, M cm, kg / kmol
hvor а1, а2, аn — volumetrisk koncentration, fraktioner af enheder, ;
M1, M2, Mn er komponenternes molære masser, 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
Vi bestemmer massefylden af blandingen af gasser, s, kg / m3,
hvor M cm er molekylvægten, kg/mol;
22.414 er rumfanget på 1 kilomol (Avogadros tal), m3/kmol.
Vi bestemmer massefylden af gasblandingen i luft, D,
hvor er gasdensiteten, kg/m3;
1,293 er densiteten af tør luft, kg/m3.
Bestem den dynamiske viskositet af gasblandingen, cm, kgf s/m2
hvor 1, 2, n, er den dynamiske viskositet af gasblandingskomponenterne, kgf s/m2, ;
Vi bestemmer de kritiske parametre for gasblandingen, Tcr.cm. , TIL
hvor Тcr1, Тcr2, Тcrn — kritisk temperatur af gasblandingskomponenter, K, ;
hvor Pcr1, Pcr2, Pcrn er det kritiske tryk af blandingskomponenterne, MPa, ;
Vi bestemmer det gennemsnitlige gastryk i gasrørledningssektionen, Рav, MPa
hvor Рн er starttrykket i gasrørledningssektionen, MPa;
Pk er sluttrykket i gasrørssektionen, MPa.
Vi bestemmer den gennemsnitlige gastemperatur langs længden af den beregnede sektion af gasrørledningen, tav, ° С,
hvor tn er gastemperaturen i begyndelsen af beregningsafsnittet, °C;
dn er den ydre diameter af gasrørledningssektionen, mm;
l er længden af gasrørledningssektionen, km;
qdag er gennemstrømningskapaciteten for gasrørledningssektionen, millioner m3/dag;
er den relative massefylde af gassen i luft;
Cp er gassens varmekapacitet, kcal/(kg°C);
k- koefficient for varmeoverførsel fra gas til jord, kcal/(m2h°С);
e er basis for den naturlige logaritme, e = 2,718.
Vi bestemmer den reducerede temperatur og tryk af gassen, Tpr og Rpr,
hvor Rsr. og Tsr. er gassens gennemsnitlige tryk og temperatur, henholdsvis MPa og K;
Rcr.cm og Tcr.cm. er gassens kritiske tryk og temperatur, henholdsvis MPa og K.
Vi bestemmer gaskompressibilitetskoefficienten i henhold til nomogrammet afhængigt af Ppr og Tpr.
Z=0,9
For at bestemme gennemløbskapaciteten af en gasrørledning eller dens sektion i den stabile tilstand af gastransport, uden at tage højde for aflastningen af ruten, skal du bruge formlen, q, million m3 / dag,
hvor din er den indvendige diameter af gasrørledningen, mm;
Рн og Рк - henholdsvis start- og sluttryk af gasrørledningssektionen kgf/cm2;
l er koefficienten for hydraulisk modstand (under hensyntagen til lokale modstande langs gasrørsruten: friktion, haner, overgange osv.). Det er tilladt at tage 5% højere end ltr;
D er den relative vægtfylde af gassen i luft;
Тav er den gennemsnitlige gastemperatur, K;
? — længden af gasrørledningen, km;
W er gaskompressibilitetsfaktoren;
Fra formel (4.13) udtrykker vi Рк, , kgf/cm2,
Hydraulisk beregning udføres i følgende rækkefølge. Bestem Reynolds-tallet, Re,
hvor qdag er den daglige gennemløbskapacitet for gasrørledningssektionen, millioner m3/dag;
din er den indre diameter af gasrørledningen, mm;
er den relative massefylde af gassen;
— naturgass dynamiske viskositet; kgf s/m2;
Siden Re >> 4000 er gasbevægelsen gennem rørledningen turbulent, kvadratisk zone.
Friktionsmodstandskoefficienten for alle gasstrømningsregimer bestemmes af formlen ltr ,
hvor EC er den ækvivalente ruhed (højden af fremspring, der skaber modstand mod gasbevægelser), EC = 0,06 mm
Vi bestemmer koefficienten for hydraulisk modstand for gasrørledningssektionen under hensyntagen til dens gennemsnitlige lokale modstande, l,
hvor E er koefficienten for hydraulisk virkningsgrad, E = 0,95.
Ifølge formel (4.14) bestemmer vi trykket for enden af gasrørsektionen.
Konklusion: Den opnåede trykværdi svarer til den operationelle ved den sidste del af gasrørledningen.
Beregning af varmesystemets hydraulik
Vi har brug for data fra den termiske beregning af lokalerne og det aksonometriske diagram.
Trin 1: tæl rørdiameteren
Som indledende data anvendes økonomisk begrundede resultater af termisk beregning:
1a. Den optimale forskel mellem varm (tg) og afkølet (til) kølevæske for et to-rørssystem er 20º
1b. Kølevæskestrømningshastighed G, kg/time — for et 1-rørssystem.
2. Kølevæskens optimale hastighed er ν 0,3-0,7 m/s.
Jo mindre rørenes indvendige diameter er, jo højere hastighed. Når 0,6 m/s når bevægelsen af vand begynder at blive ledsaget af støj i systemet.
3. Beregnet varmeflowhastighed - Q, W.
Udtrykker mængden af varme (W, J) der overføres pr. sekund (tidsenhed τ):
Formel til beregning af varmestrømningshastigheden
4. Estimeret densitet af vand: ρ = 971,8 kg/m3 ved tav = 80 °С
5. Plotparametre:
- strømforbrug - 1 kW pr. 30 m³
- termisk effektreserve - 20%
- rumvolumen: 18 * 2,7 = 48,6 m³
- strømforbrug: 48,6 / 30 = 1,62 kW
- frostmargin: 1,62 * 20% = 0,324 kW
- samlet effekt: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW
Vi finder den nærmeste Q-værdi i tabellen:
Vi får intervallet for den indre diameter: 8-10 mm. Plot: 3-4. Grundlængde: 2,8 meter.
Trin 2: beregning af lokale modstande
For at bestemme rørmaterialet er det nødvendigt at sammenligne indikatorerne for deres hydrauliske modstand i alle dele af varmesystemet.
Modstandsfaktorer:
Rør til opvarmning
- i selve røret:
- ruhed;
- sted for indsnævring / udvidelse af diameteren;
- tur;
- længde.
- i forbindelser:
- tee;
- kugleventil;
- balanceringsanordninger.
Den beregnede sektion er et rør med konstant diameter med en konstant vandstrøm svarende til rummets designvarmebalance.
For at bestemme tabene tages data under hensyntagen til modstanden i kontrolventilerne:
- rørlængde i designsektionen / l, m;
- diameter af røret af den beregnede sektion / d, mm;
- antaget kølevæskehastighed/u, m/s;
- kontrolventildata fra producenten;
- referencedata:
- friktionskoefficient/λ;
- friktionstab/∆Рl, Pa;
- beregnet væskedensitet/ρ = 971,8 kg/m3;
- Produkt Specifikationer:
- tilsvarende rørruhed/ke mm;
- rørvægstykkelse/dн×δ, mm.
For materialer med lignende ke-værdier angiver producenter værdien af specifikt tryktab R, Pa/m for hele sortimentet af rør.
For selvstændigt at bestemme de specifikke friktionstab / R, Pa / m, er det nok at kende den ydre d af røret, vægtykkelse / dn × δ, mm og vandforsyningshastighed / W, m / s (eller vandstrøm / G , kg/h).
For at søge efter hydraulisk modstand / ΔP i en sektion af netværket, erstatter vi dataene i Darcy-Weisbach-formlen:
Trin 3: hydraulisk afbalancering
For at afbalancere trykfaldene skal du have afspærrings- og kontrolventiler.
- designbelastning (kølevæskens massestrøm - vand eller lavfrysende væske til varmesystemer);
- data fra rørfabrikanter om specifik dynamisk modstand / A, Pa / (kg / h) ²;
- tekniske egenskaber ved beslag.
- antallet af lokale modstande i området.
Opgave. udligne hydrauliske tab i netværket.
I den hydrauliske beregning for hver ventil er installationskarakteristika (montering, trykfald, gennemløb) specificeret. Ifølge modstandskarakteristikaene bestemmes lækagekoefficienterne ind i hvert stigrør og derefter ind i hver enhed.
Fragment af fabriksegenskaberne for sommerfugleventilen
Lad os vælge metoden for modstandskarakteristika S, Pa / (kg / h) ² til beregninger.
Tryktab / ∆P, Pa er direkte proportionale med kvadratet af vandstrømmen i området / G, kg / h:
- ξpr er den reducerede koefficient for sektionens lokale modstande;
- A er det dynamiske specifikke tryk, Pa/(kg/h)².
Det specifikke tryk er det dynamiske tryk, der opstår ved en massestrømshastighed på 1 kg/h kølevæske i et rør med en given diameter (information leveres af producenten).
Σξ er betegnelsen for koefficienterne for lokale modstande i sektionen.
Reduceret koefficient:
Trin 4: Fastlæggelse af tab
Den hydrauliske modstand i hovedcirkulationsringen er repræsenteret af summen af tabene af dets elementer:
- primært kredsløb/ΔPIk ;
- lokale systemer/ΔPm;
- varmegenerator/ΔPtg;
- varmeveksler/ΔPto.
Summen af værdierne giver os den hydrauliske modstand af systemet / ΔPco:
Hydraulisk beregning af intershop-gasrørledningen
Gasrørledningernes gennemløbskapacitet bør tages fra betingelserne for at skabe, ved det maksimalt tilladte gastryktab, det mest økonomiske og pålidelige system i drift, hvilket sikrer stabiliteten af driften af hydrauliske frakturerings- og gaskontrolenheder (GRU), som samt drift af forbrugerbrændere i acceptable gastrykområder.
Anslåede indvendige diametre af gasrørledninger bestemmes ud fra betingelsen om at sikre uafbrudt gasforsyning til alle forbrugere i timerne med maksimalt gasforbrug.
Værdierne af det beregnede gastryktab ved design af gasrørledninger af alle tryk til industrivirksomheder tages afhængigt af gastrykket ved tilslutningspunktet under hensyntagen til de tekniske egenskaber ved det gasudstyr, der accepteres til installation, sikkerhedsautomatiseringsanordninger og automatisk kontrol af det teknologiske regime af termiske enheder.
Trykfaldet for mellem- og højtryksnetværk bestemmes af formlen
hvor Pn er det absolutte tryk ved begyndelsen af gasrørledningen, MPa;
Рк – absolut tryk for enden af gasrørledningen, MPa;
R0 = 0,101325 MPa;
l er koefficienten for hydraulisk friktion;
l er den estimerede længde af en gasrørledning med konstant diameter, m;
d er den indre diameter af gasrørledningen, cm;
r0 – gasdensitet under normale forhold, kg/m3;
Q0 – gasforbrug, m3/h, under normale forhold;
For eksterne overjordiske og interne gasrørledninger bestemmes den estimerede længde af gasrørledninger af formlen
hvor l1 er den faktiske længde af gasrørledningen, m;
Sx er summen af koefficienterne for lokale modstande af gasrørledningssektionen;
Når der udføres en hydraulisk beregning af gasrørledninger, skal den beregnede indre diameter af gasrørledningen foreløbigt bestemmes af formlen
hvor dp er den beregnede diameter, cm;
A, B, t, t1 - koefficienter bestemt af afhængigt af netværkets kategori (ved tryk) og materialet i gasrørledningen;
Q0 er den beregnede gasstrømningshastighed, m3/h, under normale forhold;
DPr - specifikt tryktab, MPa / m, bestemt af formlen
hvor DPdop – tilladt tryktab, MPa/m;
L er afstanden til det fjerneste punkt, m.
hvor R0 = 0,101325 MPa;
Pt - gennemsnitligt gastryk (absolut) i netværket, MPa.
hvor Pn, Pk er henholdsvis start- og sluttrykket i netværket, MPa.
Vi accepterer en blindgasforsyningsordning. Vi udfører sporingen af højtryksgasrørledningen mellem butikkerne. Vi opdeler netværket i separate sektioner. Designskemaet for intershop-gasrørledningen er vist i figur 1.1.
Vi bestemmer de specifikke tryktab for intershop-gasrørledninger:
Vi bestemmer foreløbigt den beregnede indre diameter i netværkssektionerne:
Varmevekslere
Effektiv brug af varme i roterende ovne er kun mulig, når der installeres et system med varmevekslere i ovn og ovn. Intra-ovn varmevekslere.
facadesystem
For at give den rekonstruerede bygning et moderne arkitektonisk udseende og radikalt øge niveauet af termisk beskyttelse af ydervæggene, systemet med "vener.
techno hus
Denne stil, der opstod i 80'erne af det sidste århundrede, som en slags ironisk reaktion på de lyse udsigter for industrialisering og dominansen af teknologiske fremskridt, proklamerede i begyndelsen.
Sådan arbejder du i EXCEL
Brugen af Excel-tabeller er meget praktisk, da resultaterne af den hydrauliske beregning altid reduceres til en tabelform. Det er nok at bestemme rækkefølgen af handlinger og forberede de nøjagtige formler.
Indtastning af indledende data
En celle vælges, og en værdi indtastes. Alle andre oplysninger tages blot i betragtning.
- værdien af D15 genberegnes i liter, så det er lettere at opfatte strømningshastigheden;
- celle D16 - tilføj formatering i henhold til betingelsen: "Hvis v ikke falder i intervallet 0,25 ... 1,5 m / s, så er baggrunden for cellen rød / skrifttypen er hvid."
For rørledninger med højdeforskel mellem indløb og udløb tilføjes statisk tryk til resultaterne: 1 kg / cm2 pr. 10 m.
Registrering af resultater
Forfatterens farveskema bærer en funktionel belastning:
- Lyse turkise celler indeholder de originale data - de kan ændres.
- Bleggrønne celler er inputkonstanter eller data, der kun kan ændres lidt.
- Gule celler er foreløbige hjælpeberegninger.
- Lysegule celler er resultaterne af beregninger.
- Skrifttyper:
- blå - indledende data;
- sort - mellem-/ikke-hovedresultater;
- rød - de vigtigste og endelige resultater af den hydrauliske beregning.
Resultater i Excel-regneark
Eksempel fra Alexander Vorobyov
Et eksempel på en simpel hydraulisk beregning i Excel for en vandret rørledningssektion.
- rørlængde 100 meter;
- ø108 mm;
- vægtykkelse 4 mm.
Tabel over resultater af beregning af lokale modstande
Ved at komplicere trinvise beregninger i Excel, mestrer du teorien bedre og sparer delvist på designarbejdet. Takket være en kompetent tilgang bliver dit varmesystem optimalt med hensyn til omkostninger og varmeoverførsel.
