Hydraulisk beregning av ett- og to-rørs varmesystem med formler, tabeller og eksempler
Kostnadseffektiviteten til termisk komfort i huset sikres ved beregning av hydraulikk, installasjon av høy kvalitet og riktig drift. Hovedkomponentene i varmesystemet er en varmekilde (kjele), en varmeledning (rør) og varmeoverføringsenheter (radiatorer). For effektiv varmeforsyning er det nødvendig å opprettholde de første parametrene til systemet ved enhver belastning, uavhengig av årstid.
Før du starter hydrauliske beregninger, utfør:
- Innsamling og behandling av informasjon om objektet for å:
- bestemme mengden varme som kreves;
- valg av oppvarmingsordning.
- Termisk beregning av varmesystemet med begrunnelse:
- volumer av termisk energi;
- laster;
- varmetap.
Hvis vannoppvarming er anerkjent som det beste alternativet, utføres en hydraulisk beregning.
For å beregne hydraulikk ved hjelp av programmer kreves kjennskap til teorien og motstandslovene. Hvis formlene nedenfor virker vanskelige å forstå, kan du velge alternativene vi tilbyr i hvert av programmene.
Beregningene er utført i Excel-programmet. Det ferdige resultatet kan sees på slutten av instruksjonene.
Bestemmelse av antall gasskontrollpunkter for hydraulisk frakturering
Gasskontrollpunkter er utformet for å redusere gasstrykket og opprettholde det på et gitt nivå, uavhengig av strømningshastigheten.
Med et kjent estimert forbruk av gassformig brensel, bestemmer bydelen antall hydrauliske fraktureringer, basert på den optimale hydrauliske fraktureringsytelsen (V=1500-2000 m3/time) i henhold til formelen:
n = , (27)
hvor n er antall hydrauliske brudd, stk.;
VR — estimert gassforbruk av bydelen, m3/time;
Vengros — optimal produktivitet ved hydraulisk frakturering, m3/time;
n=586.751/1950=3.008 stk.
Etter å ha bestemt antall hydrauliske fraktureringsstasjoner, er deres plassering planlagt i den generelle planen for bydistriktet, og installerer dem i sentrum av det gassifiserte området på kvartalenes territorium.
Programoversikt
For enkelhets skyld brukes amatører og profesjonelle hydraulikkberegningsprogrammer.
Den mest populære er Excel.
Du kan bruke den elektroniske beregningen i Excel Online, CombiMix 1.0, eller den elektroniske hydrauliske kalkulatoren. Det stasjonære programmet velges under hensyntagen til prosjektets krav.
Den største vanskeligheten med å jobbe med slike programmer er uvitenhet om det grunnleggende om hydraulikk. I noen av dem er det ingen dekoding av formler, funksjonene til forgrening av rørledninger og beregning av motstand i komplekse kretsløp vurderes ikke.
- HERZ C.O. 3.5 - gjør en beregning i henhold til metoden for spesifikke lineære trykktap.
- DanfossCO og OvertopCO kan telle naturlige sirkulasjonssystemer.
- "Flow" (Flow) - lar deg bruke beregningsmetoden med en variabel (glidende) temperaturforskjell langs stigerørene.
Du bør spesifisere datainntastingsparametrene for temperatur - Kelvin / Celsius.
Hva er hydraulisk beregning
Dette er det tredje trinnet i prosessen med å lage et varmenettverk. Det er et beregningssystem som lar deg bestemme:
- diameter og gjennomstrømning av rør;
- lokale trykktap i områdene;
- krav til hydraulisk balansering;
- systemomfattende trykktap;
- optimal vannføring.
I henhold til de innhentede dataene utføres valget av pumper.
For sesongbasert bolig, i fravær av elektrisitet i den, er et varmesystem med naturlig sirkulasjon av kjølevæsken egnet (lenke til anmeldelse).
Hovedformålet med den hydrauliske beregningen er å sikre at de beregnede kostnadene for kretselementene er sammenfallende med de faktiske (drifts)kostnadene. Mengden kjølevæske som kommer inn i radiatorene bør skape en varmebalanse inne i huset, med hensyn til utetemperaturene og de som er satt av brukeren for hvert rom i henhold til dets funksjonelle formål (kjeller +5, soverom +18, etc.).
Komplekse oppgaver - kostnadsminimering:
- kapital - installasjon av rør med optimal diameter og kvalitet;
- operasjonell:
- avhengighet av energiforbruk på den hydrauliske motstanden til systemet;
- stabilitet og pålitelighet;
- lydløshet.
Å bytte ut den sentraliserte varmeforsyningsmodusen med en individuell modus forenkler beregningsmetoden
For autonom modus gjelder 4 metoder for hydraulisk beregning av varmesystemet:
- ved spesifikke tap (standard beregning av rørdiameter);
- med lengder redusert til en ekvivalent;
- i henhold til egenskapene til konduktivitet og motstand;
- sammenligning av dynamiske trykk.
De to første metodene brukes med konstant temperaturfall i nettverket.
De to siste vil bidra til å distribuere varmt vann til ringene i systemet dersom temperaturfallet i nettet ikke lenger samsvarer med fallet i stigerør/grener.
Oversikt over programmer for hydrauliske beregninger
Eksempelprogram for varmeberegning
Faktisk er enhver hydraulisk beregning av vannvarmesystemer en kompleks ingeniøroppgave. For å løse det er det utviklet en rekke programvarepakker som forenkler implementeringen av denne prosedyren.
Du kan prøve å lage en hydraulisk beregning av varmesystemet i Excel-skallet ved å bruke ferdige formler. Følgende problemer kan imidlertid oppstå:
- Stor feil. I de fleste tilfeller er ett-rør eller to-rør ordninger tatt som et eksempel på en hydraulisk beregning av et varmesystem. Å finne slike beregninger for samleren er problematisk;
- For å korrekt redegjøre for den hydrauliske motstanden til rørledningen, kreves referansedata, som ikke er tilgjengelige i skjemaet. De må søkes og legges inn i tillegg.
Gitt disse faktorene anbefaler eksperter å bruke programmer for beregning. De fleste av dem er betalt, men noen har en demoversjon med begrensede funksjoner.
Oventrop CO
Program for hydraulisk beregning
Det enkleste og mest forståelige programmet for hydraulisk beregning av varmeforsyningssystemet. Et intuitivt grensesnitt og fleksible innstillinger vil hjelpe deg raskt å håndtere nyansene ved dataregistrering. Mindre problemer kan oppstå under det første oppsettet av komplekset. Det vil være nødvendig å angi alle parametrene til systemet, fra rørmaterialet og slutter med plasseringen av varmeelementene.
Det er preget av fleksibilitet i innstillingene, muligheten til å gjøre en forenklet hydraulisk beregning av oppvarming både for et nytt varmeforsyningssystem og for å oppgradere et gammelt. Skiller seg fra analoger i et praktisk grafisk grensesnitt.
Install-Therm HCR
Programvarepakken er designet for profesjonell hydraulisk motstand til varmeforsyningssystemet. Gratisversjonen har mange begrensninger. Omfang - prosjektering av oppvarming i store offentlige og industribygg.
I praksis, for autonom varmeforsyning av private hus og leiligheter, utføres ikke alltid hydraulisk beregning. Dette kan imidlertid føre til en forringelse av driften av varmesystemet og den raske svikten av elementene - radiatorer, rør og en kjele. For å unngå dette, er det nødvendig å beregne systemparametrene i tide og sammenligne dem med de faktiske for å optimalisere oppvarmingsdriften ytterligere.
Et eksempel på en hydraulisk beregning av et varmesystem:
Verifikasjon hydraulisk beregning av gassrørledningen
Hensikten med beregningen: Kontroll av trykket ved innløpet til gassdistribusjonsstasjonen.
Opprinnelige data:
bord
|
Gjennomstrømning, qdag, millioner m3/dag |
8,4 |
|
Starttrykk av gassrørseksjonen, Рn , MPa |
2,0 |
|
Slutttrykk av gassrørseksjonen, Рк , MPa |
1,68 |
|
Lengde på gassrørseksjonen, L, km |
5,3 |
|
Diameter på gassrørseksjonen, dn x, mm |
530 x 11 |
|
Gjennomsnittlig årlig jordtemperatur i dybden av gassrørledningen, tgr, 0C |
11 |
|
Gasstemperatur ved begynnelsen av gassrørseksjonen, tn, 0C |
21 |
|
Varmeoverføringskoeffisient fra gass til jord, k, W / (m20С) |
1,5 |
|
Varmekapasitet til gass, jf. kcal/(kg°С) |
0,6 |
|
Gasssammensetning |
Tabell 1 — Sammensetning og hovedparametre for gasskomponenter i Orenburg-feltet
|
Komponent |
Kjemisk formel |
Konsentrasjon i brøkdeler av en enhet |
Molar masse, kg/kmol |
Kritisk temperatur, K |
Kritisk press, MPa |
Dynamisk viskositet, kgf s/m2x10-7 |
|
Metan |
CH4 |
0,927 |
16,043 |
190,5 |
4,49 |
10,3 |
|
Etan |
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 å utføre en hydraulisk beregning, beregner vi først hovedparametrene til gassblandingen.
Bestem molekylvekten til gassblandingen, M cm, kg / kmol
hvor а1, а2, аn — volumetrisk konsentrasjon, fraksjoner av enheter, ;
M1, M2, Mn er molmassene til komponentene, 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 tettheten til blandingen av gasser, s, kg / m3,
hvor M cm er molekylvekten, kg/mol;
22.414 er volumet på 1 kilomol (Avogadros tall), m3/kmol.
Vi bestemmer tettheten til gassblandingen i luft, D,
hvor er gasstettheten, kg/m3;
1,293 er tettheten til tørr luft, kg/m3.
Bestem den dynamiske viskositeten til gassblandingen, cm, kgf s/m2
hvor 1, 2, n, er den dynamiske viskositeten til gassblandingskomponentene, kgf s/m2, ;
Vi bestemmer de kritiske parameterne til gassblandingen, Tcr.cm. , TIL
hvor Тcr1, Тcr2, Тcrn — kritisk temperatur for gassblandingskomponenter, K, ;
hvor Pcr1, Pcr2, Pcrn er det kritiske trykket til blandingskomponentene, MPa, ;
Vi bestemmer gjennomsnittlig gasstrykk i gassrørseksjonen, Рav, MPa
der Рн er starttrykket i gassrørseksjonen, MPa;
Pk er slutttrykket i gassrørseksjonen, MPa.
Vi bestemmer den gjennomsnittlige gasstemperaturen langs lengden av den beregnede delen av gassrørledningen, tav, ° С,
hvor tn er gasstemperaturen ved begynnelsen av beregningsdelen, °C;
dn er den ytre diameteren til gassrørseksjonen, mm;
l er lengden på gassrørseksjonen, km;
qdag er gjennomstrømningskapasiteten til gassrørseksjonen, millioner m3/dag;
er den relative tettheten til gassen i luft;
Cp er varmekapasiteten til gassen, kcal/(kg°C);
k- koeffisient for varmeoverføring fra gass til jord, kcal/(m2h°С);
e er basisen til den naturlige logaritmen, e = 2,718.
Vi bestemmer den reduserte temperaturen og trykket til gassen, Tpr og Rpr,
hvor Rsr. og tsr. er gjennomsnittlig trykk og temperatur for gassen, henholdsvis MPa og K;
Rcr.cm og Tcr.cm. er det kritiske trykket og temperaturen til gassen, henholdsvis MPa og K.
Vi bestemmer gasskompressibilitetskoeffisienten i henhold til nomogrammet avhengig av Ppr og Tpr.
Z=0,9
For å bestemme gjennomstrømningskapasiteten til en gassrørledning eller dens seksjon i stabil tilstand av gasstransport, uten å ta hensyn til avlastningen av ruten, bruk formelen, q, millioner m3 / dag,
hvor din er den indre diameteren til gassrørledningen, mm;
Рн og Рк - henholdsvis start- og slutttrykk for gassrørseksjonen, kgf/cm2;
l er koeffisienten for hydraulisk motstand (tar hensyn til lokale motstander langs gassrørledningen: friksjon, kraner, overganger, etc.). Det er lov å ta 5 % høyere enn ltr;
D er den relative egenvekten til gassen i luft;
Тav er gjennomsnittlig gasstemperatur, K;
? — lengden på gassrørseksjonen, km;
W er gasskompressibilitetsfaktoren;
Fra formel (4.13) uttrykker vi Рк, , kgf/cm2,
Hydraulisk beregning utføres i følgende rekkefølge. Bestem Reynolds-tallet, Re,
hvor qdag er den daglige gjennomstrømningskapasiteten til gassrørseksjonen, millioner m3/dag;
din er den indre diameteren til gassrørledningen, mm;
er den relative tettheten til gassen;
— dynamisk viskositet av naturgass; kgf s/m2;
Siden Re >> 4000 er modusen for gassbevegelse gjennom rørledningen turbulent, kvadratisk sone.
Friksjonskoeffisienten for alle gassstrømningsregimer bestemmes av formelen, ltr ,
hvor EC er ekvivalent ruhet (høyde på fremspring som skaper motstand mot gassbevegelse), EC = 0,06 mm
Vi bestemmer koeffisienten for hydraulisk motstand til gassrørseksjonen, tar hensyn til dens gjennomsnittlige lokale motstand, l,
hvor E er koeffisienten for hydraulisk virkningsgrad, E = 0,95.
I henhold til formel (4.14) bestemmer vi trykket ved enden av gassrørseksjonen.
Konklusjon: Den oppnådde trykkverdien tilsvarer den operative ved den siste delen av gassrørledningen.
Beregning av hydraulikken til varmesystemet
Vi trenger data fra den termiske beregningen av lokalene og det aksonometriske diagrammet.
Trinn 1: tell rørdiameteren
Som innledende data brukes økonomisk begrunnede resultater av termisk beregning:
1a. Den optimale forskjellen mellom varm (tg) og avkjølt (til) kjølevæske for et to-rørssystem er 20º
1b. Kjølevæskestrømningshastighet G, kg/time — for ett-rørssystem.
2. Den optimale hastigheten til kjølevæsken er ν 0,3-0,7 m/s.
Jo mindre innvendig diameter på rørene, jo høyere hastighet. Når 0,6 m/s når bevegelsen av vann begynner å bli ledsaget av støy i systemet.
3. Beregnet varmestrømningshastighet - Q, W.
Uttrykker mengden varme (W, J) som overføres per sekund (tidsenhet τ):
Formel for beregning av varmestrømningshastigheten
4. Estimert tetthet av vann: ρ = 971,8 kg/m3 ved tav = 80 °С
5. Plott parametere:
- strømforbruk - 1 kW per 30 m³
- termisk kraftreserve - 20 %
- romvolum: 18 * 2,7 = 48,6 m³
- strømforbruk: 48,6 / 30 = 1,62 kW
- frostmargin: 1,62 * 20 % = 0,324 kW
- total effekt: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW
Vi finner den nærmeste Q-verdien i tabellen:
Vi får intervallet til den indre diameteren: 8-10 mm. Tomt: 3-4. Tomtelengde: 2,8 meter.
Trinn 2: beregning av lokale motstander
For å bestemme rørmaterialet, er det nødvendig å sammenligne indikatorene for deres hydrauliske motstand i alle deler av varmesystemet.
Motstandsfaktorer:
Rør for oppvarming
- i selve røret:
- ruhet;
- sted for innsnevring / utvidelse av diameteren;
- sving;
- lengde.
- i sammenhenger:
- tee;
- kuleventil;
- balanserende enheter.
Den beregnede seksjonen er et rør med konstant diameter med en konstant vannstrøm som tilsvarer designets varmebalanse i rommet.
For å bestemme tapene blir data tatt med i betraktning motstanden i kontrollventilene:
- rørlengde i designdelen / l, m;
- diameter på røret til den beregnede seksjonen / d, mm;
- antatt kjølevæskehastighet/u, m/s;
- kontrollventildata fra produsenten;
- referansedata:
- friksjonskoeffisient/λ;
- friksjonstap/∆Рl, Pa;
- beregnet væsketetthet/ρ = 971,8 kg/m3;
- produktspesifikasjoner:
- ekvivalent rørruhet/ke mm;
- rørveggtykkelse/dн×δ, mm.
For materialer med lignende ke-verdier, oppgir produsentene verdien av spesifikt trykktap R, Pa/m for hele utvalget av rør.
For uavhengig å bestemme de spesifikke friksjonstapene / R, Pa / m, er det nok å kjenne den ytre d av røret, veggtykkelse / dn × δ, mm og vannforsyningshastighet / W, m / s (eller vannstrøm / G , kg/t).
For å søke etter hydraulisk motstand / ΔP i en del av nettverket, erstatter vi dataene i Darcy-Weisbach-formelen:
Trinn 3: hydraulisk balansering
For å balansere trykkfallet trenger du avstengnings- og kontrollventiler.
- designbelastning (massestrømningshastigheten til kjølevæsken - vann eller lavfrysende væske for varmesystemer);
- data fra rørprodusenter om spesifikk dynamisk motstand / A, Pa / (kg / h) ²;
- tekniske egenskaper til beslag.
- antall lokale motstander i området.
Oppgave. utjevne hydrauliske tap i nettet.
I den hydrauliske beregningen for hver ventil er installasjonsegenskaper (montering, trykkfall, gjennomstrømning) spesifisert. I henhold til motstandsegenskapene bestemmes lekkasjekoeffisientene inn i hvert stigerør og deretter inn i hver enhet.
Fragment av fabrikkegenskapene til sommerfuglventilen
La oss velge metoden for motstandskarakteristikk S,Pa/(kg/h)² for beregninger.
Trykktap / ∆P, Pa er direkte proporsjonale med kvadratet av vannstrømmen i området / G, kg / h:
- ξpr er den reduserte koeffisienten for lokale seksjonsmotstander;
- A er det dynamiske spesifikke trykket, Pa/(kg/h)².
Det spesifikke trykket er det dynamiske trykket som oppstår ved en massestrøm på 1 kg/t kjølevæske i et rør med en gitt diameter (informasjon er gitt av produsenten).
Σξ er betegnelsen på koeffisientene for lokale motstander i seksjonen.
Redusert koeffisient:
Trinn 4: Fastsettelse av tap
Den hydrauliske motstanden i hovedsirkulasjonsringen er representert av summen av tapene til elementene:
- primærkrets/ΔPIk ;
- lokale systemer/ΔPm;
- varmegenerator/ΔPtg;
- varmeveksler/ΔPto.
Summen av verdiene gir oss den hydrauliske motstanden til systemet / ΔPco:
Hydraulisk beregning av intershop-gassrørledningen
Gjennomstrømningskapasiteten til gassrørledninger bør tas fra betingelsene for å skape, ved maksimalt tillatt gasstrykktap, det mest økonomiske og pålitelige systemet i drift, for å sikre stabiliteten til driften av hydrauliske frakturerings- og gasskontrollenheter (GRU), som samt drift av forbrukerbrennere i akseptable gasstrykkområder.
Estimerte indre diametre av gassrørledninger bestemmes basert på betingelsen for å sikre uavbrutt gassforsyning til alle forbrukere i timene med maksimalt gassforbruk.
Verdiene av det beregnede gasstrykktapet ved utforming av gassrørledninger av alle trykk for industribedrifter tas avhengig av gasstrykket ved tilkoblingspunktet, under hensyntagen til de tekniske egenskapene til gassutstyret som er akseptert for installasjon, sikkerhetsautomatiseringsanordninger og automatisk kontroll av det teknologiske regimet til termiske enheter.
Trykkfallet for medium- og høytrykksnettverk bestemmes av formelen
hvor Pn er det absolutte trykket ved begynnelsen av gassrørledningen, MPa;
Рк – absolutt trykk ved enden av gassrørledningen, MPa;
Р0 = 0,101325 MPa;
l er koeffisienten for hydraulisk friksjon;
l er den estimerte lengden av en gassrørledning med konstant diameter, m;
d er den indre diameteren til gassrørledningen, cm;
r0 – gasstetthet under normale forhold, kg/m3;
Q0 – gassforbruk, m3/t, under normale forhold;
For eksterne overjordiske og interne gassrørledninger bestemmes estimert lengde på gassrørledninger av formelen
hvor l1 er den faktiske lengden av gassrørledningen, m;
Sx er summen av koeffisientene til lokale motstander til gassrørseksjonen;
Når du utfører en hydraulisk beregning av gassrørledninger, bør den beregnede indre diameteren til gassrørledningen foreløpig bestemmes av formelen
hvor dp er den beregnede diameteren, cm;
A, B, t, t1 - koeffisienter bestemt av avhengig av nettverkskategorien (ved trykk) og materialet til gassrørledningen;
Q0 er den beregnede gassstrømningshastigheten, m3/h, under normale forhold;
DPr - spesifikt trykktap, MPa / m, bestemt av formelen
hvor DPdop – tillatt trykktap, MPa/m;
L er avstanden til det fjerneste punktet, m.
hvor R0 = 0,101325 MPa;
Pt - gjennomsnittlig gasstrykk (absolutt) i nettverket, MPa.
hvor Pn, Pk er henholdsvis start- og slutttrykket i nettverket, MPa.
Vi aksepterer en blindveisordning for gassforsyning. Vi utfører sporingen av høytrykksgassrørledningen mellom verksteder. Vi deler nettverket i separate seksjoner. Designskjemaet til intershop-gassrørledningen er vist i figur 1.1.
Vi bestemmer de spesifikke trykktapene for intershop-gassrørledninger:
Vi bestemmer foreløpig den beregnede indre diameteren i nettverksseksjonene:
Varmevekslere
Effektiv bruk av varme i roterende ovner er bare mulig når du installerer et system med varmevekslere i ovn og ovn. Varmevekslere i ovn.
fasadesystem
For å gi den rekonstruerte bygningen et moderne arkitektonisk utseende og radikalt øke nivået av termisk beskyttelse av ytterveggene, systemet med "årer.
teknohus
Denne stilen, som oppsto på 80-tallet av forrige århundre, som en slags ironisk respons på de lyse utsiktene for industrialisering og dominansen av teknologisk fremgang, forkynt i begynnelsen.
Hvordan jobbe i EXCEL
Bruken av Excel-tabeller er veldig praktisk, siden resultatene av den hydrauliske beregningen alltid reduseres til en tabellform. Det er nok å bestemme rekkefølgen av handlinger og forberede de nøyaktige formlene.
Legge inn innledende data
En celle velges og en verdi legges inn. All annen informasjon blir ganske enkelt tatt i betraktning.
- verdien av D15 beregnes på nytt i liter, slik at det er lettere å oppfatte strømningshastigheten;
- celle D16 - legg til formatering i henhold til betingelsen: "Hvis v ikke faller i området 0,25 ... 1,5 m / s, er bakgrunnen til cellen rød / skriften er hvit."
For rørledninger med høydeforskjell mellom innløp og utløp legges statisk trykk til resultatene: 1 kg / cm2 per 10 m.
Registrering av resultater
Forfatterens fargevalg har en funksjonell belastning:
- Lys turkise celler inneholder de originale dataene - de kan endres.
- Blekgrønne celler er inndatakonstanter eller data som er lite gjenstand for endringer.
- Gule celler er foreløpige hjelpeberegninger.
- Lysegule celler er resultatet av beregninger.
- Skrifter:
- blå - innledende data;
- svart - mellom-/ikke-hovedresultater;
- rød - de viktigste og endelige resultatene av den hydrauliske beregningen.
Resultater i Excel-regneark
Eksempel fra Alexander Vorobyov
Et eksempel på en enkel hydraulisk beregning i Excel for en horisontal rørledningsseksjon.
- rørlengde 100 meter;
- ø108 mm;
- veggtykkelse 4 mm.
Tabell over resultater av beregning av lokale motstander
Ved å komplisere trinnvise beregninger i Excel, mestrer du teorien bedre og sparer delvis på designarbeid. Takket være en kompetent tilnærming vil varmesystemet ditt bli optimalt med tanke på kostnader og varmeoverføring.
