Эффекторы

Нижегородский государственный архитектурно строительный университет Кафедра гидравлики

Контрольная работа

" Гидравлический расчет двухтрубной гравитационной системы водяного отопления"

Проверил В. В. Жизняков Выполнил Рябов С.С.

г. Нижний Новгород 2012 год

• Введение
• 1. Расчетные данные
• 2. Гидравлический расчет
• 2.1 Расчет 1 кольца
• 2.2 Определение располагаемого давления
• 2.3 Определение расхода теплоносителя
• 2.4 Определение диаметров трубопроводов
• 2.5 Определение ближайших стандартных диаметров труб ([3] с. 199)
• 2.6 Определение режима движения жидкости
• 2.7 Определение потерь давления на участках
• 2.8 Определение общих потерь давления в первом кольце
• 2.9 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце
• 3. Расчет 2 кольца
• 3.1 Определение располагаемого давления P_P2
• 3.2 Определение расхода теплоносителя
• 3.3 Определение диаметров трубопровода
• 3.4 Определение ближайших стандартных диаметров труб:
• 3.5 Определение режима движения жидкости
• 3.6 Определение потерь давления на участках
• 3.7 Определение общих потерь давления в первом кольце
• 3.8 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце
• 3.9 Расчет диаметра диафрагмы
• Литература

Система водоснабжения — это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, очистки, хранения и подачи ее потребителю по разводящей водопроводной цепи.

Целью выполняемой работы является практическое использование теоретических знаний для гидравлического расчета отопительной системы здания.

В качестве расчетной системы отопления здания предусмотрена двухтрубная гравитационная система водяного отопления с верхней разводкой. В двухтрубных системах отопления горячая вода проходит через параллельно присоединенные к подающим трубопроводам отопительные приборы, и постепенно охлаждаясь в них, возвращается в котел по самостоятельной линии. При верхней разводке магистральный распределительный трубопровод прокладывается выше нагревательных приборов.

1. Расчетные данные

Схема двухтрубной отопительной системы с указанием длин участков трубопроводов и размещения отопительных приборов (рис.1).

Температура горячей воды t_г = 93 ^?С.

Температура охлажденной воды t_o = 73^?С.

Тепловые нагрузки на приборы: q₁ = 4800 Ватт, q₂ = 7500 Ватт.

Рис. 1. Схема двухтрубной отопительной системы

2. Гидравлический расчет

Теплоноситель в системе может циркулировать по двум возможным путям (кольцам):

1 кольцо: К-1−2-3−4-5−6-7−8-9-К

2 кольцо: К-1−2-3−10−11−12−7-8−9-10-К

2.1 Расчет 1 кольца

В первом кольце можно выделить два участка с тепловой нагрузкой на два прибора

1. q₁ + q₂К-1−2-3…7−8-9-К

Длина участка: l₁ = 49,9 м

q₁3−4-5−6-7

Длина участка: l₂ = 4,2 м

2.2 Определение располагаемого давления

P_P1 = g*h₁* (с_o-с_г) + ?P, Па (1)

где h₁ — расстояние от центра котла до центра нагревательного прибора (h₁=2,6 м);

с_o — 976,036 кг/м³ ([1], с.10);

с_г — 963,285 ([1], с.10);

?P — дополнительное давление за счет охлаждения теплоносителя в магистралях и стояках ([2] с.217)

Принимаем ?P = 150 Па.

Р_Р1 = 9,8*2,6* (976,036−963,285) +150 = 474,89 Па

2.3 Определение расхода теплоносителя

Q₁= (q₁+q₂) / (c* (t_o-t_г) *1000*p_ср), м³/с (2.1)

Q₁= q₁/ (c* (t_o-t_г) *1000*p_ср), м³/с (2.2)

где q_1, q_{2 -} тепловые нагрузки;

с — удельная теплоемкость воды (с = 4,2 кДж/K);

q_ср= (q_о-q_г) /2 = (976,036−963,285) /2 = 969,661 кг/м³.

Q₁= (4800+7500) / (4.2* (93−73) *1000*969,661) = 0,15 м³/с

Q₂=4800/ (4,2* (93−73) *1000*969,661) = 0,6 м³/с

2.4 Определение диаметров трубопроводов

(3)

V_{доп -} допускаемая скорость движения теплоносителей

V_доп 0,2 м/c

d₁ = (4Q₁/рv_доп) ^0,5 = (4*0,15/3,14*0,15) ^0,5 = 0,035 = 35 мм

d₂ = (4Q₂/рv_доп) ^0,5 = (4*0,6/3,14*0,15) ^0,5 = 0,023 = 23 мм

гидравлический расчет отопление водяное

2.5 Определение ближайших стандартных диаметров труб ([3] с. 199)

d_1ст=32 мм

d_2ст=25 мм

Определяем действительные скорости:

v = 4Q/рd_{ст²?0,2, м/с (4)}

v₁ = (4*0,15) / (3,14*0,032²) = 0,19 м/с? 0,2 м/с;

v₂ = (4*0,6) / (3,14*0,025²) = 0,12 м/с? 0,2 м/с.

2.6 Определение режима движения жидкости

Re = (v*d) /v, (5)

где н — коэффициент кинематической вязкости

для t_ср =83 ^?С н = 0,353· 10^-6 м²/c ([4] с.9)

Re = (0, 19*0,032) /0,353*10^-6 = 17 223 > Re_кр = 2320 — турбулентный режим движения;

Re = (0,12*0,025) /0,353*10^-6 = 8499 > Re_кр = 2320 — турбулентный режим движения

Для турбулентного режима движения жидкости

л = 0,11* (k_э/d+68/Re) ^0.25 (6)

где k_э — эквивалентная шероховатость оцинкованных стальных труб, бывших в эксплуатации.

Принимаем k_э = 0,5 мм

л₁ = 0,11* (0,5/32+68/17 223) ^0,25 = 0,041

л₂ = 0,11* (0,5/25+68/9065) ^0,25 = 0,046

2.7 Определение потерь давления на участках

1. Линейные P_l = л* (l/d) * (v²/2) *q_ср, Па (7)

Местные P_j = ?ж* (v²/2) *q_ср, Па (8)

Линейные потери на участках 1 и 2 составят:

P_l1 = 0,041* (49,9/0,032) * (0, 19²/2) *969,661 = 1119 Па

P_l2 = 0,046* (4,2/0,020) * (0,16²/2) *969,661 = 120 Па

Местное сопротивление на участке 1 при диаметре d1=32 мм ([1] c.340):

1. котел стальной о = 2

тройник на повороте в т.1,2,8,9 о = 1,5*4=6

вентиль с косым шпинделем на участке на участках:

2−3, 7−8, 8−9, 9-К о = 2,5*4=10

?о = 18

P_j1 = 18* (0, 19²/2) *969,661 = 315 Па

Местное сопротивление на участке 2 при диаметре d2=20 мм:

1. тройник на проходе в т.3 о = 1

отвод под углом 90^? в т.4 о = 1,5

кран двойной регулировки в т.5 о = 2

отопительный прибор П1 (радиатор двухколонный) о = 2

тройник на проходе в т.7 о = 1, ?о = 7,5

P_j2 = 7,5* (0,16²/2) *969,661 = 87 Па

2.8 Определение общих потерь давления в первом кольце

P_l = P_l1+P_l2+P_j1+P_j2, Па (9)

P_l = 1119+120+315+87 = 1641 Па

2.9 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце

(P_l1-P_l) /P_l1*100% = 10−15% (10)

(1119−1641) /1119*100% = 46,6%> (10−15) %

Т.к. невязка больше допустимой (50.3%), то для уменьшения потерь давления увеличиваем диаметры труб. Для нашей системы отопления поменяем диаметр труб на участке 1 и произведем гидравлический расчет п. 1.3−1.8 при измененном диаметре труб.

Для этого на участке 1−2 возьмем промежуточную точку, А и сделаем гидравлический расчет при диаметре труб d=32 мм на участке К-1-A и d=40 мм на участке А-3 и 7-К

Результаты гидравлического расчета первого кольца сводим в таблицу 1.

Таблица 1 (1 часть)

Таблица расчета системы водяного отопления

Определяем невязку между располагаемым давлением и потерями давления в кольце по формуле (10):

3. Расчет 2 кольца

II кольцо имеет общие с первым кольцом участки: К-1−2-3…7−8-9-К

Диаметры этих участков мы уже рассчитали, поэтому необходимо определить диаметры только на участке 3:

3−10−11−12−7

Длина участка 3 l₃ = 4,3 м

3.1 Определение располагаемого давления P_P2

по формуле (1):

P_P2 = 9,8*5,2* (976,036−963,285) +150 = 799,79 Па

3.2 Определение расхода теплоносителя

по формуле (2.2):

Q₃ = 7500/ (4.2* (93−73) *1000*969,661) = 0,9 м³/с

3.3 Определение диаметров трубопровода

по формуле (3):

d₃ = (4Q₃/рv_доп) ^0,5 = (4*0,9/3,14*0,15) ^0,5 = 0,027 = 27 мм

3.4 Определение ближайших стандартных диаметров труб:

d_3ст=25 мм

Определяем действительные скорости по формуле (4):

v = (4*0,9) / (3,14*0,025²) = 0,18 м/с

3.5 Определение режима движения жидкости

по формуле (5):

Re₃ = (0,18*0,025) /0,353*10^-6 = 12 747 > Re_кр = 2320 — турбулентный режим движения

Для турбулентного режима движения жидкости по формуле (6):

л₁ = 0,11* (0,5/25+68/17 747) ^0,25 = 0,043

3.6 Определение потерь давления на участках

Линейные потери, определяемые по формуле (7) на участке 3 составят:

P_l3 = 0,043* (4,3/0,025) * (0,18²/2) *969,661 = 116 Па

Местное сопротивление на участке 3 ([1] c.340):

1. тройник на повороте в т.3 о = 1,5

кран двойной регулировки в т.10 о = 2, отопительный прибор П2 (радиатор двухколонный) о = 2, отвод под углом 90^? в т.12 о = 1, тройник на проходе в т.7

о = 1, ?о=7,5

Определяем потери на местном сопротивлении по формуле (8):

P_j2 = 7,5* (0,18²/2) *969,661 = 118 Па

3.7 Определение общих потерь давления в первом кольце

по формуле (9):

3.8 Определение невязки между располагаемым давлением и потерями давления в кольце

по формуле (10):

Т.к. невязка больше допустимой (20,7%), то для увеличения потерь давления уменьшаем диаметры труб. Меняем d_3ст и принимаем равным d_3ст =20 мм.

Определяем действительные скорости по формуле (4):

Т.к. скорость движения теплоносителя V ₃ превышает допустимую (V _доп=0,2 м/с), то для погашения излишнего давления вводят дополнительное сопротивление в виде диафрагмы.

3.9 Расчет диаметра диафрагмы

Определяем излишнее давление:

, Па (11)

Т.к. диафрагма является местным сопротивлениями для движущегося теплоносителя потери давления в ней определяются по формуле (8):

Тогда

(12)

По найденному значению коэффициента диафрагмы находим отношение

([5] с. 205):

Отсюда диаметр диафрагмы равен:

, мм (13)

[1] Справочник проектировщика под редакцией И. Г. Староверова. Внутренние санитарно-технические устройства, ч. I Отопление, водопровод, канализация. Стройиздат, М., 1976

[2] Белоусов В. В., Михайлов Ф. С. Основы проектирования систем центрального отопления. М., 1962

[3] Справочник по теплоснабжению и вентиляции, ч. I, издательство «Будивельник», Киев, 1976.

[4] Альтшуль А. Д., Животовский А. С., Иванов П. С. Гидравлика и аэродинамика. М., 1987

[5] Рабинович Е. З. Гидравлика, 1963 год.