Материал: Теплогазоснабжение населения и предприятий. учебное пособие для студентов бакалавриата и магистрантов. Мелькумов В.Н., Чуйкин С.В

12.Тепловой расчет сети

12.1.Выбор толщины теплоизоляционного слоя

На участке теплотрассы, для которой построен продольный профиль, необходимо выбрать толщину тепловой изоляции подающего и обратного трубопроводов по заданной норме тепловых потерь. Полное термическое сопротивление, м С/Вт, с учетом покровного слоя, определяется по формуле

где ср – среднегодовая температура теплоносителя при температурном графике 150/70 °С для подающей магистрали 1ср = 90 °С, для обратной 2ср = 50 °С;

t0 – расчетная температура окружающей среды: для подземной прокладки в непроходимых каналах или бесканально – средняя за год температура почвы на глубине заложения оси трубопровода, °С;

qн – норма тепловых потерь, Вт.

При других температурных графиках (не соответствующих графику 150/70 °С) среднегодовая температура теплоносителя можно вычислить из выражения

ср ( 1 п1 2 п2 ...)/(п1 п2 ...),

где 2 – температура воды всети по графикутемпературы, °С;

n1, n2 – число часов работы тепловой сети при соответствующих температурах теплоносителя.

Термическое сопротивление основного слоя изоляции, м2 С/Вт, определяют как разность

Rиз = Rп – Rип,

где

где из – коэффициент теплопроводности изоляции, при температуре теплоносители до 150 °С можно принимать не более 0,14 Вт/(м С);

Rнп 1/( 2 dиз ) – термическое сопротивление на наружной поверхности изоляции (при прокладке в непроходных каналах).

При бесканальной прокладке термическое сопротивление на наружной поверхности изоляции определяется по выражению

здесь 2 = 8,1 Вт/(м2 °С) – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности

изоляции; dиз = dн +2 из – наружный диаметр изоляции, м; dн – наружный диаметр трубы, м;

h – глубина заложения оси трубопровода, м;

36

гр – коэффициент теплопроводности грунта, принимают для влажного грунта – 1,7 Вт/(м °С), средней влажности – 1,16 Вт/(м °С), сухого – 0,58 Вт/(м °С).

Необходимо предварительно задаться толщиной изоляции и определить Rнп и Rиз. Тогда толщина основного изоляционного слоя, м

Это значение, dиз, можно получить по номограмме [4, рис. 16]. Полученное значение dиз сравнивается с предварительно принятым значением, и если расхождение более 5 %, то делается второе приближение. Толщина теплоизоляционной конструкции для водяных сетей в непроходных каналах (включая покровный слой) не должна превышать предельной величины [3].

Таблица 1.2 Зависимость толщины теплоизоляционной конструкции от диаметра

Примечание: предельная толщина теплоизоляционной конструкции при бесканальной прокладке не нормируется.

12.2. Определение тепловых потерь в непроходном канале

Выбрав толщину изоляции, определяют тепловые потери. Эквивалентный диаметр канала, м, определяется как:

dэ = Р / ,

где Р – периметр канала, м.

Термическое сопротивление подающего и обратного трубопроводов, м С/Вт, определяется по формулам соответственно

где dи1, dи2, dн – наружные диаметры изоляции и трубопровода, м.

Суммарное термическое сопротивление внутренней поверхности канала, стенки канала и грунта

где dэв, dэн – эквивалентные диаметры по внутренним и наружным размерам канала, м;

37

к – коэффициент теплопроводности стенки канала (можно принимать равным 1,2 Вт/м °С), температура воздуха в канале, С

1 2 tгр

где 1, 2, tгр – среднегодовые температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах сети и грунта, С.

Удельные потери подающего и обратного трубопровода, Вт/м

Суммарные удельные потери тепла, Вт/м

q = q1 + q2. (1.74)

Полученные значения удельных потерь тепла q1 и q2 не должны превышать нормативных по [4].

12.3. Определение тепловых потерь при бесканальной прокладке

где dи1 и dи2 – наружные диаметры изоляции, м.

Условное термическое сопротивление, м С/Вт, определяется по формуле

где b – горизонтальное расстояние между осями труб, м.

Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов, Вт/м, определяются по формулам

Суммарные удельные потери, Вт/м, определяются по формуле

q = q1 + q2. (1.80)

Полученные значения удельных потерь тепла q1 и q2 не должны превышать нормативных по [4].

38

Контрольные вопросы

1.Опишите алгоритм расчета тепловой изоляции систем теплоснабжения.

2.Представьте зависимости, определяющие термическое сопротивление подающего и обратного трубопроводов.

3.Представьте уравнения для расчета удельных тепловых потерь.

4.Как определить толщину основного изоляционного слоя?

13.Механические расчеты тепловой сети

13.1. Расчет и выбор П-образного компенсатора

Пусть заданы геометрические размеры компенсатора: вылет – Н и ширина – В, см. Определить максимальные изгибающие напряжения на спинке, кг/см2, по формулам:

– для гнутых колен (радиусом R = 4 dy)

– для жестких сварных колец (R = 0)

где = ( 1 – tм) l – тепловые удлинения трубопровода, см;= 12 10-6 – коэффициент линейного расширения, 1/°С;1 – расчетная температура теплоносителя, °С;

tм – температура воздуха при монтаже (принимается равной расчетной наружной температуре для отопления, tм = tро), С;

l – расстояние между неподвижными опорами, см; E = 2 106 – модуль упругости стали, кг/см2;

dн – наружный диаметр трубы, см;

m – коэффициент концентрации напряжений для гнутых отводов, определяется по формуле

где при h 1, K = h/1,65 – коэффициент понижения жесткости гнутых отводов; h R /rср2 – коэффициент трубы (R – радиус отвода), – толщина стенки трубы,

r (dн )/2 – средний радиус трубы; A 1/К 3,14 R H2 2,28 R2 H 1,4 R3

0,67 H3 B H2 4 R H2 2 R2 H 1,33 R3

Для жестких сварных отводов (R = 0) имеем А = 0,67 Н3 + В Н2 , см3;

– для гнутых компенсаторов

Pк l E У ;

A

39

– для сварных компенсаторов:

Pк l E У ,

A

где У = 0,05 (d4н – d4в ) – момент инерции трубы, см4; РК – сила упругой деформации.

Для уменьшения изгибающего компенсационного напряжения в рабочем состоянии трубопровода, для участков с гибкими компенсаторами, производят предварительную растяжку трубопровода в холодном состоянии при монтаже (обычно на 0,5 ). При расчетах на компенсацию учитывают не полное, а расчетное тепловое удлинение путем введения коэффициента , учитывающего величину предварительной растяжки компенсатора, возможную неточность расчета и релаксацию компенсационных напряжений, см

где = 0,5 – учет предварительной растяжки компенсатора.

Для облегчения трудоемких расчетов на компенсацию тепловых удлинений участков трубопроводов с П-образными компенсаторами построены номограммы, в которых вылет компенсатора Н и сила упругой деформации РК определяются в зависимости от величины расчетного теплового удлинения хн и размера спинки компенсатора В [4].

Эти номограммы построены для различных диаметров, при условии равенства прилегающих свободных плеч, учитываемых в расчетах по обе стороны компенсатора (lп = 40 dу), допустимое изгибающее напряжение на спинке компенсатора ( ) = 1100 кг/см2.

Определяя хн и задаваясь длиной спинки В, находят Н и Рк, имеющую минимальное значение. Если заданы габариты компенсатора, по номограмме находят его расчетную компенсирующую способность хн и по ней определяют полное тепловое удлинение, которое может скомпенсировать компенсатор заданных габаритов. Как правило, П-образные компенсаторы применяются при подземной прокладке тепловых сетей для диаметров труб dн 273 мм.

13.2.Расчет участка естественной компенсации

Впроекте должна использоваться угловая (естественная) компенсация температурных удлинений, если угол, образуемый трубами, не превышает 130°. Расчет Г-образного компенсатора заключается в определении максимального изгибающего напряжения, силы упругой деформации и боковых смещений сторон трубопровода.

Максимальное изгибающее напряжение на участке с угловой конфигурацией, кг/см2, возникает в заделке короткого плеча, и определяется по формуле