Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Гидравлический расчёт трубопроводов водяных тепловых сетей выполняется в соответствии с СП 124.13330.2012 "Тепловые сети" (актуализированная редакция СНиП 41-02-2003, с Изменениями №1-5) и служит для определения диаметров теплопроводов, потерь давления на участках сети, а также для выбора характеристик сетевых насосов. По результатам расчёта строится пьезометрический график, обеспечивающий контроль давлений во всех точках системы при статическом и динамическом режимах работы.
Гидравлический расчёт решает следующие задачи:
-- определение диаметров трубопроводов по заданным расходам теплоносителя и располагаемому перепаду давлений (конструктивный расчёт); -- определение потерь давления (напора) на участках и в целом по сети; -- установление давлений и напоров в характерных точках сети; -- увязка давлений во всех точках системы при статическом и динамическом режимах для обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров; -- выбор характеристик сетевых, подпиточных и подкачивающих насосов.
По результатам гидравлического расчёта определяются расход металла (труб), выбираются компенсаторы, запорная арматура и схемы присоединения абонентских систем к тепловой сети.
Для выполнения гидравлического расчёта необходимы:
-- расчётная схема тепловой сети с длинами участков (по плану трассы); -- расчётные тепловые нагрузки потребителей (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение); -- расчётный температурный график теплоносителя (например, 150/70, 130/70, 95/70 °C); -- тип системы теплоснабжения (закрытая или открытая); -- способ прокладки (подземная канальная, бесканальная, надземная); -- материал и сортамент труб (стальные электросварные по ГОСТ 10704, предизолированные и др.).
Расчётный расход сетевой воды на участке тепловой сети определяется по тепловой нагрузке:
G = Q / (c · Δt), кг/с (или т/ч)
где Q -- тепловая нагрузка участка, кВт (или ккал/ч); c -- удельная теплоёмкость воды, 4,187 кДж/(кг·°C) (или 1 ккал/(кг·°C)); Δt = t1 - t2 -- расчётный перепад температур сетевой воды (подающая минус обратная), °C.
Суммарный расчётный расход воды в двухтрубных тепловых сетях закрытых систем теплоснабжения при качественном регулировании определяется как:
Gd = Gот + Gв + Gгвс, кг/с
где Gот -- расход на отопление; Gв -- расход на вентиляцию; Gгвс -- расход на горячее водоснабжение (средний или максимальный в зависимости от схемы присоединения).
Удельные линейные потери давления на трение определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:
Rл = λ / d · ρ · v2 / 2, Па/м
где λ -- коэффициент гидравлического трения (безразмерный); d -- внутренний диаметр трубы, м; ρ -- плотность теплоносителя, кг/м3 (для сетевой воды при средней температуре ~940 кг/м3); v -- скорость движения воды, м/с.
Режим течения в водяных тепловых сетях, как правило, соответствует квадратичной области (развитая турбулентность), при которой λ зависит только от относительной шероховатости. В этом случае используется формула Шифринсона:
λ = 0,11 · (kэ / d)0,25
где kэ -- эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб, мм.
Нормативные значения эквивалентной шероховатости:
ΔP = Rл · (l + lэкв), Па
или ΔP = Rл · l · (1 + α), Па
где l -- длина участка, м; lэкв -- эквивалентная длина местных сопротивлений, м; α -- доля местных потерь от линейных (обычно 0,3-0,6 в зависимости от диаметра и типа прокладки).
Диаметры теплопроводов подбираются по допустимым значениям удельных линейных потерь давления Rл на трение:
1. Задаются рекомендуемой удельной потерей давления Rл (например, 50 Па/м для магистрали). 2. По расходу G и выбранному Rл из номограммы или таблиц определяется ближайший стандартный диаметр трубы (dн × δ по ГОСТ 10704 или ГОСТ 8732). 3. Фиксируются фактические значения Rл и v для принятого диаметра. 4. Проверяется условие v ≤ 3,5 м/с. 5. Процедура повторяется для всех участков основной магистрали.
Потери давления в местных сопротивлениях (задвижки, повороты, тройники, компенсаторы, переходы) учитываются через эквивалентную длину или через коэффициент α.
lэкв = Σ(ζi · d / λ), м
где ζi -- коэффициент местного сопротивления i-го элемента; d -- внутренний диаметр, м; λ -- коэффициент трения.
На предварительном этапе расчёта, когда состав местных сопротивлений ещё не определён, допускается принимать долю местных потерь от линейных:
После определения диаметров основной магистрали выполняется подбор диаметров ответвлений из условия увязки потерь давления: потери в ответвлении должны быть равны располагаемому перепаду давлений в точке ответвления.
ΔPотв = ΔPрасп = ΣΔPмаг (от точки ответвления до концевого потребителя основной магистрали)
Допустимая невязка -- не более ±10%. При невозможности увязки за счёт подбора диаметра устанавливают дроссельные устройства (дроссельные шайбы, регуляторы давления) для гашения избыточного напора.
Пьезометрический график -- графическое отображение давлений (напоров) в подающем и обратном трубопроводах по всей длине тепловой сети. Строится в координатах: по горизонтали -- расстояние от источника, по вертикали -- абсолютный напор (геодезическая отметка + пьезометрическая высота).
По графику контролируются:
-- располагаемый перепад давлений (напоров) на каждом абонентском вводе; -- невскипание теплоносителя в подающем трубопроводе (давление выше давления насыщения при данной температуре); -- допустимое давление в обратном трубопроводе (не выше допустимого для абонентских систем); -- заполнение системы в статическом режиме (линия статического давления выше верхних точек); -- положение нейтральной точки.
Требуемый напор сетевого насоса определяется суммой потерь давления по всему циркуляционному кольцу:
Hн = ΔPпод + ΔPобр + ΔPист + ΔPаб
где ΔPпод -- потери давления в подающем трубопроводе, м вод. ст.; ΔPобр -- потери в обратном трубопроводе; ΔPист -- потери в оборудовании источника теплоты (бойлеры, подогреватели); ΔPаб -- потери на абонентском вводе наиболее удалённого потребителя.
Qн = Gd / ρ, м3/ч
где Gd -- суммарный расчётный расход сетевой воды, кг/ч; ρ -- плотность воды при средней температуре, кг/м3.
Количество рабочих сетевых насосов принимается не менее двух. Резервный насос предусматривается для каждой группы. Рабочие насосы подбираются таким образом, чтобы при выходе из строя одного из них оставшиеся обеспечивали не менее 70% расчётного расхода.
Дано: Участок магистральной тепловой сети. Тепловая нагрузка участка: Q = 8 000 кВт. Температурный график: 130/70 °C (Δt = 60 °C). Длина участка: l = 400 м. Тип прокладки: подземная канальная. Трубы: стальные электросварные по ГОСТ 10704, kэ = 0,5 мм.
G = Q / (c · Δt) = 8 000 / (4,187 · 60) = 8 000 / 251,2 = 31,8 кг/с = 114,6 т/ч
Задаёмся Rл = 50 Па/м (рекомендуемое для магистрали).
По номограмме для G = 114,6 т/ч и Rл = 50 Па/м определяем: dн × δ = 219 × 6 мм (Ду200), dвн = 207 мм.
Скорость: v = G / (ρ · A) = 31,8 / (940 · 0,0337) = 31,8 / 31,7 ≈ 1,0 м/с.
Фактические удельные потери: Rл ≈ 56 Па/м (в пределах рекомендуемого диапазона 30-80 Па/м).
Проверка: v = 1,0 м/с < 3,5 м/с -- условие выполнено.
Коэффициент местных сопротивлений для канальной прокладки Ду200: α = 0,3.
ΔP = Rл · l · (1 + α) = 56 · 400 · (1 + 0,3) = 56 · 400 · 1,3 = 29 120 Па ≈ 29,1 кПа
Потери напора: ΔH = ΔP / (ρ · g) = 29 120 / (940 · 9,81) = 29 120 / 9 221 = 3,16 м вод. ст.
Это потери в одном (подающем) трубопроводе. Для циркуляционного кольца потери удваиваются: ΔHцирк = 2 · 3,16 = 6,32 м вод. ст.
Для магистральных теплопроводов рекомендуемые удельные линейные потери давления на трение составляют 30-80 Па/м. Для квартальных (распределительных) сетей допускается до 100-300 Па/м. Конкретное значение выбирается на основе технико-экономического обоснования: меньшие Rл означают больший диаметр труб (выше капитальные затраты), но меньшие эксплуатационные расходы на электроэнергию для насосов.
Пьезометрический график -- графическое представление напоров (давлений) в подающем и обратном трубопроводах по длине тепловой сети. Он позволяет визуально контролировать: достаточность напора на каждом абонентском вводе, невскипание теплоносителя в подающем трубопроводе, соблюдение допустимых давлений для оборудования абонентов, заполнение всех верхних точек системы при статическом режиме, а также определить необходимость подкачивающих насосов.
Для новых стальных труб водяных тепловых сетей эквивалентная шероховатость принимается kэ = 0,5 мм. Для труб после длительной эксплуатации kэ возрастает до 1,0-2,0 мм из-за отложений, коррозии и зарастания. При поверочном расчёте существующих сетей kэ определяется по результатам гидравлических испытаний.
Местные сопротивления (задвижки, тройники, повороты, компенсаторы) учитываются двумя способами: методом эквивалентных длин (при известном составе арматуры) или через коэффициент α (отношение местных потерь к линейным). Коэффициент α принимается 0,3-0,6 в зависимости от диаметра и типа прокладки. На предварительном этапе используют коэффициент α, на окончательном -- метод эквивалентных длин.
Согласно СП 124.13330.2012, скорость движения теплоносителя в трубопроводах водяных тепловых сетей не должна превышать 3,5 м/с. На практике в магистральных сетях скорость составляет 1,0-2,5 м/с, в квартальных -- 0,5-1,5 м/с. Превышение допустимой скорости приводит к повышенному шуму, вибрации, эрозии и ускоренному износу арматуры.
Нейтральная точка -- точка в тепловой сети, давление в которой остаётся постоянным при изменении расхода теплоносителя. Обычно она совмещается с местом подключения подпиточного трубопровода. Все пьезометрические линии при различных режимах проходят через эту точку, что обеспечивает стабильность давлений. Положение нейтральной точки определяется при построении пьезометрического графика.
Напор сетевого насоса определяется как сумма потерь давления во всём циркуляционном кольце: потери в подающем и обратном трубопроводах основной магистрали, потери на оборудовании источника теплоты (водогрейный котёл или сетевой подогреватель), потери на абонентском вводе наиболее удалённого потребителя. К полученному значению добавляется запас 10-15% на неучтённые сопротивления.
Наиболее распространённые специализированные программные комплексы: ZuluThermo (ГИС Zulu) -- расчёт тепловых сетей с построением пьезометрических графиков в среде ГИС; СТАРТ (НТП "Трубопровод") -- расчёт прочности, теплового и гидравлического режимов; ТеплоГрафик -- построение режимных карт и пьезометрических графиков. Также используются модули гидравлического расчёта в составе САПР (AutoCAD, nanoCAD) и расчёты в электронных таблицах по формулам СП 124.13330.
Для предотвращения вскипания давление в любой точке подающего трубопровода должно быть выше давления насыщенного водяного пара при данной температуре. Это обеспечивается правильным выбором напора сетевых насосов и проверяется по пьезометрическому графику. Критические точки -- верхние точки профиля трассы, точки после дроссельных шайб и задвижек. Для температуры 150 °C давление насыщения составляет 0,476 МПа, для 130 °C -- 0,270 МПа.
Отказ от ответственности. Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и образовательный характер. Представленная информация предназначена для общего понимания методов гидравлического расчёта тепловых сетей и не заменяет проектную документацию, разработанную квалифицированными инженерами. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия использования данных материалов. Все проектные решения должны приниматься в соответствии с действующими нормативными документами лицензированными проектными организациями.
1. СП 124.13330.2012 Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003 (с Изменениями №1-5). 2. СП 30.13330.2020 Внутренний водопровод и канализация зданий и сооружений. 3. ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент (с Изменениями №1-3). 4. ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент (с Изменениями №1, 2). 5. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. -- М.: Издательство МЭИ. 6. Громов Н.К. Городские теплофикационные системы. -- М.: Энергия. 7. Водянников В.Т. Справочник по теплоснабжению. -- М.: Стройиздат. 8. Шубин Е.П. Основные вопросы проектирования систем теплоснабжения городов. -- М.: Энергия.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.