Гидравлический режим тепловых сетей

 

Гидравлический режим тепловых сетей оказывает решающее значение на качество теплоснабжения потребителей теплоты. В свою очередь гидравлический режим в основном зависит: от характеристики сетевых насосов, установленных в источнике теплоснабжения; от профиля местности, на которой проложены тепловые сети; пропускной способности тепловых сетей
и качества их эксплуатации и ремонта. При движении сетевая вода соприкасается со стенками теплопроводов и под влиянием трения слои воды, соприкасающиеся со стенками теплопроводов, имеют меньшую скорость движения по сравнению со слоями воды, движущимися в центре потока теплопроводов. Когда скорость движения воды в теплопроводах невелика, то это движение будет относительно равномерным по всему сечению теплопроводов. Такое движение воды
называется ламинарным. При больших скоростях возникают завихрения движения воды, которое называется турбулентным. Поэтому как осуществляется движение сетевой воды в теплопроводах, судят о потере напора. При турбулентном движении увеличивается потеря напора и усложняется распределение скоростей потока воды и напора (давления).

Рассмотрим соотношение между скоростями движения воды в теплопроводах и давлением.
На определенных участках к теплопроводу присоединены вертикальные трубки для измерения давления (напора). Если сетевой насос не будет работать, то вода по закону сообщающихся сосудов во всех трубках будет на одном уровне. Высота столба воды, находящейся в покое, будет указывать статистическое давление. Но как только включится в работу сетевой насос, сетевая вода в теплопроводах придет в движение. В подающем теплопроводе по ходу движения сетевой воды после сетевого насоса создается определенный напор. Измеряется напор в метрах водяного столба (м. вод. ст.). При этом 10 м. вод. ст. соответствует давлению 0,1 МПа (1 кгс/см2).

На прямолинейном участке теплопровода, где сечение его одинаковое, уровень воды в трубках будет постепенно и равномерно уменьшаться по направлению движения воды. На данном участке теплопровода одинаковое сечение и, следовательно, отсутствуют существенные сопротивления движению сетевой воде в теплопроводе. Вода перемещается с постоянной скоростью и равномерным падением напора. Потери напора на этом участке возникают из-за трения потока воды о стенки теплопровода. Эти потери будут называться линейными. Резкие сужения или расширения труб, повороты труб, установленные задвижки, вентили, компенсаторы и т.д. создают на пути движения потока воды дополнительные сопротивления, которые называются местными потерями.

При резком сужение теплопровода скорость потока воды увеличивается, а напор будет резко падать. При расширении теплопровода скорость потока уменьшается, а напор увеличивается. На П-образном компенсаторе происходит падения напора. Если увеличить напор (т.е. установить насос в источнике теплоснабжения с большим напором) скорость движения воды в теплопроводах увеличится, возникнет большое сопротивление движению потока воды, а, следовательно, падение напора тоже будет резко падать. Чем чище внутренняя поверхность теплопроводов, тем меньше сопротивление при движении в них потока воды. Это обстоятельство учитывают, когда планируют на летний период промывку тепловых сетей. Следует отметить еще одно немаловажное обстоятельство. В местах разветвлений тепловых сетей поток воды в большем количестве устремится в теплопроводы с большим диаметром, чем в ответвления с малыми диаметрами.

Расчет гидравлического режима тепловых сетей ставит своей целью следующие задачи: а) давление в подающем и обратном теплопроводах должно обеспечивать надежную работу всех систем отопления потребителей теплоты (для элеваторных присоединений разность давлений между подающим и обратным теплопроводами перед элеватором должно быть не менее 15 м вод. ст.); б) давление в тепловой сети не должно превышать допустимого давления для работы систем отопления потребителей теплоты; в) давление во всех точках сети и в системах отопления не должно быть ниже атмосферного во избежание поступления воздуха в теплопроводы и системы отопления зданий; г) давление в теплопроводах или в какой-либо точке системы отопления, где температура сетевой воды выше 100 °С, не должно быть ниже давления парообразования во избежание гидравлических ударов и связанными с ним разрушениями систем отопления.

При регулировке гидравлического режима необходимо, чтобы как можно меньше терялся напор, развиваемый сетевыми насосами источника теплоснабжения, и как можно больше был избыток этого напора на вводах потребителей теплоты. При этом будут устойчивее работать тепловые сети и системы отопления. Поглощение избыточного напора на вводе потребителя теплоты достигается путем правильного расчета диаметра сопл и подбора элеваторов.

Для производства расчета гидравлического режима тепловых сетей необходимо иметь: а) схему тепловых сетей с указанием длин, арматуры, компенсаторов и фасонных частей; б) данные о расчетных расходах теплоты и сетевой воды на отдельных участках тепловых сетей; в) стандартный температурный график.

Нередко к существующим тепловым сетям присоединяют вновь построенные здания со своими системами отопления и иногда это осуществляется без проекта, даже без предварительного расчета гидравлического режима. При этом следует иметь в виду, что существует квадратичная зависимость расхода от напора. Так, например, при увеличении расхода сетевой воды по тепловой сети необходимо увеличить напор в 4 раза. Увеличивая напор в 2 раза, расход увеличивается в 1,4 раза. При уменьшении диаметра теплопроводов тепловых сетей в 2 раза, падение напора возрастает в 25,25 раз или почти в 26 раз. Существующие тепловые сети очень часто рассчитаны только для работы существующих потребителей теплоты и поэтому дополнительное подключение новых потребителей теплоты может нарушить гидравлический режим работы тепловых сетей и систем отопления всех отапливаемых зданий жилого района. Вместе с этим резко ухудшится теплоснабжение жилых зданий этого района.