Содержание
Введение
1. Тепловые нагрузки на отоплениезданий
2. Гидравлический расчеттрубопроводов тепловых сетей
3. Расчет участков с компенсациейтепловых напряжений
3.1 Расчет участков самокомпенсациибез учета гибкости отводов
3.2 Расчет П-образных компенсаторовс гладким отводом
4. Расчет нагрузок на опоры
4.1 Расчет нагрузок на подвижныеопоры
4.2 Расчет нагрузок на неподвижныеопоры
Введение
В данной курсовом проекте выполненыпроектные работа по прокладке трубопроводов тепловых сетей для теплоснабжениямикрорайона города с расчетной температурой наружного воздуха tн=- 30°С.
Потребителями тепла являются жилые домаи здания школы. Теплоснабжение микрорайона осуществляется от существующегоцентрального теплового пункта (ЦТП). Теплоноситель подается потребителями отЦТП по двух трубной сети для нужд отопления и вентиляции. Систематеплоснабжения закрытая, с качественным регулированием теплоотдачинагревательных приборов. Местные системы отопления присоединены к тепловымсетям по зависимой схеме.
В качестве теплоносителя принята вода соследующими параметрами: температура воды в подающем трубопроводе t1=+95°С,температура воды в обратном трубопроводе t2=+70°С.
Прокладка тепловых сете принятаподземная в непроходном канале. Приняты каналы марки КЛп 90×45, КЛп 60×45.Трубопроводы в канале уложены на подвижные опоры, которые воспринимают всетрубопроводас теплоносителем и изоляцией и передают его на опорные подушки. Вкачестве подвижных опор приняты скользящие опоры типа Т13 серии 4.903-10.
Для восприятия усилий, возникающих врезультате температурных деформаций, на трубопроводах теплосети установленынеподвижные опоры, которые фиксируют положение трубопровода в определенныхточках. В качестве неподвижных опор приняты лобовые опоры типа Т14 серии4.903-10.
В качестве тепловой изоляции принятыпрошивные маты из стеклянного штапельного волокна (δн=50мм) с покровнымслоем из стеклопластика рулонного РСТ. Перед нанесением тепловой изоляциивыполнена антикоррозионная защита трубопровода.
В местах установки арматуры иответвлений к потребителям выполнены теплофикационные камеры из сборногожелезобетона.
Компенсация температурных деформацийосуществляется с помощью естественных поворотов трасс тепловой сети иустройством П-образных компенсаторов. Для устройства тепловых сетейиспользуются электросварные трубы из стали 20 группы В, ГОСТ 10704-90. В местахответвлений к потребителям и на вводах в здания на трубах устанавливаются фланцевыезадвижки.
Для спуска воды в низших точках тепловыхсетей установлены стальные вентили с отводом спускных вод в специальные колодцыс последующим выводом данных вод в канализацию.
1. Расчет тепловойнагрузки на отопление зданий
Тепловую нагрузку на отопление жилых иобщественных зданий определяем по формуле:
Q=q0·Vн(tв-tн)·η·η1
где η– поправка на расчетную температуру наружного воздуха tн;
η1– поправка на потери, η1=1,07;
q0 – отопительнаяудельная тепловая характеристика;
Vн – объем зданияпо внешнему обмеру;
tн – расчетнаятемпература наружного воздуха на отопление;
tв – расчетнаятемпература внутреннего воздуха
По формуле определяем максимальныйтепловой поток на отопление каждого жилого и общественного здания в квартале:
Q пятиэтажного дома=0,46×20000×(18-(-30))×1×1,07=472000Вт
Q девятиэтажногодома=0,46×35000×(18-(-30))×1×1,07=826000 Вт
Qдвенадцатиэтажного дома=0,46×43000×(18-(-30))×1×1,07=1015000Вт
Q д/с = 0,4×23000×(20-(-30))×1×1,07=492000Вт
Q школа = 0,38×25000×(16-(-30))×1×1,07=467000Вт
Расчетный расход теплоносителя
G0=Q/1,16× (t1 – t2),
Где Q– тепловая нагрузка на отопление, Вт
t1 – температуратеплоносителя в подающей магистрали, t1=95°С;
t2 – температуратеплоносителя в обратной магистрали, t2=70°С;
уч. 1-2 G0= 3272000/1,16 × (95 – 70) = 70,52 т/ч
уч. 2-3 G0= 2446000/1,16 × (95 – 70) = 52,72 т/ч
уч. 3-4 G0= 1974000/1,16 × (95 – 70) = 42,54 т/ч
уч. 4-5 G0= 1482000/1,16 × (95 – 70) = 31,94 т/ч
уч. 5-6 G0= 1015000/1,16 × (95 – 70) = 21,88 т/ч
уч. 2-2' G0= 826000/1,16 × (95 – 70) = 17,81 т/ч
уч. 3-3' G0= 472000/1,16 × (95 – 70) = 10,17 т/ч
уч. 4-4' G0= 492000/1,16 × (95 – 70) = 10,6 т/ч
уч. 5-5' G0= 467000/1,16 × (95 – 70) = 10,06 т/ч
По расходу теплоносителя погидравлическим таблицам определяем диаметр трубопровода участка, удельныйперепад давлений, скорость движения теплоносителя.
Приведенная длина участка определяетсяпо формуле:
Lпр = L×(1+α)
где Lпр– приведенная длина участка, м;
L – длина участкапо плану, м;
α – коэффициент для определениясуммарных эквивалентных длин местных сопротивлений. Принимается по СНиП2.04.07-86 Тепловые сети; приложение 6.
Для диаметра труб
Для диаметра труб > 200 мм α =0,4
Потери давления на рассматриваемомучастке определяем по формуле:
ΔPi= R×Lпр
где ΔPi– потери давления на рассматриваемом участке, Па;
R – удельныепотери давления на рассматриваемом участке, Па;
Lпр – приведеннаядлина рассматриваемого участка, м.
2. Гидравлическийрасчет трубопроводов тепловых сетей
Целью гидравлического расчета являетсяопределение диаметров трубопроводов, потерь давления в трубопроводах,пропускной способности, давлений в различных точках сети, увязка всех точексистемы при статическом и динамическом режимах, подбор насосов и другогооборудования тепловых сетей, предназначенных для транспортированиятеплоносителя.
Таблица 1. Гидравлический расчетосновной расчетной магистрали тепловой сетиУчасток 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 Расход теплоты Q, Вт 3272000 2446000 1974000 1482000 1015000 Расход теплоносителя G, т/ч 70,5 52,7 42,5 31,9 21,9 Условные диаметры dy, мм 150 125 125 125 125 Наружные диаметры dн×S, мм 159×4,5 133×3,5 133×3,5 133×3,5 133×3,5 Длина участка по плану L, м 8 45 50 48 50 Коэффициент α 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 Приведенная длина Lпр = L×(1+α), м 11 59 65 62 65 Скорость движения теплоносителя ν, м/с 1,15 1,16 0,98 0,74 0,51 Удельная потеря давления R(i), Па/м 113,38 145,46 102,64 59,58 28,16 Потеря давления на участке ΔPi = R×Lпр, Па 1247,18 8582,14 6671,6 3693,96 1830,4 Суммарные потери давления, ∑ΔPi, Па 1247,18 9829,32 16500,92 20194,88 22025,28
Таблица 2. Гидравлический расчет боковыхответвлений подающих трубопроводов тепловойсетиУчасток 2-2' 3-3' 4-4' 5-5' Расход теплоты Q, Вт 826000 472000 492000 467000 Расход теплоносителя G, т/ч 17,81 10,17 10,6 10,06 Условные диаметры dy, мм 80 80 80 80 Наружные диаметры dн×S, мм 89×3,5 89×3,5 89×3,5 89×3,5 Длина участка по плану L, м 52 45 47 44 Коэффициент α 0,3 0,3 0,3 0,3 Приведенная длина Lпр = L×(1+α), м 67 59 61 57 Скорость движения теплоносителя ν, м/с 0,94 0,54 0,56 0,54 Удельная потеря давления R(i), Па/м 162,94 53,2 58,66 53,2 Потеря давления на участке ΔPi = R×Lпр, Па 10916,98 3138,8 3578,26 3032,4 Суммарные потери давления, ∑ΔPi, Па 10916,98 14055,78 17634,04 20664,44
Невязка %
Диаметр шайб dш, мм
50%
46 мм
36%
38 мм
20%
45 мм
6%
58 мм
Примечание: В тепловых сетях диаметртруб не зависимо от расчетного расхода теплоносителя должен приниматься неменее 32 мм.
Расчет Невязки.
Расчет Невязки проводим следующимобразом:
1. научастке 2-2'
/>×100 = /> ×100 = 50%
2. научастке 3-3'
/>×100 = /> ×100 = 36%
3. научастке 4-4'
/>×100 = /> × 100 =20%
4. научастке 5-5'
/>× 100 = /> ×100 = 6%
Расчет диаметра дроссельных шайб.
Дроссельные шайбы изготавливаются из 2-3миллиметровой стали и устанавливаются между фланцами двух задвижек на подоющемтрубопроводе. Делается это для того, чтобы можно было сменить шайбу, не спускаяводу из системы. Предназначение дроссельных шайб – поглощение избыточныхнапоров на абонентских вводах для того, чтобы концевые здания не испытывалинедостаток этого напора. В зданиях, где на вводах имеется недостаток напора,возникает вялая циркуляция сетевой воды в системе отопления, здания недополучают теплоту для поддержания заданной температуры в отапливаемыхпомещениях.
/>Расчетдиаметра дроссельных шайб производится по формуле:
dш = 11,3×/>
где dш– диаметр дроссельных шайб, мм;
G – расходтеплоносителя на участке, т/ч;
Н – избыточный напор на абонентскомвводе, м.вод.ст.
Производим расчет избыточных напоровбоковых ответвлений подающих трубопроводов тепловых сетей.
Н2-2' = /> = 22025,28 – 10916,98= 11108,3 Па = 1,11м.вод.ст.
Н3-3' = />= 22025,28 –14055,78 = 7969,5 Па = 0,79 м.вод.ст.
Н4-4' = />= 22025,28 –17634,04 = 4391,2 Па = 0,44 м.вод.ст.
Н5-5' = />= 22025,28 –20664,44 = 1360,8 Па = 0,14 м.вод.ст.
Расход теплоносителя на расчетномучастке берем из таблицы 2. исходя из имеющихся данных, производим расчетдиаметра дроссельных шайб.
а) на участке 2-2' невязка составила50%, поэтому устанавливаем дроссельную шайбу:
dш (2-2') = 11,3×/> = 11,3× /> = 46мм
б) на участке 3-3' невязка составила36%, поэтому устанавливаем дроссельную шайбу:
dш (3-3') = 11,3×/> = 11,3× /> = 38мм
в) на участке 4-4' невязка составила20%, поэтому устанавливаем дроссельную шайбу:
/>dш(4-4') = 11,3×/> = 11,3× /> = 45мм
г) на участке 5-5' невязка составила 6%,поэтому устанавливаем дроссельную шайбу:
dш (5-5') = 11,3×/> = 11,3× /> = 58мм
Следует помнить, что регулировка системотопления зданий с помощью дроссельных шайб достигается в том случае, когдашайбы будут рассчитаны и установлены на вводах всех отапливаемых зданий жилогорайона. Кроме того, чтобы не происходило засорение отверстий шайб взвешеннымичастицами, нужно обязательно перед шайбами врезать штуцер с вентилем дляудаления скопившейся грязи около шайб. Расстояние между продувочным штуцером и шайбойдолжно быть не более 50 мм. Из-за значительного гидравлического сопротивленияустановка грязевиков перед шайбами не предусматривается. Размер отверстий шайбне должен быть менее 25 мм. Шайбы у станавливают после задвижек и вентилей походу теплоносителя.
3. Расчет участковс компенсацией тепловых напряжений
С целью устранения деформаций,возникающем при тепловом удлинении трубопроводов, применяются гнутые илисальниковые компенсаторы, а также используются местные повороты трассы дляестественной компенсации (самокомпенсации). Назначение компенсаторов –разгружать трубы от тепловых напряжений.
3.1 Расчет участков самокомпенсации безучета гибкости отводов
Длину плеч трубопроводов на участках сестественной компенсацией следует принимать не более 20-25 м с проверкойпродольного изгибающегося напряжения в заделке короткого плеча компенсатораδ≤8кгс/мм2 по номограмме справочного приложения А.
/> = (/>кгс/мм2
где />/107 –вспомогательные величины, определяемые по таблице;
При расчетах сначала определяемсоотношение плеч гнутого компенсатора по формуле:
n=/>,
где n– соотношение плеч гнутого компенсатора;
L1 – длинабольшого плеча, м;
L2 – длинакороткого плеча, м;
n = /> =1,1
с – безразмерный коэффициентопределяемый по номограмме в зависимости от n;с=5
/>/107 = 0,0319кгс м/м2
Определяем разность температуртеплоносителя в подающем трубопроводе и температуры металла трубы по формуле:
Δt= t1 – tн.в,
где Δt– разность температур теплоносителя в подающем трубопроводе и температурыметалла трубы, °С;
t1 – температуратеплоносителя в подающем трубопроводе, t1= 95 °С;
tн.в. –температура металла, равная расчетной температуре наружного воздуха дляотопления, tн.в. = -30 °С.
Δt= 95-(-30) = 125 °С
/> = 0,0319(125/24)•5= 0,83
Участок 5-6 может быть использован длясамокомпенсации.
3.2 Расчет П-образныхкомпенсаторов с гладкими отводами
П-образные компенсаторы устанавливаютсясправа по ходу движения теплоносителя, на прямолинейных участках трубопроводовбез ответвлений между неподвижными опорами. Гнутые П-образные компенсаторымонтируются с предварительной растяжкой на величину, равную половине тепловогоудлинения трубопровода.
Величину полного теплового удлинениярасчетного участка подающего трубопровода определяем по формуле:
ΔL1= α×L×(t1– tн.в.)
где ΔL1– величина полного теплового удлинения расчетного участка подающеготрубопровода, мм; α – среднийкоэффициент линейного расширения трубной стали при нагреве от 0 °С до расчетнойтемпературы, α = 0,012 мм/(м×°С); L– длина рассматриваемого участка трубопровода, м;
t1 – температуратеплоносителя в подающем трубопроводе, t1= 95 °C;
Величину теплового удлинения расчетногоучастка подающего трубопровода с учетом предварительной растяжки компенсатораопределяем по формуле:
ΔLраст.1= ΔL1×ε,
где ΔLраст.1- величина теплового удлинения расчетного участка подающего трубопровода сучетом предварительной растяжки компенсатора, мм; ΔL1- величина полного теплового удлинения расчетного участка подающего трубопровода,мм;ε– коэффициент, учитывающий релаксацию компенсационных напряжений ипредварительную растяжку компенсатора в размере 50% полного теплового удлиненияпри температуре теплоносителя t1≤400°C.
Величину полного теплового удлинениярасчетного участка обратного трубопровода определяем по формуле:
ΔL2= α×L×(t2– tн.в)
где ΔL2- Величина полного теплового удлинения расчетного участка обратноготрубопровода, мм; α – среднийкоэффициент линейного расширения трубной стали при нагреве от 0 °С до расчетнойтемпературы, α = 0,012 мм/(м×°С); L– длина рассматриваемого участка трубопровода, м;
t2 – температурав обратном трубопроводе, t2= 70 °С;
Величину теплового удлинения расчетногоучастка обратного трубопровода с учетом предварительной растяжки компенсатораопределяем по формуле:
ΔLраст.2= ΔL2×ε,
где ΔLраст.2- величина теплового удлинения расчетного участка обратного трубопровода сучетом предварительной растяжки компенсатора, мм; ΔL2- Величина полного теплового удлинения расчетного участка обратноготрубопровода, мм; ε – коэффициент,учитывающий релаксацию компенсационных напряжений и предварительную растяжкукомпенсатора в размере 50% полного теплового удлинения при температуретеплоносителя t1≤400 °C.
Произведем подбор П-образныхкомпенсаторов
Компенсатор №1
/>
Компенсатор №2
ø = 89×3,5 L= 47 м
Для подающего трубопровода:
ΔL1= 0,012×47×(95-(-30)) = 70,5 мм
ΔLраст.1= 1/2× ΔL1 = 1/2×70,5= 35,25 мм
Т1 Н=1,1 м В=0,7 м
Для обратного трубопровода:
ΔL1= 0,012×47×(70-(-30)) = 56,4 мм
ΔLраст.1= 1/2×ΔL1 = 1/2×56,4= 28,2 мм
Т2 Н=1,2 м В=1,1 м
Компенсатор №3
Ø=133×3,5 L= 48 м
Для подающего трубопровода:
ΔL1= 0,012×48×(95-(-30)) = 72 мм
ΔLраст.1= 1/2 ×37,44 = 36 мм; Т1Н=1,6 м В=1,7 м
Для обратного трубопровода:
ΔL1= 0,012×48×(70-(-30)) = 57,6 мм
ΔLраст.1= 1/2×57,6 = 28,8 мм; Т2Н=1,4 м В=1,6 м
Компенсатор №4
Ø 89×3,5 L= 44 м
Для подающего трубопровода:
ΔL1= 0,012×44×(95-(-30)) = 66 мм
ΔLраст.1= 1/2×66 = 33 мм
Т1 Н=1,2 м В=1,4 м
Для обратного трубопровода:
ΔL1= 0,012×44×(70-(-30)) = 52,8 мм
ΔLраст.1= 1/2×52,8 = 26,4 мм
Т1 Н=1,1 м В=1,2 м.
4. Расчет нагрузокна опоры
4.1 Расчет нагрузокна подвижную опору
Подвижные опоры воспринимают вес трубопроводас теплоносителем и изоляцией и передают его на опорные подушки. Для того, чтобыпри тепловом удлинении трубы свободно могли перемещаться, подвижные опорыустанавливают между неподвижными на некотором нормированном расстоянии,зависящем от диаметра трубопровода.
Вертикальную нормативную нагрузку наподвижные опоры труб определяем по формуле:
Fв=q×a×g,
где Fв- Вертикальная нормативная нагрузка на опору трубы, Н;
q – вес 1 пог.м.трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляции конструкции и воды, кг.Применяется по таблице;
а – максимальный пролет между подвижнымиопорами, м. Принимается по таблице;
g – ускорениесвободного падения, g = 9,8 м/с2.
Горизонтальную нагрузку нормативнуюнагрузку на подвижные опоры труб от сил трения определяем по формуле:
Fг=μ×q×a×g,
где Fг- Горизонтальная нормативная нагрузка на опору трубы, Н;
q – вес 1 пог.м.трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляции конструкции и воды, кг.Применяется по таблице;
а – максимальный пролет между подвижнымиопорами, м. Принимается по таблице;
g – ускорениесвободного падения, g = 9,8 м/с2.
μ – коэффициент трения в опорах приперемещении опоры в доль оси трубопровода. Принимается по СНиП 2.04.07-86 «Тепловыесети, приложение 8, таблица 1». В качестве подвижных опор выбираем скользящиеопоры.
Участок 1-2
ø 133×3,5 прокладкаподземная
q = 240,8 Hа= 4,5 м
Fв = 1083,9 Н
Fг = 325,2 Н
Участок 2-3
ø 133×3,5 прокладкаподземная
q = 240,8 Hа= 4,5 м
Fв = 1083,9 Н
Fг = 325,2 Н
Участок 2-2'
ø 89×3,5 прокладкаподземная
q = 128,7 Ha = 3,5 м
Fв = 450,5 H
Fг = 135,1 H
Участок 3-3'
ø 89×3,5 прокладкаподземная
q = 128,7 Ha = 3,5 м
Fв = 450,5 H
Fг = 135,1 H
Участок 5-6
ø 133×3,5 прокладкаподземная
q = 240,87H a = 4,5 м
Fв = 1083,9 H
Fг= 325,2 H
4.2 Расчет нагрузкина неподвижные опоры
Неподвижные опоры фиксируют положениетрубопровода в определенных точках, делят трубопроводы тепловой сети нанезависимые в отношении температурных изменений участка и воспринимают усилия,возникающих в трубопроводах этих участков при разных схемах компенсациитепловых напряжений.
/>
Т.к. данная опора является концевой, тогоризонтальные осевые нагрузки определяем по сумме сил, действующих на опору содной стороны:
Fг.о = Рк +μ × q×L2
где Fг.о– осевая горизонтальная нагрузка на неподвижную опору, Н;
Рк – сила упругой деформации П-образногокомпенсатора, кгс;
μ – коэффициент трения в опорах приперемещении опоры в доль оси трубопровода. Принимается по СНиП 2.04.07-86 «Тепловыесети, приложение 8, таблица 1». В качестве подвижных опор выбираемскользящие опоры;q– вес 1 пог.м. трубопровода, включающий вес трубы, теплоизоляции конструкции иводы, кг.
L2 – длина междунеподвижными опорами, м.
Fг.о = 170 + 0,3 ×24 × 24 = 3428 Н
Выбираем конструкцию опоры. ø 133×3,5