Гидравлический расчет системы отопления: пример, сопротивление отопительных приборов
Гидравлический расчет системы отопления
Централизованный тип постепенно уступает место автономной системе отопления. Многие принимают решение обогревать помещения собственными силами, желая создать идеальное сочетание экономичности, тепла и комфорта. Именно поэтому особую актуальность приобретает гидравлический расчет системы отопления.
На начальном этапе предстоят финансовые траты. Однако новейшее отопительное оборудование обладает инновационным подходом к процессу регулирования подачи тепла по сравнению со старым, поэтому вложенные деньги быстро окупаются. Но такую гармонию могут обеспечить лишь системы, созданные по всем правилам. Они смогут профессионально преодолеть возникающее гидравлическое сопротивление.
Для чего делается расчет
Вычисления производят в первую очередь для того, чтобы определить такие характеристики циркуляционного насоса, как производительность и напор, которые позволят системе отопления работать с наибольшей эффективностью.
Конечно, какую-то циркуляцию в контуре создаст любой насос, даже самый маломощный, но насколько экономичной будет такая схема? Часто бывает так, что и котел исправно работает и радиаторов в доме достаточно, но они не греют из-за слабой циркуляции в системе.
Чтобы контуры отопления работали в полную силу, необходимо, чтобы насос преодолел гидравлическое сопротивление элементов системы потоку воды в трубах, а также потери давления. Но и насос большей мощности, чем нужно, также приведет к нежелательным эффектам. Кроме повышенного расхода электроэнергии, превышение давления плохо скажется на долговечности соединений, а увеличение скорости продвижения теплоносителя приведет к возникновению шумов.
Правильно рассчитанное гидравлическое сопротивление и качественная регулирующая арматура – наиболее эффективное сочетание.
Соблюдение ключевых условий обеспечивают следующие факторы:
- снабжение отопительных приборов должно осуществляться в достаточном объеме для идеального баланса в помещении при температурных колебаниях воздуха снаружи и в жилище;
- минимизация затрат на эксплуатацию, чтобы преодолеть системное гидравлическое сопротивление;
- снижение капитальных затрат во время прокладки отопления.
Что учитывается в расчете?
Перед тем как начинать вычисления, следует выполнить ряд графиче
ских действий (часто для этого применяется специальная программа). Гидравлический расчет предполагает определение показателя баланса тепла помещения, в котором происходит отопительный процесс.
Для расчета системы рассматривается самый протяженный контур отопления, включающий наибольшее количество приборов, фитингов, регулирующей и запорной арматуры и наибольший перепад давления по высоте. В расчете участвуют такие величины:
- материал трубопроводов;
- суммарная длина всех участков трубы;
- диаметр трубопровода;
- изгибы трубопровода;
- сопротивление фитингов, арматуры и отопительных приборов;
- наличие байпасов;
- текучесть теплоносителя.
Чтобы учесть все эти параметры существуют специализированные компьютерные программы, как пример — «НТП Трубопровод», «Oventrop CO», HERZ С.О. версии 3.5. или множество их аналогов, облегчающие специалистам производство расчетов.
Они содержат необходимые справочные данные по каждому элементу системы теплоснабжения и позволяет автоматизировать сам расчет. Однако проделать львиную долю работы, определить узловые точки и внести все данные для расчета и особенности схемы трубопровода придется пользователю. Для удобства целесообразно постепенно заполнять заранее созданную форму в MS excel.
Сделать верные расчеты в части преодоления сопротивления – это самый трудоемкий, но нео
бходимый шаг при проектировании отопительных систем водяного типа.
Выбор радиаторов и длины участков трубопровода
Необходимо определиться с видом устройств для отопления и проставить места их расположение на плане помещения. Далее должно быть принято решение об итоговой конфигурации отопительной системы, вида трубопровода (однотрубный или двухтрубный), арматуры для запора и регулирования (клапана, регуляторы, вентили, датчики давления, расхода и температуры).
Затем на вычерченной схеме указывается номер тепловых нагрузок и точная длина участков, для которых производится расчет. В заключении определяется «циркулирующее кольцо». Оно представляет собой контур замкнутого вида, который включает в себя все последовательные трубопроводные участки, на которых ожидается повышенный расход носителя тепла на расстоянии от источника, излучающего теплоэнергию, до самого дальнего прибора отопления (при двухконтурной системе) или до приборной ветки (при однотрубной системе) и назад к отопительному механизму.
Нюансы
При гидравлическом расчете с помощью компьютера excel – не единственная, хоть и наиболее простая. Для данного вида подсчетов разработаны специализированные программы, с которыми работать значительно проще.
В роли расчетного трубопровода обычно выступает участок, имеющий неизменный расход носителя тепла и постоянный диаметр. Так будет проще получить правильные данные. Он определяется по тепловому балансу помещения.
Нумерация участков должна происходить от теплового источника. Чтобы обозначить узловые точки на трубопроводе, который осуществляет подачу, в местах ответвлений применяют буквы алфавита. На магистралях сборного типа в соответствующих узлах их обозначают штрихами (пример хорошо это иллюстрирует).
Узловые точки на ответвлениях приборных веток обозначаются арабскими цифрами. Каждая соответствует номеру этажа, если применяется система горизонтального типа, или номеру ветки-стояка с приборами, если речь идет о вертикальной системе. В номер всегда входят две цифры – начало и конец участка. Длина трубопроводных участков определяется по плану, который вычерчивается в масштабе. Точность составляет 0,1 м.
Расчет однотрубной системы отопления рекомендуется проводить при одинаковых (постоянных) или различных (переменных) перепадах температуры воды в стояках методом характеристик сопротивления. При этом следует применять верхнюю разводку, при которой обеспечивается движение воды к отопительному прибору «сверху-вниз».
Скачать пример гидравлического расчета
Microsoft Word – Копия титул_книга
Гидравлические расчеты и формулы – Гидравлика онлайн
Поделиться этой публикацией
07 октября
Харпер Дженни2021-10-12T10:16:52+01:00
По Харпер Дженни Центр технических знаний Комментарии отключены на Гидравлические расчеты и формулы
Нужна помощь с гидравлическими расчетами? Наши опытные технические инженеры могут помочь с подробным расчетом для вашего конкретного проекта и приложения. Для начала мы подготовили для вас краткий обзор.
Есть много гидравлических расчетов. Например, расчет выходной мощности. Гидравлическая мощность определяется как произведение потока на давление. Гидравлическая мощность, обеспечиваемая насосом:
Пример: если насос подает 180 литров в минуту и давление 250 бар, то гидравлический расчет мощности первичного двигателя насоса:
Мощность = (250 x 180 ) ÷ 600 = 75 кВт **
** при КПД 100%; Эффективность 90% будет равняться 75 ÷ 0,9= 83,3кВт. Это всегда будет зависеть от типа используемого насоса, т. е. шестеренчатого, лопастного или поршневого и т.
д.
Общий КПД насоса, ηtotal, необходимо учитывать при расчете потребляемой мощности насоса. Этот КПД является произведением объемного КПД ηvol и гидромеханического КПД ηhm. Потребляемая мощность = Выходная мощность ÷ ηобщ. В среднем для аксиально-поршневых насосов ηобщ = 0,87.
Кроме того, источник энергии (например, дизельный двигатель или электродвигатель) должен иметь мощность не менее 75 ÷ 0,87 = 86 [кВт].
Гидравлические двигатели и цилиндры, которые насос снабжает гидравлической энергией, также имеют КПД. А общий КПД системы (без учета перепада давления в гидротрубах и клапанах) в итоге составит примерно 0,75.
Цилиндры обычно имеют общий КПД около 0,95. А гидравлические аксиально-поршневые моторы и насосы имеют 0,87. Кроме того, общие потери мощности в гидравлической передаче энергии составляют около 25% и более при идеальном диапазоне вязкости 25–35 [сСт].
Выполните следующие 3 шага, чтобы рассчитать требуемую максимальную выходную мощность дизельного двигателя.
ЭТАП 1
Сначала проверьте точку максимальной мощности, т. е. точку, в которой соотношение давления и расхода достигает своего максимального значения. Базовая оценка будет следующей:
Где:
Qtot = теоретический расход насоса для потребителей, не включая утечки, в точке максимальной мощности.
Pmax = фактическое давление насоса в точке максимальной мощности.
Примечание: η — общий КПД = (выходная механическая мощность ÷ входная механическая мощность). Для приблизительных оценок η = 0,75, хотя обычно вы можете добавить 10-20% в зависимости от приложения к этому значению мощности.
ЭТАП 2
Рассчитайте требуемый рабочий объем насоса по требуемой максимальной сумме расхода для потребителей в наихудшем сценарии и оборотах дизельного двигателя в этой точке. Максимальный расход может отличаться от расхода, используемого для расчета мощности дизельного двигателя.
Средний объемный КПД насоса, поршневые насосы: ηvol= 0,93
ЭТАП 3
Расчет производительности предварительного охладителя: Отвод тепла от баков гидравлического масла, клапанов, труб и гидравлических компонентов составляет менее нескольких процентов в стандартном мобильном оборудовании и мощность кулера должна включать в себя некоторые запасы.
Минимальная производительность охладителя, Ecooler = 0,25Ediesel
Не менее 25 % потребляемой мощности должно рассеиваться охладителем при длительном использовании пиковой мощности. Однако в обычном случае пиковая мощность используется только в течение коротких периодов, поэтому фактическая требуемая мощность охладителя может быть значительно меньше. Объем масла в гидравлическом баке также действует как аккумулятор тепла при использовании пиковой мощности.
Эффективность системы очень сильно зависит от типа гидравлического рабочего оборудования, используемых гидравлических насосов и двигателей, а также от потребляемой мощности гидравлики. Каждая цепь должна быть оценена, а цикл нагрузки оценен. Новые или модифицированные системы всегда должны быть проверены на практике, охватывая все возможные циклы нагрузки.
Простой способ измерения фактических средних потерь мощности в системе состоит в том, чтобы оборудовать машину испытательным охладителем и измерить температуру масла на входе в охладитель, температуру масла на выходе из охладителя и расход масла через охладитель, когда машина находится в нормальном рабочем режиме.
По этим цифрам можно рассчитать рассеиваемую мощность тестового кулера, которая равна потерям мощности при стабилизации температуры. По результатам этого теста можно рассчитать фактический требуемый охладитель для достижения заданной температуры масла в масляном баке. Одной из проблем может быть сборка измерительного оборудования в линию, особенно расходомера масла.
Основные гидравлические формулы | Flodraulic Group
Давление, сила и мощность Взаимосвязь:
Давление (psi) = усилие (фунты) / площадь (дюйм²)
Сила (фунты) = площадь (дюйм²) x давление (фунт/кв. дюйм)
Площадь (дюйм²) ) = сила (фунты) / давление (psi)
Мощность жидкости, л.с. :
Мощность жидкости, л.с.0007
Взаимосвязь крутящего момента и мощности:
Крутящий момент (фут-фунт) = мощность (л.с.) x 5252 / скорость (об/мин)
Мощность (л.с.) = крутящий момент (фут-фунт) x скорость (об/мин) (об/мин) = мощность (л.
с.) x 5 252 / крутящий момент (фут-фунт)
Основные расчеты цилиндра:
Площадь поршня цилиндра (дюйм²) = диаметр в квадрате x .7853 x 4 радиус в квадрате. (дюймы) )
Конец штока поршня (кольцевой конец) Площадь (дюйм²) = площадь поршневого цилиндра (дюйм²) – площадь штока (дюйм²)
Сила цилиндра (фунты) = давление (psi) x площадь (дюйм²)
Скорость цилиндра (фут/мин) = 19,25 x скорость потока (галлонов в минуту) / площадь (дюйм²)
(разделите на 60, чтобы преобразовать скорость в футы /сек)
Скорость цилиндра (дюйм/мин) = скорость потока (куб. дюйм/мин) / площадь (кв. дюйм)
(обратите внимание, что 1 галлон США = 231 куб. дюйм)
Время цилиндра (сек.) = площадь (кв.дюйм ) x ход цилиндра (дюймы) x 0,26 / расход (гал/мин)
Расход цилиндра (гал/мин) = 12 x 60 x скорость цилиндра (фут/с) x площадь (дюйм²) / 231
Объем цилиндра (галлоны) = площадь цилиндра (кв.
дюйм) x ход цилиндра (дюймы) / 231
Основные расчеты гидравлического двигателя :
куб. дюйм/об) / 6,28
(также можно использовать мощность (л.с.) x 63 025 / скорость (об/мин)
Скорость двигателя (об/мин) = 231 x расход (гал/мин) / объем двигателя (куб. дюйм/об)
Мощность двигателя (л.с.) = крутящий момент (в фунтах) x скорость двигателя (об/мин) / 63 025
Расход двигателя (гал/мин) = скорость двигателя (об/мин) x рабочий объем двигателя (куб. дюйм/об) / 231
Рабочий объем двигателя (куб. дюйм/об) = крутящий момент (в фунтах) x 6,28 / давление (psi)
Основные расчеты насоса :
Расход насоса на выходе (галлонов в минуту) = скорость насоса (об/мин) x производительность насоса (куб. дюйм/об) / 231
Скорость насоса (об/мин) = 231 x расход насоса (галлонов в минуту) / рабочий объем насоса (куб. дюйм/об)
Мощность насоса (л.с.) = расход (гал/мин) x давление (psi) / 1,714 x КПД насоса
(Может также использоваться мощность в лошадиных силах (л.
с.) = крутящий момент (в фунтах) x скорость насоса (об/мин) / 63 025)
Крутящий момент насоса (в фунтах) = давление (psi) x рабочий объем насоса (куб. дюйм/об) / 6,28
(Может также использоваться мощность (л.с.) x 63 025 / объем насоса (куб. дюйм/об)
Формулы производства тепла : Преобразование тепла в другие единицы измерения мин = 33 000 футо-фунтов/мин = 746 Вт
Мощность (л.с.) = давление (psi) x расход (гал/мин) / 1714 -или- БТЕ/ч = 1½ x psi x gpm
1 БТЕ/ч = 0,0167 БТЕ/мин = 0,00039 л.с. = 105 БТЕ/мин = 57 750 фут-фунтов/мин = 1 305 Вт
- Большая часть этого тепла будет возвращаться в резервуар.
- Обратите внимание, что тепло вырабатывается каждый раз, когда не производится выходная механическая работа
Общая холодопроизводительность стального резервуара: HP (тепло) = 0,001 x TD x A
TD = разность температур масла в резервуаре и окружающего окружающего воздуха
A = общая площадь поверхности резервуара в квадратных футах (включая дно, если оно приподнято) :
Расчетная мощность привода насоса: 1 л.
с. входного привода на каждый 1 галлон в минуту при выходе насоса 1500 фунтов на кв.0007
Емкость резервуара (галлоны) = длина (INS) x ширина (INS) x высота (INS) / 231
Сжимаемость масла: приблизительное уменьшение объема на 1/2 % на каждые 1000 фунтов на квадратный дюйм давления
Сжимаемость воды: 1/3 % приблизительного уменьшения объема на каждые 1000 фунтов на квадратный дюйм давления
Мощность нагрева гидравлического масла: каждый 1 ватт повышает температуру 1 галлона масла на 1°F в час
Рекомендации по скорости потока в гидравлических линиях:
- 2 до 4 футов/сек = линии всасывания
- 10–15 фут/с = напорные линии до 500 фунтов на кв. дюйм
- 15–20 фут/с = линии давления 500–3 000 фунтов на кв. дюйм
- 25 фут/сек = линии давления более 3 000 фунтов на квадратный дюйм
- 4 фута/сек = любые маслопроводы в системах воздух-над-маслом
Скорость потока нефти в трубе: скорость (фут/сек) = расход (гал/мин) x 0,3208 / внутренняя площадь трубы (кв.
дюйм)
Формулы площади окружности:
- Площадь (кв. дюйм) x r², где π (пи) = 3,1416, а r = радиус в дюймах, возведенный в квадрат
- Площадь (кв. дюймы) = π x d² / 4 , где π (пи) = 3,1416, а d = диаметр в дюймах
- Окружность (дюймы) = 2 x π x r , где π (пи) = 3,1416, а r – радиус в дюймах
- Окружность (дюймы) = π x d , где π (пи) = 3,1416, а d = диаметр в дюймах
Обычно используемые эквиваленты гидросистемы :
Один галлон США равен:
- 231 кубический дюйм
- 3,785 литра (1 литр = 0,2642 галлона США)
- 4 кварты или 8 пинт
- 128 унций жидкости / 133,37 унций веса
- Вес 8,3356 фунтов
Одна лошадиная сила равна:
- 33 000 футофунтов в минуту
- 550 фут-фунтов в секунду
- 42,4 БТЕ/мин
- 2545 БТЕ в час
- 746 Вт
- 0,746 кВт
В фунтах на кв. дюйм равно:
- 0,0689 бар (1 бар = 14,504 фунта на кв.
