Proiectarea Elementelor Unui Sistem de Termoficare Urban cu Apa Fierbinte Bitubular Inchis

TEMA DE PROIECTARE

Obiectul lucrării

Proiectarea elementelor unui sistem de termoficare urban cu apă fierbinte

bitubular închis.

Date de bază

Sistematizarea teritorială

În vecinătatea unui complex industrial este prevăzut în planul de

de sistematizare al teritoriului, construirea unui cartier de locuințe M1. Din acelasi sistem de termoficare vor fi alimentate alte 8-9 microraioane care se vor sistematiza pe baza unei densitati brute egale cu a microraionului M1.Regimul de construcție pentru clădirile microraionului considerat din planul la scara 1:1000, este de P+8; P+10.

Sursa de căldură ( sursa termică )

CET = centrala electrică de termoficare se află la o distanță la o distanță de

L = 1000m = 1km, față de microraionul considerat. Agentul încălzitor este apa fierbinte de parametrii T1/t2 = 150 / 75°C, pentru zona urbană, respectiv T1 /T2 = 150 / 70°C pentru zona industrială, la temperatura aerului exterior tec = – 12°C.

Rețeaua de termoficare

Pentru apă fierbinte rețeaua de termoficare va fi de tip bitubular închis. Conductele se vor monta în canale subterane executate din elemente prefabricate din beton armat. Terenul este uscat, obișnuit. Conductele vor fi montate aerian pe stâlpii de susținere din beton armat, prefabricați între CET și zona urbană precum și în zona industrială și subteran în intravilan.

Sistemul de reglare a căldurii

Reglarea furnizării căldurii se va face centralizat la CET, adoptând sistemul de reglare calitativ sau mixt.

Date constructive

Înălțimea etajelor de locuințe este de h = 2.70m și variabil la dotări în funcție de destinație. Consumatorii industriali au cel mult P + 1 nivele cu înălțimea între

( 3 4 )metri.

Instalația de încălzire

Consumatorii urbani vor fi racordați pe cât posibil direct prin intermediul hidroelevatoarelor ( ejectoare apă – apă ). Corpurile de încălzire vor fi radiatoare din fontă, având t1 / t2 = 95 / 75C în regim nominal.Pierderea de sarcina in instalatie este de 1mCA.

Consumatorii industriali vor fi alimentați în exclusivitate în schema de racordare direct simplă, utilizând corpuri de încălzire adecvate ( serpentine, registre, aeroterme ), având 150 / 70C în regim nominal.

Instalația de preparare a apei calde de consum

Consumatorii urbani vor fi racordați utilizând schema de preparare în două trepte serie-paralel cu instalația de încălzire.

Consumatorii industriali vor folosi schema de racordare într-o treaptă în paralel ci instalația de încălzire și acumulare a apei calde de consum.

2. Memoriu justificativ

Prezentul proiect constituie fundamentul teoretic pentru realizarea unei instalații termice aferente pentru un microraion.

Din studiul planurilor de arhitectură s-au stabilit elementele de construcție. Clădirile de locuit sunt prevăzute cu subsoluri tehnice destinate echipamentelor punctelor termice. Mai multe detalii despre sistematizarea teritorială din tema de proiectare.

Centrala electrică de termoficare = CET se află la o distanță de 1km față de microraionul M1, microraionul considerat. Agentul încălzitor folosit este apa fierbinte de parametrii T1/t2 = 150/75°C pentru zona urbană respectiv T1/t2 = 150/70°C pentru zona industrială, la o temperatură a aerului exterior tec = -12C.

Reglarea furnizării căldurii se face centralizat la CET, adoptând sistemul de reglare calitativ.

Stabilirea sarcinii termice a microraionului M1 s-a făcut prin metoda apartamentelor medii convenționale.

Sap.conv = (6072)mp , Sap.conv = 60mp, cu qînc = 4500w/ap.med.conv. și qacm = 750w/ap.med.conv. Rezultă în proiect următoarele date: Qînc = 7,8MW, Qacm=1,3MW, pentru microraionul M1.

Sarcina termică orășenească se calculează păstrând același regim de construcție și aceeași distribuție a blocurilor, a clădirilor în suprafață construită.

Calculul hidraulic impune mai multe etape:

trasarea rețelei în microraionul M1

schema de calcul hidraulic

calculul de debite de apă fierbinte

calculul de dimensionare

trasarea graficului piezometric

Trasarea rețelei în microraionul M1 s-a făcut ținându-se seama de zona în care

se face acest lucru. Stația centralizată s-a montat în spațiile verzi, având 3 plecări de alimentare a blocurilor. Rețeaua de 95/75C s-a montat în canal tehnic, iar cea 150/70C s-a montat în canal exterior.

Schema de calcul hidraulic s-a făcut conform planului de situație.

Calculul de debite de apă fierbinte se face pentru consumatori urbani și industriali. Pentru consumatorii urbani schema de racordare urbană pentru încălzire este directă cu amestec de hidroelevatoare, iar pentru prepararea apei calde menajere s-a folosit schema în 2 trepte serie-paralel cu instalația de încălzire. Apa de încălzire este la 95/75C și se prepară cu o piesă statică E numită hidroelevator. Pentru consumatorii urbani secundari, adică cei din microraionul M1, la calculul debitului se ține seama de un coeficient a care este debitul total al stației centralizat pe debitul de încălzire. Pentru consumatorii industriali sistemul de încălzire este racordare directă simplă cu T1/T2= 150/70C.

Calculul de dimensionare s-a făcut în regim nominal, iar debitele sunt acumulate: încălzire + apă caldă menajeră. La alegerea diametrelor țevilor s-a ținut seama de pierderile de pe magistrală, derivații, racorduri și artere secundare și de viteză 2,5m/s. Din calcul a rezultat debite de 700, 500, 450, 400, 350, 300, 250, 200de la CET la SC1 și de 125, 100, 80, 65 de la SC1 la PTE13.

Trasarea graficului piezometric s-a realizat la studiile de încălzire a orașelor. Regimul instalației și graficul piezometric se verifică în fiecare an. De graficele de presiune se ține seama pe toată perioada de existență a instalației. Pentru a se întocmi un astfel de grafic este nevoie de planul de situație care conține cotele de nivel și ridicările topometrice. La trasarea graficului piezometric al rețelei s-a ținut seama de cele 4 condiții esențiale:

să nu vaporizeze apa

evitarea suprapresiunii în rețea

evitarea golirii instalației de încălzire

echilibrarea rețelei

În acest proiect graficul piezometric s-a trasat în regim static și dinamic.

Calculul de rezistență impune mai multe etape:

întocmirea schemei termomecanice

calculul grosimii peretelui țevii (alegerea conductelor)

calculul distanței între suporturile mobile, forțe în puncte mobile

calculul compensatoarelor elastice de dilatare

calculul forțelor în punctele de încastrare (puncte fixe)

calculul efortului echivalent în punctele cu solicitare maximă.

Întocmirea schemei termomecanice s-a trasat pe planul de situație existent la scara 1:1000 și s-au respectat normele pentru întocmirea unei astfel de scheme.

Calculul grosimii peretelui țevii ( alegerea conductelor ) s-a făcut pe baza metodei rezistenței admisibile. Acest calcul s-a făcut pentru cinci diametre diferite, pornind de la CET până la SC1.

Calculul distanței între suporturile mobile, forțe în puncte mobile s-a făcut tot la cele cinci diametre pentru care s-a făcut calculul grosimii țevii ( alegerea conductelor ). Acest calcul s-a făcut pentru forțe de alunecare și forțe de rostogolire.

Calculul compensatoarelor elastice de dilatare s-a făcut pentru câteva diametre, care se va folosi la calculul forțelor în puncte încastrate ( puncte fixe ).

Pentru calculul forțelor în puncte fixe încastrate ( puncte fixe ) a se vedea notele de calcul la punctul 3.5.5.

Calculul efortului echivalent în punctele cu solicitare maximă este strâns legat de cele două calcul anterioare. Pentru detalii a se vadea punctul 3.5.6. din acest proiect.

NOTE DE CALCUL

3.1. Calculul diagramei de reglare a furnizării căldurii.

Acest calcul s-a făcut pentru construcții urbane și industriale.

a Consumatorii urbani:

t1,2 = temperatura tur, retur

T1 = temperatura agentului termic care pleacă de la sursă

ti = 22°C

ti = temperatura de confort termic interioară preponderentă în ansamblu de locuințe

m = 0,33 – radiatoare din fomtă

m = coeficient determinat experimental în funcție de corpul de încălzire utilizat

°C

u = coeficient de amestec al pompei sau al hidroelevatorului

Calculul centralizat este redat în tabelul 1

Exemplu de calcul:

T1 = t1 + u( t1 – t2 )

T1 = 93 +2.75( 93 – 73 ) =144°C

b. Consumatori industriali

ti = 15°C

m = 0.25 – radiatoare din fontă

m = coeficient determinat experimental în funcție de corpul de încălzire utilizat

Calculul este centralizat în tabelul 2

Exemplu de calcul:

T1 = 15+0,5*80*0,93+95*0,94 = 141.5°C

T2 = 15-0,5*80*0,93+95*0,94 = 67.1°C

tec = -12°C din graficul de reglare calitativă a furnizării căldurii

Reglarea furnizării căldurii se poate face calitativ, calitativ – cantitativ sau intermediar. O reglare calitativă este atunci când G = ct rezultând T=T1-T2 variabil, se menține echilibrul hidro al sistemului și permite diminuarea temperaturii apei, a presiunii turbinei din CET.

Această reglare calitativă este cea mai răspândită.

O reglare cantitativă este atunci când T = ct. rezultă G = variabil, se produc dereglări și nu este posibilă în oraș.

O reglare calitativă – cantitativă ( mixtă ) are dezavantaje și avantaje. Admite diminuarea debitului, cât să nu producă dereglări importante G = 60%.

O reglare intermitentă impune 2 condiții:

punct de frângere

temperatură medie de lungă durată.

Punctul de frângere se observă în grafice că la o temperatură de +10oC, temperatura apei coboară până la 60°C, deci nu se poate prepara apă la temperatura STAS.

Tacm = 60oC

T1/ = 60+ ( 5÷8)°C T1/ 70°C, rezultă o reglare calitativă între tec și te/.

te/ = temperatura punctului de frângere

Există posibilitățile de reglaj:

între 10 ÷ te/ = reglaj intermitent

între te/ ÷ tec = reglaj calitativ

Reglarea intermitentă apare de obicei la temperaturi ridicate exterioare,

deoarece curbele de reglare pentru încălzire nu sunt respectate, fiind necesare reținerea temperaturii apei la 70oC ( aceasta pentru prepararea apei calde de consum menajer la 60oC, conform standarde în vigoare.

Pentru temperatura medie de lungă durată se stabilesc temperaturi medii ale lunii sau perioade, rezultând temperaturi medii pe durată de încălzire.

3.2. Stabilirea sarcinii termice a microraionului M1.

Această sarcină se calculează în regim nominal. Orașele se studiază în perioada dată și într-o perioadă de perspectivă ( 10 – 20 ani ).

Se stabilesc zonele de extindere a orașului fără plan de extindere.

Calculul se face printr-o metodă aproximativă numită metoda apartamentelor medii convenționale.

Sap.conv. = ( 60 – 72 )mp

Pentru calcul se alege Sap.conv. = 60mp

S-a făcut echivalența la apartamente de 2 camere:

qînc = (4000 – 5500)W/ap.med.conv. qînc. = 4500W/ap.med.conv.

qacm = (700 – 800)W/ap.med.conv. qacm = 750W/ap.med.conv

nap = Snivel/ Sap.conv.

nap = număr de apartamente

nap.bloc = număr de apartamente net

Net = nr. de etaje

Qînc = nap.bloc * qînc

Qac.m. = nap.N * qac.m

Tot acest calcul al microraionului M1 este centralizat în tabelul 3

SM1 = suprafața totală a microraionului M1

Dînc/Dacm = densitatea de încălzire, respectiv apă caldă de consum menajer

3.3. Sarcina termică orășenească.

În mod curent în proiect după stabilirea sarcinii termice pe microraionul M1 cu sistematizarea realizată și stabilirea densității termice pe baza acestor calcule se stabilește sarcina termică orășenească presupunând că se păstrează același regim de construcție și aceeași distribuție a blocurilor, a clădirilor în suprafață construită.

Pentru proiectul de față se consideră studiul planului de situație, pentru studii la scări mari 1:25000; 1:50000, realizându-se rețea de termoficare între CET și stațiile centralizate sau zonele industriale. Aceste rețele magistrale între CET până la SC sau PTI se duc prin zone necarosabile și spațiile verzi dintre străzi , blocuri. Pentru mai multe detalii a se vedea schema de calcul hidraulic.

Calculul sarcinii termice orășenești este centralizat în tabelul 4.

Calculul pierderilor de căldură în rețeaua de transport M1

Dînc/Dacm = densitatea de încălzire, respectiv apă caldă de consum menajer

3.3. Sarcina termică orășenească.

În mod curent în proiect după stabilirea sarcinii termice pe microraionul M1 cu sistematizarea realizată și stabilirea densității termice pe baza acestor calcule se stabilește sarcina termică orășenească presupunând că se păstrează același regim de construcție și aceeași distribuție a blocurilor, a clădirilor în suprafață construită.

Pentru proiectul de față se consideră studiul planului de situație, pentru studii la scări mari 1:25000; 1:50000, realizându-se rețea de termoficare între CET și stațiile centralizate sau zonele industriale. Aceste rețele magistrale între CET până la SC sau PTI se duc prin zone necarosabile și spațiile verzi dintre străzi , blocuri. Pentru mai multe detalii a se vedea schema de calcul hidraulic.

Calculul sarcinii termice orășenești este centralizat în tabelul 4.

Calculul pierderilor de căldură în rețeaua de transport

3.4.Calculul hidraulic.

Calculul hidraulic se compune din mai multe părți care sunt evidențiate în

următoarele etape ale proiectului.

Trasarea rețelei în microraionul M1

– s-a amplasat în zona de consum stațiile centralizate urbane, astfel încât să revină la fiecare stație între ( 2000 – 5000 ) apartamente cu condiția ca raza de deservire a clădirilor să nu depășească 400m.

– S.C. s-a plasat în spațiul verde având 3 plecări de alimentare a blocurilor.

– s-a trasat pentru punctele termice cu elevator PTE.

– s-a amplasat un PTE pentru ( 0,5 – 0,8 )MW la o lungime l 80m.

– rețeaua de 90/70oC s-a montat în canal tehnic, iar cea de 150/70oC s-a montat în canal exterior.

Schema de calcul hidraulic

A se vedea schema de calcul hidraulic și punctul 3.3. din proiect.

Calculul de debite de apă fierbinte

Conform temei de proiectare consumatorii urbani sunt racordați diferit de cei industriali.

a). Consumatori urbani:

– schema de racordare urbană pentru încălzire este directă cu amestecul cu hidroelevator, iar pentru prepararea apei calde de consum menajer folosim schema în 2 trepte serie cu instalație de încălzire.

– pentru încălzire folosim amestec cu hidroelevator, deci apă de încălzire cu 90/70oC se prepară cu o piesă statică E.

E = hidroelevator

– hidroelevatorul funcționează pe baza legii continuității și legea conservării cantității de mișcare

R = radiator

schimbătoarele de apă de consum menajer – apă rece la temperatura

tar = ( +5 ÷ +10 )°C până la temperatura standardizată a apei calde ta = 60°C.

tint = temperatură intermediară

– treapta I folosim apă de retur de la încălzirea sistemului

– treapta II preia apa de termoficare și încălzirea apei menajeră fiind automatizată.

D = diafragmă ce permite ca circulația directă a schimbătorului din treapta II să aibă o rezistență mai mare pentru ca apa fierbinte să încălzească treapta II, să intre în schimbător

R3C = robinet de reglare cu 3 căi

R = regulator

RD = robinet de reglare debit ce corelează temperatura exterioară cu temperatura de confort.

DD/ = diafragma de echilibrare a circuitului

( t/h )

c = căldura specifică

c = 4,186KJ/kg.K

( din graficul de reglare a furnizării căldurii )

tac = 60°C

tar = ( 5 ÷ 10 )°C

– sarcina de apă caldă menajeră, este cotă parte din cea totală medie

– pentru prepararea apei calde menajeră, în treapta a II-a în condițiile medii de

lungă durată la temperatura T1// – t2//

Pentru consumatorii urbani secundari de la SC1 la PTE13 debitele de apă fierbinte se calculează cu formulele:

c = 4.186 kJ/kgK

( T1 – t2 )n = 150 – 70 = 80°C

În continuare sunt făcute calcule pentru consumatorii urbani principali și secundari.

CONSUMATORI URBANI PRINCIPALI

SC1

SC2; SC8; SC14

SC3; SC9

SC4; SC10

SC5; SC11

SC6; SC12

SC7; SC13

CONSUMATORI URBANI SECUNDARI

SC1

PTE1

PTE2

PTE3

PTE4

PTE5

PTE6

PTE7

PTE8

PTE9

PTE10

PTE11

PTE12

PTE13

b). Consumatori industriali:

– sistemul de încălzire este racordare directă simplă

– corpurile de încălzire sunt de tipul: serpentine, registre, aeroterme, radiatoare din oțel

– apa caldă menajeră se prepară într-un singur grup de schimbătoare de căldură legate în paralel

– această schemă are rezervoare de acumulare de apă caldă menajeră.

RT – robinet de reglare a temperaturii

(t/h)

c = căldură specifică = 4,186kJ/kg/K

T1/ = din graficul de reglare a furnizării căldurii

În continuare sunt făcute calculele pentru consumatorii industriali.

PTI1

PTI2

PTI3

Calculul de dimensionare

La baza acestui calcul stau schemele de calcul hidraulic complete, schemele de racordare propuse în tema de proiectare și relațiile de calcul specifice calcului hidraulic.

– dimensionarea se face în regim nominal

– debitele sunt acumulate : încălzire + apă consum menajeră

– regimul de dimensionare este pătratic – rugos

– se consideră rețelele de termoficare, rețelele care predomină pierderile uniform distribuite, deoarece sunt rețele foarte lungi în raport cu pierderile locale

Lc = L + Le ( m )

Lc = lungimea de calcul

L = lungimea reală a traseului între 2 puncte

Le = lungimea echivalentă a pierderilor locale

Le = ( 0,2 0,3 )L

R = rugozitatea absolută a conductei, ce se consideră după câțiva ani de funcționare

R = 0,5m

– pe magistrală, de la CET – SC1, pierderile sunt:

psp = ( 30 80 ) Pa/m

– pe derivații și racorduri pierderile sunt:

psp = ( 150 250 ) Pa/m

– pe arterele secundare pierderile sunt psp 100 Pa/m

– viteza v 2,5 m/s

– la CET vom avea cea mai mare viteză, iar la SC-uri în jur de ( 0,8 1 )m/s

ptronson = psp * Lc

ptot = ptr ( mCA )

Calculul este centralizat în tabelul 5, tabelul calcului hidraulic de apă

fierbinte CET – SC1.

Tabelul 5

Calculul hidraulic de apă fierbinte SC1 – PTE13 este centralizat în tabelul 6.

– calculul hidraulic de apă fierbinte SC1 – PTE13 este la fel cu calculul hidraulic de apă fierbinte CET – SC1.

– acest calcul l-am făcut pentru un singur tronson, cel mai lung și mai încărcat.

TABELUL 6

3.4.5. Trasarea graficului piezometric

Graficul piezometric se realizează la studiile de încălzire al orașelor. De aceste grafice, numite grafice de presiune se ține seama pe toată perioada de existență a instalației.

Regimul instalației și graficul piezometric se verifică în fiecare an. Pentru întocmirea graficului piezometric este nevoie de planul de situație care conține cotele de nivel și ridicări topometrice.

Graficul piezometric s-a făcut pe hârtie milimetrică cu scările 1:2000 orizontal și scara 1:500 vertical. De asemenea s-a desenat și schema desfășurată a rețelei magistrale. Toate derivațiile și racordurile se desfășoară decalându-se de magistrală, decalarea însemnând 5mm pe plan. În dreptul CET s-a stabilit cota zero a terenului.

Trasarea înălțimii hidrostatice a consumatorilor racordați ( înălțimea până la care se ridică fluidul și depinde de numărul de nivele ).

Linia de presiune maximă admisă la urban – radiatoare de fontă (45-50)mH2O, iar la industrie 100mH2O.

Graficul se începe cu trasarea înălțimii de adaos.

Hadaos = ( 12 – 15 )mH2O, dar poate ajunge până la 25mH2O și Gad20m3/h

Rolul pompei de adaos este de a adăuga apa efectiv pierdută prin neetanșeități și joacă rolul de vas de expansiune, adăugând apă în sistem pentru a compensa variațiile de volum datorate de temperatura apei.

Pompa de adaos asigură posibilitatea minimă necesară la absorbția pompelor de circulație din rețea. De asemenea se asigură evitarea fenomenului de cavitație a pompelor de circulație.

Presiunea nominală este de 25 bar, iar cea de lucru 16 bar. Trasarea liniei piezometrice pe retur magistrală CET – SC1 se face din punct în punct și se folosește calculul hidraulic pentru magistrală și anume ptronson.

Cele 4 condiții de racordare directă sunt:

să nu vaporizeze apa

evitarea suprapresiunii în rețea

evitarea golirii instalației de încălzire

echilibrarea rețelei

a). Condiția de nevaporizare a apei în sistem.

Presiunea efectivă în orice punct al sistemului este presiunea măsurată la manometru în axul conductei. Presiunea în orice punct al sistemului trebuie să fie mai mare sau egală cu presiunea de saturație, corespunzătoare temperaturii punctului.

Dacă presiunea în orice punct al sistemului este mai mică decât presiunea de saturație, atunci apa fierbe și rezultă loviturile de berbec, fenomen ce se produce brusc.

b). Condiția de evitare a suprapresiunii în sistem.

Presiunea efectivă în orice punct al sistemului trebuie să fie mai mică sau egală cu presiunea maximă admisă în punctul din instalație. Dacă presiunea efectivă mai mare decât presiunea maximă admisă se sparg corpurile de încălzire ale instalației.

c). Condiția de evitare a golirii instalației de încălzire ( dezaerarea instalației ).

Presiunea efectivă în conducta de întoarcere în instalație în orice punct al sistemului trebuie să fie mai mare decât înălțimea hidrostatică a consumatorilor racordați astfel încât să se evite sau vaporizarea pe retur sau golirea consumatorilor de încălzire racordați la sistem.

D1). Condiția de echilibrare a sistemului.

Echilibrarea hidraulică a sistemului permite ca presiunea realizată la pompa de circulație de la ultimul consumator ( SC1 ) să fie consumată de toți consumatorii. Presiunea efectivă ( diferența de presiune între tur și retur ) este egală cu rezistența hidraulică a consumatorilor racordați. Dacă diferența de presiune este mai mare decât rezistența consumatorilor, această presiune se consumă prin mărirea debitului care circulă la acest consumator. În acest fel consumatorul va avea mai multă căldură decât este necesar în detrimentul celorlalți consumatori apropiați.

Dacă diferența de presiune este mai mică decât rezistența consumatorilor (capăt de rețea ), la acești consumatori circulă un debit mai mic decât debitul necesar, ceea ce implică consumatori mai puțin încălziți. Pentru a se evita o soluție de moment, se montează niște pompe de ridicare a presiunii bine calculate, montate pe tur, sau pe retur, după cum este cazul. Pentru aceasta în cazul unui exces de presiune în punctul de racordare se va monta la consumatori rezistențe hidraulice locale – diafragme de echilibru ( armături cu ventil, turbopompe ).

Pentru citirea presiunii efective trebuie cunoscut punctul ca poziție pe teren și graficul propriu.

După studierea condițiilor pe retur se stabilește presiunea efectivă a pompei de adaos.

(mH2O)

He = h ( 0,58u2 +2,12u+1,56 )

h = rezistența hidraulică a instalației de încălzire a consumatorilor urbani

h = ( 0,5 – 2 )mH2O h = 1mH2O

u = coeficient de amestec

– pentru o amplă exemplificare a se vedea graficul piezometric.

Trasarea graficului piezometric în regim dinamic.

Consumatori urbani:

– se stabilește presiunea din punct de racordare pe ducere și întoarcere

– se trasează în aceste puncte graficul piezometric conform calculului hidraulic pentru rețeaua de la consumatorul dat

– se stabilește disponibilul de presiune în punctul de racordare și se epuizează excedentul de presiune dacă există pe ducere, pe întoarcere sau pe ambele în funcție de necesități

– diafragmele se montează de preferință pe ducere

– în cazul în care se constată vaporizarea apei, excedentul de presiune se montează pe întoarcere total sau parțial

Consumatori industriali:

– se va proceda la fel ca la consumatorii urbani

– se plasează pe ducere excedentul de presiune

se stabilește de către beneficiar

3.4.7. Trasarea graficului piezometric în regim static.

În regimul static pompele de circulație nu funcționează, deci viteza este zero.

– după trasarea graficului în regim dinamic ( când pompele de circulație funcționează)

– există cazuri de avarie în timpul anului și atunci sunt deconectate brusc pompele de circulație

– astfel rețeaua nu e periclitată, iar energia cinetică care se transformă în energie potențială este disipată în sistem dat bay – pasului la CET prevăzut cu clapete de reținere cu rol de siguranță

– pompa de adaos este singura care rămâne în funcționare ( dacă vaporizează, dacă se golesc instalațiile, dacă se sparg corpurile de încălzire )

– la CET se introduce 3 stații de pompare numită stație de pompare statică

– linia statică se trasează deasupra celui mai înalt consumator racordat direct cu (5-10)m

– se verifică dacă cele 4 condiții sunt îndeplinite:

echilibrarea nu ne interesează deoarece lichidul nu circulă

apare local vaporizare pefect psat, dar fluidul se răcește și apare condensul

în sisteme orășenești pornirea instalației se face automatizat (HstHad)

condiția de nevaporizare nu pune probleme deosebite, deoarece fluidul nu circulă

3.5. Calculul de rezistență

Calculul de rezistență suportă mai multe etape, care sunt prezentate în continuare în proiect.

3.5.1. Întocmirea schemei termomecanice.

– schema termomecanică s-a trasat pe planul de situație existent la scara 1:1000

– traversarea căilor de comunicație se face perpendicular

– s-a urmărit traseele căilor de comunicație

– puncte fixe se pun la robinetele de sodorizare

– începând cu traseul de la CET din 600 în 600m s-au montat armături de închidere ( pentru golirea rețelei parțial )

– s-au montat puncte fixe și în punctele de golire și aerisire, și la intrarea și ieșirea din orice clădire

– în condițiile economice ( cât mai puține puncte fixe ), există posibilitatea compensării dilatării

– între două puncte fixe trebuie să existe un sistem de compensare a dilatării

– suporturile mobile permit dilatarea laturii

– suporturile sunt tipizate și permit 16 cm dilatare

– lungimea maximă limitată la 70 m, datorită secțiunii canalelor care este tipizată ( nu se poate dilata perfect )

– stabilirea lungimii minime a laturii scurte ( L1 ), L1 20Dn

– suporturile dublu mobile ( ; M ) sunt de o parte și de alta a unghiurilor compensatoare

– suporturile simple mobile ( m; ) permit deplasarea țevii doar pe direcții axiale

– prin pretensionarea se introduc eforturi pe jumătate din cele finale, dar cu semn schimbat

– în punctele fixe nu avem dilatare

– lirele de dilatare se montează între 2 puncte fixe, pe partea unde temperatura este mai mare.

3.5.2. Calculul grosimii peretelui țevii ( alegerea conductelor ).

Calculul grosimii peretelui țevii ( alegerea conductelor ) este un calcul la limită și se realizează prin metoda rezistenței admisibile.

Acest calcul este făcut pentru 5 diametre diferite, pornind de la CET până la SC1.

(mm)

s = grosimea peretelui țevii

pi = presiunea în interiorul magistralei la sursă

pi = padaos + pcirc ( daN/cm ) – din graficul piezometric

pi = 25 + 158,84 = 183,84mH2O = 18,3 daN/cm2

di = diametrul țevii respective

di Dn

di = de – 2s

= coeficient datorat sudării țevilor

= 0,85 țevi cu sudură

= 1 țevi fără sudură

adm = efortul admisibil

r = efortul la rupere = 4500 daN/cm2 sau 3700 daN/cm2, în funcție de conducte: trase sau sudate elicoidal

csig = coeficient de siguranță

csig = 3,75 pentru conducte trase

csig = 3 pentru conducte elicoidal sudate

c = coeficient de adaos f(s):

s 5 mm ( se adaugă 0,5 mm )

s = 7 mm ( se adaugă 0,7 mm )

s 8 mm ( se adaugă 0,8 – 1 mm)

– calculul grosimii peretelui țevii ( alegerea conductelor ) este prezentat în continuare pentru 5 diametre diferite.

1). CET-1

di = Dn = 700 mm

= 0,85 csig = 3

se alege țeavă de 700 8

2). 1 – 2

di = Dn = 450 mm = 500 mm

se alege țeavă de 500 7

3). 3 – 4

di = Dn = 350 mm

se alege țeavă de 350 9

4). 5 – 6

di = Dn = 250mm

se alege țeavă de 250 6

5). 6 – SC1

di = Dn = 150 mm

se alege țeavă de 150 5,5

3.5.3. Calculul distanței între suporturile mobile, forțe în puncte mobile.

Calculul distanței între suporturile mobile s-a făcut pentru cele 5 diametre diferite pentru care s-a făcut calculul grosimii peretelui țevii (alegerea conductelor)

Mmax = momentul maxim de încovoiere

gt = gțeavă + gapă + giz

gt = greutatea totală a conductei

gteavă = greutatea țevii

gapă = greutatea apei

giz = greutatea izolației

l = lungimea țevii

W = modulul de rezistență

adm.încov. = efortul admisibil la încovoiere

adm.încov. = ( 200 250 ) daN/cm2 = 225 daN/cm2 – pentru canale vizitabile și aeriene.

adm.încov = ( 500 700 ) daN/cm2 =600 daN/cm2 – pentru canale nevizitabile

Calculul distanței între suporturile mobile este prezentat în continuare.

1). Dn = 700 8 Ap = 178,94cm2

I = 113206,36cm4

W = 3146,11cm3

g = 642,27kg/m

2). Dn = 500 7 Ap = 113,03cm2

I = 37269,53cm4

W = 1430,69cm3

g = 353,05kg/m

3). Dn = 350 9 Ap = 104,05cm2

I = 17592,66cm4

W = 933,29cm3

g = 239,26kg/m

4). Dn = 250 6 Ap = 66,6cm2

I = 5941,29cm4

W = 427,33cm3

g = 135,22kg/m

5). Dn = 150 5,5 Ap = 25,31cm2

I = 578,85cm4

W = 89,32cm3

g = 49,93kg/m

CET – 1 700 8

1 – 2 500 7

3 – 4 350 9

6 – SC1 150 5,5

5 – 6 250 6

CET – 1

1 – 2

2 – 3 = 3 – 4

5 – 6

6 – SC1

Forțele în punctele mobile s-a făcut pentru forțe de alunecare și pentru forțe de rostogolire.

Compensator cu forțe de alunecare

Se face pentru orice diametru subteran, iar aerian numai pentru diametre de până la 200 mm.

Pf = Pv

Pf = forța de frecare

Pv = forța verticală a țevii

= coeficient de frecare

axial = 0,3; tranv = 0,3

– pentru Dn 80 = 0,6

Suport cu rostogolire cu un singur tren de role

Pf.ax = ax Pv

Pftranv = tranv Pv

axial = 0,05 0,1 axial = 0,1 pentru Dn 200

tranv = 0,3

Calculul forțelor în punctele mobile pentru forțe de alunecare și forțe de rostogolire este centralizat în tabelul 7.

TABELUL 7

3.5.4. Calculul compensatoarelor elastice de dilatare.

Acest calcul s-a făcut pentru 3 compensatoare de tip L, Z, U.

a). Compensatoare de tip L. yG

y

xo = nL1cos C

B YG

G XG xG

L1

x

A

x

y

A

Y

X

MA

Dn = 500mm = 50cm

= 0o; = 90o

1). Componentele xo și yo

E = modulul de elasticitate longitudinal pentru OLT – 45

= coeficientul de dilatare liniară pentru OLT – 45

2). Componentele deplasării punctului A sub efectul dilatării termice

3). Coordonatele centrului de greutate al sistemului

4). Coordonatele centrului de greutate al sistemului, tronsoanele AB și BC au centrele de greutate cu coordonatele

G1: xG1 = 0

YG1 = L1/2 = 68/2 = 34m

G2

5). Momentele statice ale sistemului în raport cu axele x și y.

6). Momentele inerțiale ale sistemului în raport cu X și Y.

7). Momentele de inerție ale sistemului în raport cu axele XG și YG.

8.). Componentele X și Y (XG și YG )

9). Momentele de încovoiere în punctele: A, B, C.

10). Componentele forței din reazemul fix C, pe direcțiile x/ și y/.

11). Tensiunea maximă la încovoiere.

b). Compensator de tip Z.

y yG

L

C D

YG P

G XG xG

Y

A B x

A X nL

x xo = L ( n + 1 )

MA

P

Dn = 700mm = 70cm

1). Componentele xo și yo.

2). Componentele deplasării punctului A sub efectul dilatării termice.

3). Momentele statice ale sistemului în raport cu axele x și y.

4). Coordonatele centrului de greutate

5). Momentele de inerție ale sistemului în raport cu axele x și y.

6).Momentele de inerție ale sistemului în raport cu axele xG și yG.

7).Componentele X și Y ( XG și YG )

8). Momentele de încovoiere. 9). Tensiunea maximă la încovoiere.

c). Compensator de tip U.

F1 PK F2 X

1/3 1/3 1/3

L L

Calculul compensatorului de dilatare tip U, se va calcula pentru 4 diametre diferite.

1. Dimensiunile lirei la diametrul: Dn = 450mm Dn = 500mm

L = 94m = 9400cm

L = lungimea dintre două puncte fixe

R = ( 1 2 )Dn = 2*500 = 1000mm=100cm

R = raza lirei de dilatare

OLT 45

De = 520mm = 52cm

E = 1,79 * 106kgf/cm2 = 1,75 * 106daN/cm2

E = modulul de elasticitate longitudinal

= 12,1 * 10-6

= coeficient de dilatare liniară

I = 37269,53cm4

I = momentul de inerție

H = înălțimea lirei de dilatare

H = 2R+ ( 3 4 )Dn = 4Dn + ( 3 4 )Dn = ( 7 8 )Dn

H = 7Dn = 7 * 500 = 3500mm = 350cm

adm = efortul admisibil

L = L(tfl – t0)

L = diferența de lungime la dilatare

tfl = temperatura fluidului = 150°C

t0 = temperatura mediului ambiant = 0°C

A = momentul de inerție al liniilor elastice ale lirii

– cu B aflat, se introduce în relația momentului de inerție al liniilor elastice ale lirei și rezultă un A1.

A1 = 17281250+122500*1083,41 = 1,5*108cm

Pk = forța de întindere

2. Dimensiunile lirei la diametrul: Dn = 350mm

L = 74m = 7400cm

L = lungimea dintre două puncte fixe

R = ( 1 2 )Dn = 2*350 = 700mm=70cm

R = raza lirei de dilatare

OLT 45

De = 377mm = 37,7cm

E = 1,79 * 106kgf/cm2 = 1,75 * 106daN/cm2

E = modulul de elasticitate longitudinal

= 12,1 * 10-6

= coeficient de dilatare liniară

I = 17592,66cm4

I = momentul de inerție

H = înălțimea lirei de dilatare

H = 2R+ ( 3 4 )Dn = 4Dn + ( 3 4 )Dn = ( 7 8 )Dn

H = 7Dn = 7 * 350 = 2450mm = 245cm

adm = efortul admisibil

L = L(tfl – t0)

L = diferența de lungime la dilatare

tfl = temperatura fluidului = 150°C

t0 = temperatura mediului ambiant = 0°C

– cu B aflat, se introduce în relația momentului de inerție al liniilor elastice ale lirei și rezultă un A1.

A1 = 5927468,75+60025*909,16 = 6,05 * 107cm

Pk = forța de întindere

3. Dimensiunile lirei la diametrul: Dn = 250mm

L = 111m = 11100cm

L = lungimea dintre două puncte fixe

R = ( 1 2 )Dn = 2*250 = 500mm=50cm

R = raza lirei de dilatare

OLT 45

De = 273mm = 27,3cm

E = 1,79 * 106kgf/cm2 = 1,75 * 106daN/cm2

E = modulul de elasticitate longitudinal

= 12,1 * 10-6

= coeficient de dilatare liniară

I = 5941,29cm4

I = momentul de inerție

H = înălțimea lirei de dilatare

H = 2R+ ( 3 4 )Dn = 4Dn + ( 3 4 )Dn = ( 7 8 )Dn

H = 7Dn = 7 * 250 = 1750mm = 175cm

adm = efortul admisibil

L = L(tfl – t0)

L = diferența de lungime la dilatare

tfl = temperatura fluidului = 150°C

t0 = temperatura mediului ambiant = 0°C

– Cu B aflat, se introduce în relația momentului de inerție al liniilor elastice ale lirei și rezultă un A1.

A1 = 2160156,25 + 30625 * 1454,3 = 4,67 *107cm

Pk = forța de întindere

4. Dimensiunile lirei la diametrul: Dn = 150mm

L = 54m = 5400cm

L = lungimea dintre două puncte fixe

R = ( 1 2 )Dn = 2*150 = 300mm=30cm

R = raza lirei de dilatare

OLT 45

De = 152mm = 15,2cm

E = 1,79 * 106kgf/cm2 = 1,75 * 106daN/cm2

E = modulul de elasticitate longitudinal

= 12,1 * 10-6

= coeficient de dilatare liniară

I = 878,85cm4

I = momentul de inerție

H = înălțimea lirei de dilatare

H = 2R+ ( 3 4 )Dn = 4Dn + ( 3 4 )Dn = ( 7 8 )Dn

H = 7Dn = 7 * 150 = 1050mm = 105cm

adm = efortul admisibil

L = L(tfl – t0)

L = diferența de lungime la dilatare

tfl = temperatura fluidului = 150°C

t0 = temperatura mediului ambiant = 0°C

– cu B aflat, se introduce în relația momentului de inerție al liniilor elastice ale lirei și rezultă un A1.

A1 = 466593,75 + 11025 * 647,03 = 7,6 *106cm

Pk = forța de întindere

3.5.5. Calculul forțelor în punctele de încastrare ( puncte fixe ).

Calculul forțelor în punctele de încastrare se calculează pentru forțe verticale și forțe în planul orizontal pe direcția xoy, unde x este axa conductei pe care este montat punctul fix.

Calculu forțelor verticale se calculează cu formula de mai jos și este în funcție de diametrul conductei.

( daN )

gt = greutatea conductei ( kg/m )

l = distanța dintre reazemele mobile ( m )

Calculul forțelor orizontale este compus din calculul mai multor forțe și se adoptă la situațiile create:

a). forțe datorate frecării care se descarcă în punctele fixe

b). reacțiunile elastice ale compensatoarelor de dilatare

c). forțe de frecare în compensatorul axial cu presgarnitură

d). forțe datorate presiunii interioare a fluidului

a). forțe datorate frecării care se descarcă în punctele fixe

a1). forțe de frecare cu suporturi mobile – la dilatare

– depind de configurația de dilatare aleasă

– aceste forțe sunt inversul mișcării la dilatare sau la strângere

– la dilatare, lira este deformată, mișcarea pe suportul mobil este către liră

( daN )

ax = 0,3 = coeficient de frecare

gt = greutatea conductei ( kg/m )

L = lungimea dintre două puncte fixe

a2). forțe datorate frecării care se descarcă în puncte fixe

1 = unghiul format de două puncte fixe – vezi schema term,omecanică

ax = tr =0,3 = coeficient de frecare

gt = greutatea conductei ( kg/m )

– aceste forțe apar la compensatoarele elastice de tip L și Z

b). reacțiunile elastice ale compensatoarelor de dilatare

A, B, C = eforturile de încovoiere în punctele:A, B, C în cazul compensatoarelor de tip L și Z

W = modulul de rezistență

adm (800 1000 ) daN/cm2

A, B, C adm

c). forțe de frecare în compensatorul axial cu presgarnitură

pi = presiunea în interiorul magistralei la sursă

d). forțe datorate presiunii interioare a fluidului

– presiunea apare în exterior la punctul de încastrare, dacă fluidul întâlnește o suprafață transversală de conductă

Acest calcul pentru forțele de încastrare ( puncte fixe ) s-a făcut pentru 3 scheme deferite ( vezi schema termomecanică ) și este prezentat în continuare în acest proiect de rețele termice.

1). Schema 1

Calculul forțelor verticale:

D1 = 700mm D2 = 450 = 500mm D3 = 250mm

D2 D1

D3

Pv1 = gt * l = 612,43 * 18,7 = 11452,44daN

Pv2 = gt * l = 353,05 * 10,4 = 3671,72daN

Pv3 = gt * l = 135,22 * 9,24 = 1249,43daN

Calculul forțelor în plan orizontal:

a1). forțe de frecare pe suporturi mobile

a2). forțe datorate frecării care se descarcă în puncte fixe

1 = 29 = unghiul format de două puncte fixe

b). reacțiunile elastice ale compensatoarelor de dilatare

Pk2 = 3708,9daN ( vezi punctul 3.5.4. – compensatorul de tip U )

( vezi punctul 3.5.4. – compensatorul de tip L)

X = 13,66daN

Y = 9,79daN

A; B; C adm ( 800 ÷ 1000 )daN/cm2

c ). forțele de frecare în compresorul axial cu presgarnitură

PC3 = (2 ÷ 3) pI * * De * b

pi = 18,3*104daN/m2 = 18,3daN/cm2

= 0,3; De = 720mm;

d) forțe datorate presiunii interioare a fluidului

V1, V2 deschise

V1 închisă

V2 închisă

V1 deschisă

V1; V2 deschise

V1 închisă

V2 închisă

2). Schema 2

Calculul forțelor verticale:

D1 = 350mm D2 = 450mm D3 = 250mm

D1 D2

D3

Pv1 = gt * l = 230,26 * 10,26 = 2362,46daN

Pv2 = gt * l = 353,05 * 10,4 = 3671,72daN

Pv3 = gt * l = 135,22 * 9,24 = 1249,43daN

a). forțe datorate frecării care se descarcă în punctele fixe

b). nu există reacțiuni elastice ale compensatoarelor de dilatare la această schemă

c). forțe de frecare în compensatorul axial cu presgarnitură

= 0,3; pi = 18,3daN/cm2

b = De / 4 = 252/4 = 63mm

De = 252 mm

d). forțe datorate presiunii interioare a fluidului

V1; V3 deschise

Piax = -Picot1 – Pired + Picot2 = – 17606,6 – 18325,3 + 35931,9 = 0

V1 închisă

Piax = -Picot1 + Piv1 = -17606,6 + 17606,6 = 0

V3 închisă

Pitr = -Piv3 + Piteu3 = -8982,9 + 8982,9 = 0

V1 deschisă

Pitr = Piteu3 = 8982,9daN

V1; V3 deschise

Pax = P = Pf1 * 0,5 – Pf2 + Pk1 * 0,5 – Pk2

Pax = 2486,8*0,5-5083,92+3417,1*0,5-3708,9=- 5840,87daN

Ptr = Pf3+ Pc3= 1014,15 + 8210,4 = 9224,55daN

V2, V3 închise

Pax = Pf1+ Pk1 = 2486,8 + 3417,1 = 5903,9daN

Ptr = 0

3). Schema 3

Calculul forțelor verticale:

D1 = 250mm D2 = 350mm D3 = 150mm

D1 D2

D3

Pv1 = gt * l = 135,22 * 9,24 = 1249,4daN

Pv2 = gt * l = 230,26 * 10,26 = 2362,4daN

Pv3 = gt * l = 49,93 * 7,39 = 368,9daN

a). forțe datorate frecării care se descarcă în punctele fixe

b). nu există reacțiuni elastice ale compensatoarelor de dilatare la această schemă

c). nu există forțe de frecare în compensatorul axial cu presgarnitură la această schemă

d). forțe datorate presiunii interioare a fluidului

V3 deschisă

Piax = -Picot1 – Pired + Picot2 = – 8982,9 – 8623,6 + 17606,6 = 0,1da/N

Pitr = Pi teu3 = 3233,8 da/N

V3 închisă

Piax = -Piv3 + Pi teu3 = -3233,8 + 3233,8 = 0

V3 deschisă

Pax = P = Pf1 * 0,5 – Pf2 + Pk1 * 0,5 – Pk2

Pax = 2190,5 * 0,5-2555,8 + 2241,9 * 0,5 – 3417,1 = – 3756,7daN

Ptr = Pf3+ Pc3= 479,3 + 991,6 = 1470,9daN

V3 închisă

Pax = Pf3 = 479,3da/N

3.5.6. Calculul efortului echivalent în punctele cu solicitare maximă.

Deoarece conductele rețelelor termice într-o secțiune dată sunt solicitate după mai multe direcții, apare necesitatea verificării rezistenței materialului din care sunt fabricate.

Relația specifică de verificare este de forma:

ech = efortul unitar normal echivalent

r = efortul unitar pe direcția radială

tg = efortul unitar pe direcția tangențială

ax = efortul unitar pe direcția axială

adm = limita de elasticitate a materialului

( daN/cm2 )

pi = presiunea în interiorul magistralei la sursă

( daN/cm2 )

s = grosimea peretelui țevii

Di = diametrul țevii

( daN/cm2 )

P = suma forțelor axiale totale

A = secțiunea tranversală

M = suma momentelor care acționează transversal

W = modulul de rezistență

Mg = momentul încovoietor datorat greutății proprii

Me = momentul încovoietor datorat funcției de reacțiune elastică

Mv = momentul încovoietor datorat acțiunii vântului

În cazul când efortul unitar mediu este pozitiv ( de întindere ) rezultă:

, iar relația de verificare este:

= 0,25 0,26

= coeficientul lui Poisson

În cazul în care efortul unitar mediu este negativ ( de comprimare ) rezultă:

, iar relația de verificare este:

r = efortul la rupere

csig = coeficientul de siguranță

csig = 3,75 – la conducte trase

csig =3 – la conducte elicoidal sudate

r = 4500daN/cm2 – pentru conducte trase

r = 3700daN/cm2 – pentru conducte elicoidal sudate

– adm s-a calculat la punctul 3.5.2. – calculul grosimii peretelui țevii ( alegerea conductelor )

– analizând pe ax se observă:

– se ține seama că forțele de presiune interioară Pi nu își schimbă niciodată sensul ( sens de la fluid către perete, normal pe perete ) stabilirea sensului general al forțelor și al momentelor

– celelalte forțe Pf, Pk, Pc au un sens la răcire sau încălzire ( întindere sau comprimare )

– semnul momentelor este determinat de semnul forțelor

– chiar dacă forțele de presiune nu solicită punct fix echilibrându-se, secțiunea de effort maxim sunt solicitate de forța de presiune interioară care acționează de o parte și de alta a încastrării

Acest calcul s-a făcut în corelație cu cele 3 scheme de forțe în puncte de încastrare ( puncte fixe ), prezentate la punctul 3.5.5. din prezentul proiect de rețele termice.

1). Schema 1

– vezi schema 1 de la punctul 3.5.5.

W = 1430,69cm3

Verificare:

2). Schema 2

– vezi schema 2 de la punctul 3.5.5.

W = 476,11cm3

Verificare:

3). Schema 3

– vezi schema 3 de la punctul 3.5.5.

W =933,29cm3

Verificare: