Как составить пьезометрический

2018-03-17

Как построить напорную и пьезометрическую линии

Напорная и пьезометрическая линии являются графической иллюстрацией уравнения Бернулли, они показывают изменение полного и статического напора вдоль потока.

Что такое напорная и пьезометрическая линии?

Пьезометрическая линия характеризует изменение удельной потенциальной энергии, на сужающихся участках понижается, на расширяющихся повышается, а на участках с постоянным сечением проходит горизонтально (если речь идет об идеальном движении без потерь энергии) или со снижением, вызванным гидравлическими потерями (если речь идет о вязкой жидкости). Пьезометрическая линия отображает изменение статического напора.

Напорная линия характеризует изменение суммарной удельной энергии, для идеального движения жидкости (без потерь энергии) проходит горизонтально, для вязкой жидкости снижается за счет гидравлических потерь.Напорная линия отображает изменение полного напора.

Напорную и пьезометрические линии, как правило, строят в координатной плоскости совмещенной с принципиальной схемой гидросистемы.

Пример построения напорной и пьезометрической линии

Рассмотрим систему, в которой жидкость вытекает из бака по наклонному трубопроводу, уровень в баке постоянный. Построим напорную и пьезометрическую линии для идеальной жидкости при отсутствии гидравлических потерь.

Плоскость сравнения проведем таким образом, чтобы она совпадала с нижней точкой оси трубопровода.

Для лучшего понимания построений выберем живые сечения 1-1, 2-2 и 3-3 на участках с плавно изменяющимися параметрами течения. Запишем уравнение Бернулли для этих сечений, учтивая, то, что потери энергии отсутствуют.

Н = z₁ + p₁/ρg + V₁²/2g = z₂ + p₂/ρg + V₂²/2g = z₃ + p₃/ρg + V₃²/2g

В баке полный напор равен геометрическому, при отсутствии гидравлических потерь, оттока и притока жидкости напор – величина постоянная, поэтому напорная линия будет горизонтальной.

Каждая точка пьезометрической линии находится непосредственным сложением геометрического (z) и пьезометрического (p/ρg ) напоров в выбранном сечении, либо вычитание из полного напора (Н) скоростного V²/2g .

В баке полный напор равен статическому, по этой причине напорная и пьезометрическая линии совпадают. В выходом сечении трубы статический напор отсутствует, т.к высота z = 0 и избыточное давление р = 0 (жидкость вытекает в атмосферу).

В промежуточном сечении трубы статический напор также будет равен 0, т.к полный напор величина постоянная, и скорость также будет постоянной (отток и приток жидкости отсутствуют, диаметр трубы постоянный). По этой причине на участке между сечениями 2-2 и 3-3 пьезометрическая линия совпадает с плоскостью сравнения. В зоне формирования скоростного напора происходит падение статического напора, поэтому пьезометрическая линия на этом участке устремляется вниз.

Напорная и пьезометрической линии для потока реальной вязкой жидкости

Построим напорную и пьезометрическую лини для другой системы, с учетом гидравлических потерь.

На рисунке обозначены:

• h_l1 – потери по длине на участке l1
• h_вх – потери удельной энергии на входе
• h_в – потери удельной энергии на вентиле
• h_вр – потери напора на местном сопротивлении – внезапном расширении
• h_1-2 – потери энергии на участке между живыми сечениями 1-2
• z – геометрическая высота
• V₂²/2g – скоростной напор

Снижение напорной линии вызвано потерями энергии на местных сопротивлениях, а также потерями по длине.

На участках с постоянным сечением снижение пьезометрической линии объясняется потерями по длине. При расширении трубопровода скорость движения жидкости падает, следовательно скоростной напор снижается, а статический возрастает, пьезометрическая линия на этом участке смещается вверх.

      Здравствуйте! Для того, чтобы построить пьезометрический график, или как я его называю, график давлений, необходимо:

1. Схема тепловой сети, с разветвлениями по участкам. На схеме должны быть указаны диаметры трубопроводов, их протяженность, номера участков и др.данные.

2. Профиль магистрали (условно принимают отметку земли).

3. Гидравлический расчет тепловой сети. Это вообще ключевой момент. Про гидравлический расчет теплосети я писал в этой статье.

4. Высота зданий по теплотрассе.

5. Напор концевого абонента тепловой сети.

      В последнем, пятом пункте напор у концевого абонента принимается, как правило, равным необходимому располагаемому напору перед элеватором (для графика 150/70 °C – не менее 15 м.в.ст., для графика 130/70 °C — не менее 12 м.в.ст.). Необходимый напор умножается на коэффициент 1,5. Если есть вероятность и перспектива дальнейшего строительства зданий, то необходимый напор принимают не менее 20 м.в.ст.

      Если все вышеприведенные исходные данные у вас есть, то можно начинать составление пьезометрическиго графика. Пьезометрический график (рис.1) состоит из следующих элементов:

1. Линия давлений в подаче

2. Линия давлений в обратке

3. Линия статического давления

      Вот здесь то и пригодятся результаты гидравлического расчета тепловой сети, так как уклоны в линии подачи, и в линии обратки характеризуют падение давления в теплосети. И чем больше цифровые значения падения давления, тем круче линия графика давления (пьезометрического графика).

     Линия, замыкающая подачу и обратку у концевого потребителя, отображает необходимый потребный напор, и принимается из исходных данных.

     Линия, замыкающая линию подачи и обратки в начале тепловой сети (от теплоисточника) означает суммарное падение давления подачи и обратки и концевого ввода (напор у вывода из теплоисточника).

     Линия давлений обратки пьезометрического графика должна быть достаточно высокой, это говорит о наполнении местных систем теплоснабжения зданий. Также она не должна пересекать здания на графике. Это — условие бесперебойности теплоснабжения. Но одновременно минимальная линия давлений пьезометрического графика в обратке должна быть такой, чтобы не повредились чугунные радиаторы отопления. Об этом чуть ниже по тексту.

      Выполнение всех этих условий очень зависит от рельефа и от высоты зданий по теплотрассе. Ввиду этого начальную точку линии давлений зачастую приходится искать методом подбора.

     Если профиль местности достаточно спокойный, то построение пьезометрического графика начинают с нейтральной точки. Нейтральную точку у всасывающего патрубка сетевого насоса принимаем так, чтобы обратка магистрали теплосети располагалась на 3-5 м.в.ст. выше, чем наиболее высоко расположенное здание.

      Какими же требованиями к режимам давлений в тепловой сети следует руководствоваться при построении пьезометрического графика? Рассмотрим два режима давлений в тепловой сети. А именно, динамический — режим, когда работают сетевые насосы. И статический режим — когда сетевые насосы выключены. При динамическом режиме необходимо выполнение следующих требований.

Для обратного трубопровода:

1. Давление в обратке должно быть выше статического давления в местных системах отопления, а значит линия обратки должна располагаться на графике выше любого из зданий, и с запасом на 3 — 5 м.в.ст.

2. Максимальное давление должно быть не выше 60 м.в.ст. Это необходимо для того, чтобы не разрушались чугунные ралиаторы отопления.

3. Минимальное давление должно быть не меньше 5 м.в.ст. Это необходимо для того, чтобы не происходил подсос воздуха в трубопровод теплоснабжения, и не происходил разрыв циркуляции во внутренних системах теплоснабжения и коррозия.

Для подающего трубопровода:

     Минимальное давление принимаем из условия невскипания теплоносителя в теплосети:

при t1 = 130 °С — 18 м.в.ст.

при t1 = 140 °С — 27 м.в.ст.

при t1 = 150 °С — 39 в.ст.

      Рассмотрим теперь статистический режим. Это режим для линии статического давления. Как известно, статическое давление создается при помощи подпиточного насоса. Это давление обеспечивает заполнение внутренних систем отопления даже при остановке сетевых насосов. Следовательно, в межотопительный период в тепловой сети и местных внутренних системах отопления должно быть давление выше статического, для того, чтобы не было попадания воздуха и коррозии трубопроводов.

      Значит, минимальное давление должно быть не меньше высоты самого высокого здания. Плюс запас по давлению 3 — 5 м.в.ст. Максимальное же давление принимаем 60 м.в.ст. Если давление будет больше, то есть вероятность разрушения радиаторов отопления. Особенно это касается чугунных радиаторов.

1. Пьезометрический график тепловой сети

Пьезометрический
график представляет собой графическое
изображение напоров в тепловой сети
относительно местности, на которой она
проложена.

При
построении графика на горизонтальной
оси откладывают длину сети, а на
вертикальной оси напоры. За начало
координат в магистральных сетях
принимается местоположение источника
теплоты. В принятых масштабах строятся
профиль трассы и высоты присоединенных
потребителей. Для магистральных тепловых
сетей могут быть приняты масштабы:
горизонтальный М_г
1:10000; вертикальный М_в
1:1000.

При
сравнительно спокойном профиле трассы
построение пьезометрического графика
начинают обычно с нейтральной точки 0.
Нейтральная точка 0 у всасывающего
патрубка сетевого насоса принимается
таким образом, чтобы обратная линия
тепловой сети располагалась выше на
3-5 м. наиболее высоко расположенных
зданий.

Далее,
используя результаты гидравлического
расчета, строится линия потерь напора
обратной магистрали. Линия давлений в
обратной магистрали должна быть
достаточно высокой (что свидетельствует
о наполнении местных систем), не пересекать
здания на графике (условие бесперебойности)
и в то же время быть минимальной (чтобы
не повредились приборы отопления –
условие безопасности).

Затем
строится линия располагаемого напора
для системы теплоснабжения для расчетного
квартала, величина которого может быть
принята 40-50 м.в.ст.

Далее строится
линия потерь напора подающего трубопровода.

Затем
откладывается величина потерь напора
в коммуникациях источника теплоты, при
отсутствии данных принимается равной
25-30 м.в.ст.

Затем
строится линия статического давления,
которая должна

превышать
на 3-5 м наиболее высоко расположенные
здания.

Далее
строятся линии напоров подающей и
обратной магистрали для ответвлений.
Методика построения изложена в [7, с 20]
и в данном примере не рассматривается.

ПРИМЕР
6. По данным
гидравлического расчета (пример 5)
построить пьезометрический график.
Расчетные температуры сетевой воды
150-70^оС.
Этажность зданий принять 16 этажей.
Высота этажа здания составляет 3 м.

Решение:

1. Начальную
   точку 0 принимаем в нейтральной точке
   у всасывающего патрубка сетевого насоса
   такой, чтобы обратная линия располагалась
   на 3-5 м выше наиболее высоко расположенных
   зданий. Оптимальное значение начальной
   точки составляет 48 м.в.ст. Для проверки
   выбранной начальной точки проводим
   линию давления в обратной магистрали
   по всей ее длине. Отметка линии напора
   в конце магистрали составляет 48 м.в.ст.
   плюс потери напора 6, 83 м.в.ст, т.е 54,83
   м.в.ст. Полученная линия давления
   располагается на 4,83 м выше наиболее
   высоко расположенных зданий, высота
   которых составляет 50 м. Исходя из этого
   можно считать принятую отметку
   нейтральной точки 48 выбранной правильно.

2. Строим
   линию располагаемого напора для системы
   теплоснабжения квартала 2. Располагаемый
   напор в данном примере принят равным
   40 м.в.ст.

3. Затем
   строим линию потерь напора подающего
   трубопровода. Превышение точки С по
   отношению к точке D
   будет равно потерям напора в подающей
   магистрали, которые принимаются равными
   потерям напора в обратной магистрали
   и составляют в данном

примере 6,83 м.

1. Строим
   линию статического напора, которая
   должна превышать на 3-5 м. наиболее высоко
   расположенные здания. Таким образом
   линия статического напора S-S’
   установится на отметке 50+3 =55 м.в.ст.

2. Построенный
   пьезометрический график изображен на
   рисунке 6.

Рисунок
6. Пьезометрический график тепловой
сети

Ордината
H_сум,
замыкающая подающую и обратную в начале
магистрали(у источника тепла), изображает
суммарное падение давления подающей и
обратной магистрали и концевого ввода
(напор у вывода из котельной). Н_п
– потребный напор подпиточного насоса
при динамическом режиме. Н_сн
– напор сетевого насоса. H_ит
– потери напора в коммуникациях источника
теплоты.

Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта “world-engineer.ru”. При проектировании и эксплуатации водяных тепловых сетей широко используется пьезометрический график или как его еще называют пьезометр. Пьезометрический график представляет собой графическое изображение напоров в подающих и обратных трубопроводах тепловой сети относительно местности, по которому, проложена водяная тепловая сеть. При построении пьезометрического графика необходимо учитывать:

— геодезический профиль местности, по которому проложена сеть;

— высоты зданий присоединенных к тепловой сети;

— перепады давлений в системах отопления, вентиляции и ГВС.

Построение пьезометрического графика (пьезометра) выполняется в следующей последовательности:

1. В аксометрической проекции изображается водяная 2-х трубная тепловая сеть, для которой строится пьезометрический график.
2. Сверху аксометрической проекции проводят оси пьезометрического графика. На горизонтальной оси откладывается длина тепловой оси. На вертикальной оси откладываются напоры в подающем и обратном трубопроводах.
3. Наносятся геодезический профиль местности, по которому проложена головная магистраль водяной тепловой сети и ответвления. На геодезическом профиле местности откладываются максимальные высоты зданий для всех потребителей теплоты присоединенных к тепловой сети.
4. Наносятся линии статического напора для водяной тепловой сети.

Статический напор в водяной тепловой сети должен соответствовать полному напору, который должны развивать подпиточные насосы. Величина статического напора определяется по следующим условиям:
— созданием избыточного давления не менее 0,05 МПа в верхних точках отопительных систем для зданий расположенных на наиболее высоком геодезическом уровне.

Н_СТ >= Z_ЗД + h_ЗД + 5

Z_ЗД – геодезическая отметка наиболее высокого зданий в жилом районе или на промышленном предприятии.

h_ЗД – геометрическая высота наиболее высокого зданий в жилом районе или на промышленном предприятии.

— не менее величины давления вскипания сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети:

Н_СТ > Н_ВСКИП^ПОД

Для стандартных температурных графиков сетевой воды давление вскипания в подающем трубопроводе Н_ВСКИП^ПОД составляет, при:

τ ₀₁^Р / τ₀₂^Р = 150/70 и Н_ВСКИП^ПОД = 47 м (0,47 МПа)

τ ₀₁^Р / τ₀₂^Р = 140/70 и Н_ВСКИП^ПОД = 36 м.вод.ст. (0,36 МПа)

τ ₀₁^Р / τ₀₂^Р = 130/70 и Н_ВСКИП^ПОД = 27 м.вод.ст. (0,27 МПа)

τ ₀₁^Р / τ₀₂^Р = 120/70 и Н_ВСКИП^ПОД = 20 м.вод.ст. (0,2 МПа)

τ ₀₁^Р / τ₀₂^Р = 1410/70 и Н_ВСКИП^ПОД = 14 м.вод.ст. (0,14 МПа)

τ ₀₁^Р / τ₀₂^Р = 105/70 и Н_ВСКИП^ПОД = 12 м.вод.ст. (0,12 МПа)

τ ₀₁^Р / τ₀₂^Р = 95/70 и Н_ВСКИП^ПОД = 8 м.вод.ст. (0,08 МПа)

1. Строится линия пьезометрического напора для обратного трубопровода тепловой сети. Определяются граничные условия во всасывающих патрубках сетевых насосов должно поддерживаться избыточное давление не ниже 50 кПа (для предупреждения кавитации насосов) и следовательно пьезометрический напор на всасывающих патрубках сетевых насосов должен быть не ниже 5 м.вод. ст.

Н_ВС >= 5 м.вод.ст.

Как правило, при отсутствии точных данных величина пьезометрического напора на всасывающих патрубках и сетевых насосах принимается равной от 10-15 м. вод.ст.

Н_ВС = 10-15 м.вод.ст.

И затем для каждого участка обратного трубопровода тепловой сети по оси напоров откладываются полные потери давления и полные потери напора, которые берутся из результатов гидравлического расчета.

1. Изображаются линии располагаемого напора для потребителей теплоты.

ΔН_ПОТРЕБ, м – величина располагаемого напора для потребителей теплоты вычисляется:

ΔН_ПОТРЕБ = Н_ПОТРЕБ^ПОД — Н_ПОТРЕБ^ОБР

Н_ПОТРЕБ^ПОД – напор сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети и на входе в системы отопления, вентиляции и ГВС.

Н_ПОТРЕБ^ОБР – напор сетевой воды в обратном трубопроводе тепловой сети и на входе в системы отопления, вентиляции и ГВС.

Согласно последней формуле, величина ΔН_ПОТРЕБ определяет потери напора в коммуникациях самих потребителей теплоты, т.е. в их системе отопления, вентиляции, ГВС.

При отсутствии точных данных для ориентировочного построения пьезометрического графика принимаем следующие величины ΔН_ПОТРЕБ:

А) при зависимой схеме присоединения систем отопления и вентиляции зданий без использования элеваторов от 6 до 10 м.вод.ст.

Б) при независимой схеме присоединения систем отопления и вентиляции зданий без использования элеваторов от 7 до 15 м.вод.ст.

В) при зависимой схеме присоединения систем отопления и вентиляции зданий с использованием элеваторов от 15 до 20 м.вод.ст.

Г) при последовательном двухступенчатом подключении подогревателей ГВС от 20 до 27 м.вод.ст.

1. Строится линия пьезометрического напора для подающего трубопровода тепловой сети (построение выполняется так же как в п.5).
2. Изображается линия потерь напора в тепло-приготовительной установке на источнике теплоснабжения, т.е. либо в сетевых подогревателях, либо в водогрейных котлах. ΔН_ИСТ, м.

Эти потери напора зависят от типа и количества оборудования на источнике теплоснабжения и как правило принимается равным:

ΔН_ИСТ = 20-25 м.

Надеюсь, что теперь всем стало понятно, как строить пьезометр и Вы теперь знаете, как построить пьезометрический график.

Поделиться ссылкой: