РАСЧЕТ НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В КРУГОВЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКАХ ДЛЯ СЛОЖНОЙ СХЕМЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ НЕСКОЛЬКО КОЛЕЦ

Полный текст

На рис. 1 изображена схема городской сети, которая представляет собой две параллельно идущие ветви трубопровода (на рисунке - одна) прямой нагре- вающей от ТЭЦ и обратно. Гидравлическая система оснащена подающей на- сосной станцией и подстанцией подкачки, состоящими из нескольких насосных агрегатов каждая. Подающая насосная станция нагнетает нагретую жидкость в коллектор системы и работает в закольцованном режиме, то есть охлажденная вода поступает в ТЭЦ, нагревается и движется к насосной станции без каких - либо дополнительных резервуаров. В центре схемы расположена подстанция подкачки, поднимающая давление в обратной (охлажденной) ветви трубопро- вода. В качестве потребителей, обозначаемых ПТ1, ПТ2, ПТ3, … выступают отдельные районы города, группы крупных административных или развлека- тельных учреждений, а также медицинские и парковые комплексы. На рис. 2 - 4 показаны укрупненные участки гидравлической схемы теплоснабжения города. В кружках указаны номера узлов системы, цифра без кружка означает номер элемента трубопровода, стрелками показано направление движения жидкости. На схеме 1 указаны геометрические и физические характеристики системы. Рис. 4 Гидравлическая система разбита на 73 элемента, имеющего длину, диаметр трубы, гидравлическое сопротивление. Все элементы объединены в 56 узлов. Минимальная длина (dX) принята во всех расчетах 10 метров, скорость распро- странения волн повышенного давления с = 1000 м/c, гидравлическое сопротив- ление труб в среднем принято 0.12. Схема 1 № эл- та № начала узла эл- та № конца узла эл-та Длина эл-та, м Диаметр труб, м № эл-та № на- чала узла эл- та № конца узла эл-та Длина эл-та, м Диаметр труб, м 1 0 1 112 0.7 37 34 36 145 0 0.2 2 1 2 291 0.7 38 20 37 82 0 0.4 3 2 3 828 0.7 39 19 37 192 0 0.2 4 3 4 319 0 0.3 40 37 38 400 0 0.4 5 4 5 591 0 0.3 41 38 39 422 0 0.4 6 4 6 250 0 0.3 42 16 39 556 0 0.4 7 3 7 1165 0 0.7 43 39 40 117 0 0.5 8 7 8 10 0 0.5 44 14 40 25 0.25 9 8 9 613 0 0.5 45 40 41 289 0 0.5 10 9 10 107 0 0.3 46 12 41 161 0.25 11 9 11 422 0 0.5 47 41 42 422 0 0.5 12 11 12 161 0.25 48 10 42 107 0 0.3 13 11 13 289 0 0.5 49 42 43 613 0 0.5 14 13 14 25 0.25 50 36 44 145 0 0.2 15 13 15 117 0 0.5 51 35 44 285 0.25 16 15 16 556 0.4 52 44 45 37 0 0.4 17 15 17 422 0.4 53 33 45 11 0 0.2 18 17 18 400 0.4 54 45 46 200 000 0.4 19 18 19 192 000 0.2 55 31 46 259 000 0.3 20 18 20 82 000 0.4 56 46 47 348 000 0.4 21 8 21 100 000 0.6 57 38 47 185 00 0.4 22 21 22 240 000 0.5 58 47 48 67 00 0.4 23 22 23 240 000 0.5 59 28 48 86 00 0.2 24 22 24 143 000 0.5 60 48 51 1100 00 0.4 25 24 25 651 000 0.3 61 51 43 10 00 0.6 26 24 26 485 000 0.5 62 26 49 485 00 0.5 27 21 27 1100 000 0.4 63 25 49 651 00 0.3 28 27 28 82 000 0.2 64 49 50 143 00 0.5 29 27 29 67 000 0.4 65 23 50 209 0 0.25 30 29 17 185 000 0.4 66 50 51 240 00 0.5 31 29 30 348 0 0.4 67 43 52 10 00 0.7 32 30 31 259 0 0.3 68 52 53 10 00 0.5 33 30 32 200 0 0.4 69 53 55 1165 00 0.7 34 32 33 11 0 0.2 70 6 54 250 00 0.3 35 32 34 37 0 0.4 71 5 54 591 00 0.3 36 34 35 285 0.25 72 54 55 319 00 0.3 73 55 0 828 00 0.7 В техническом задании также указывались ориентировочные расходы воды к потребителям. В качестве рабочих характеристик основной (узел 0) и подка- чивающей (узел 52) насосных станций приняты следующие напоры: H1 = 96 м, H2 = 80 м, H3 = 42 м и соответствующие им расходы Q1 = 0,02 м3/сек, Q2 = 0,56 м3/сек, Q3 = 1 м3/сек. Общая протяженность тепловой сети приблизительно со- ставляет 20 км. По просьбе заказчика численные эксперименты проводились при аварий- ном отключении одного или двух насосных станций в разных комбинациях и выявление наиболее «слабых» элементов с точки зрения повышения и перепа- дов давления (трубы уже значительно выработали свой ресурс). В статье приве- дены результаты расчетов: 1) при отключении одной насосной станции (рис. 5 - 7) в узле 0 в момент времени t = 150сек, а затем при отключении второй насос- ной станции (узел 52) в момент времени t = 300 сек (рис. 5-7); 2) при одновре- менном отключении двух насосных станций в момент времени t = 150 сек (рис. 8, 9). Методика численного расчета описана в работе [3] и представляет собой метод характеристик, где за основные характеристики потока жидкости приня- ты расход Q [м3/сек и напор H [м]. м Элемент (труба) 1 мм Рис. 5 сек м Элемент ( труба) 73 Рис. 6 сек м Элемент 68 Рис.7 сек м Элемент 25 Рис. 8 сек Рассматриваются возможные аварийные ситуации, связанные с отключением электричества на основной нагнетательной станции, последовательном отклю- чении двух станций, а также отключением двух станций вместе. Основные выводы: 1) При отключении основной насосной станции (в узле 0 - рис. 5,6,7) на- блюдается кратковременное незначительное повышение давления, особенно в элементах, близких к станции. 2) При основной станции в некоторых элементах давление может значи- тельно повышаться (даже выше рабочего давления - например, элемент 25). Это особенно опасно в элементах, связанных с потребителями (элемент 25) 3) Как показали численные эксперименты, в элементах, состоящих во внутреннем кольце системы (например, 9, 11,15,17, 41, 43, 45, 47, 49 и т.д.) ко- лебания давления, связанные с отключеньями насосных станций не так значи- тельны, как в элементах вне кольца. 4) При отключении двух насосных станций возможно резкое повышение давления и возникновение протяженного по времени колебательного процесса (рис.8), что может стать опасным для изношенных труб. 5) В некоторых случаях (например, рис.6) возможно понижение давления ниже атмосферного, что может привести к нарушению сплошности потока и необходимости проведения дополнительных расчетов, учитывающих этот фак- тор.

Об авторах

ФЕДОР ВЛАДИМИРОВИЧ РЕКАЧ

Российский университет дружбы народов

канд. техн. наук, доцент 117198, Москва, ГСП - 6, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы