Блог - статии

  • Top 5 теоретични познания за проектиране на една вакуумна отводнителна система
    Написана от
  • Рационален метод за определяне на максимално дъждовно водно количество. Времеоттичания. Единичен хидрограф.
    Написана от
  • Оразмеряване на сградна водоснабдителна инсталация в InstalSystem ВиК съгласно DIN1988-300
    Написана от
    • 4.1.Общи понятия

      Само за пълна версия на настоящата статия! 

      4.2.Коефициент на съпротивление по дължина

      За правите участъци на водопроводната мрежа се използва съпротивление на триене по дължина или:

      ΔpR = Р * l (1)

      , където:

      R – хидравличен наклон на клона (относителни напорни загуби);

      L – дължина на клона.

       Хидравличният наклон на клона (относителни напорни загуби) се пресмята по:

      R = λ * 1/ di * ρ/2 * v2 (2)

      , където:

      R – хидравличен наклон на клона (относителни напорни загуби);

      L – дължина на клона;

      λ – коефициент на съпротивление по дължина;

      di – вътрешен диаметър;

      ρ – плътност на водата;

      v - изчислена скорост на потока.

      Стойността на „λ“ зависи от стойността на скоростта на потока, дадена в уравнения от (3) до (6).

      Ламинарен поток

      R = 64 / λ(3)

      Турболентен поток:

      Хидравлично гладки тръби:

      1/SQRT( λ) = 2* LOG (Re * SQRT( λ) /2.51)(4)

      Преходна и квадратична зона:

      1/SQRT( λ) = - 2* LOG (2.51/ (Re * SQRT( λ)) + k / (3.71 * di))(5)

      Хидравлично грапави тръби:

      1/SQRT( λ) = - 2* LOG (+ 3.71 / (k / di))(6)

      , където:

      λ – коефициент на съпротивление по дължина;

      Re – число на Рейнолдс;

      k – абсолютна грапавина на тръба;

      di – вътрешен диаметър;

      Местни съпротивления

      Стойността на напорните загуби от местни съпротивления се изчислява съгласно:

      ΔpЕ = Σ ξ * ρ / 2 * v2 (7)

      , където:

      ΔpЕ – местни загуби на напор;

      ξ – коефициент на местно съпротивление;

      ρ – плътност на водата;

      v - изчислена скорост на потока.

      {tab=Топла и студена вода}

      5.1.Общи понятия

      Само за пълна версия на настоящата статия!

      5.2.Оразмерителни и сумарни дебити

      5.2.1.Оразмерителни дебити (разходи)

       Само за пълна версия на настоящата статия!

       Средното оразмерително водно количество се получава от уравнението (8):

       VR = (VMIN + VО ) / 2 (8)

       Където:

       VR е оразмерителен дебит (разход);

       VMIN е минимално дебит;

       VО е външен дебит.

      В таблица № 2 са дадени референтни стойности, който трябва да се използват само при покриване на изискванията. Моля, вижте бележките в Таблица № 2.

      Таблица № 2:

      Вид водочерпен прибор Номинален диаметър DN Минимално налягане Оразмерителен дебит
      Водочерпен кран   MPa l/s
      без аератор 15 0,05 0,30
        20 0,05 0,50
        25 0,05 1,00
      с аератор 10 0,10 0,15
        15 0,10 0,15
      Смесителна батерия за      
      Душ вана 15 0,10 0,15
      Вана 15 0,10 0,15
      Кухненска мивка 15 0,10 0,07
      Умивалник 15 0,10 0,07
      Биде
      15
      0,10
      0,07
      Домашна техника
       
       
       
      Перална машина съгласно EN 60456
      15
      0,05
      0,15
      Съдомиялна машина съгласно EN 50242
      15
      0,05
      0,07
      Тоалетни казанчета и писоари
      Клапан за казанчета съгласно EN14124
      15
      0,05
      0,13
      Промивен кран (ръчен) за писоари съгласно EN12541
      15
      0,10
      0,30
      Промивен кран (електронен) за писоари съгласно EN15091
      15
      0,10
      0,30
      Промивен кран за WC
      20
      0,12
      1,00
       
      5.2.2.Сумарни дебити
      Само за пълна версия на настоящата статия!

       

      5.3.Максимален дебит

       VS = a * (ΣVR)b - c (9)

      Където:

      VS е максималния дебит;

      VR е оразмерителния дебит, съгласно таблица № 2;

      a, b, c са константи съгласно таблица № 3.

       

      Таблица № 3: Константи за максималния дебит съгласно уравнение (9)

      Тип сграда Константи
        а b c
      Жилищна сграда 1,48 0,19 0,94
      Молитвена къща с болница 0,75 0,44 0,18
      Хотел 0,70 0,48 0,13
      Училище 0,91 0,31 0,38
      Административна сграда 0,91 0,31 0,38
      Помощни домове, пансиони 1,48 0,19 0,94
      Старчески дом 1,40 0,14 0,92

      5.4.Определяне на наличните напорни загуби

       5.4.1.Общи положения

       RV = (1- a/100) / lges* Δ pges,v (10)

       Δpges,v = pmin,WZ - Δpgeo - ΣΔpAp - ΣΔpRV - pmin,FI (11)

       Където,

       RV са налични относителни напорни загуби (хидравличен наклон);

       a е процент на напорни загуби от местни съпротивления;

       lges е дължина на трасето;

       Δpges,v налични напорни загуби;

       pmin,WZ минималния напор след сградния водомер;

      Δpgeo са напорни загуби от денивелация;

       ΔpAp са напорни загуби в дадено устройство;

       ΣΔpRV са напорни загуби в обратна клапа;

       pmin,FI е минимално налягане.

       

      5.4.2.Местни съпротивения

       Само за пълна версия на настоящата статия!

       5.4.3.Дължина на участък lges

       Дължината на участък lges е дължината от точката с минимално налягане след сградния водомер до съответния водочерпен прибор.

       5.4.4.Минимално налягане на захранване

       pmin,WZ = pmin,V - Δ pHAL - Δ pWZ (12)

       Където:

       pmin,WZ е минимално налягане след сградния водомер, в hPa;

       pmin,V е минимално захранващо налягане, в hPa;

       Δ pHAL са напорни загуби в СВО, = 200 hPa;

      Δ pWZ са напорни загуби във водомера, = 650 hPa.

       5.4.5.Напорни загуби от геодезична денивелация Δ pgeo

      Само за пълна версия на настоящата статия!

       5.4.6.Общи напорни загуби в съоръжения

      5.4.6.1 Общи положения

      pAp = Δ pg * (VS / Vg)2 (13)

       Където:

       pAp са напорни загуби в дадено съоръжение;

       Δ pg са напорни загуби в работната точка на съоръжението, дадено от производителя;

       VS е максималния дебит;

       Vg е дебита в работната точка на съоръжението, дадено от производителя.

       5.4.6.2 Водомер

       Само за пълна версия на настоящата статия!

       5.4.6.3 Филтър

       Само за пълна версия на настоящата статия!

       5.4.6.4 Групиран водонагревател

       Само за пълна версия на настоящата статия!

       Таблица № 4: Референтни стойности за напорни загуби ΔpТЕ на групов водонагревател

      Тип устройство Напорни загуби ΔpТЕ,, hPa
      Електро-дебитен водонагревател  
      Хидравлически контрол 1000
      Електронен контрол 800
      Електо-газов-водонагревателНоминален размер 80 l 200
      Газово-дебитен воднагревателКомбиниран газов водонагревател съгласно EN 297 и EN 625 800

       

      5.5.Оразмеряване на хидравлично най-отдалечено трасе (най-неблагоприятно трасе)

      Само за пълна версия на настоящата статия!

      Най-често използваните стойности за абсолютната грапавина на тръбите са следните:

      k = 0.0015 mm за медни тръби и тръби от неръждаема стомана;

      k = 0.007 mm за пластмасови тръби, композитни тръби;

      k = 0.15 mm за поцинковани тръби с резба.

       

      Таблица № 5: Максимална изчислителна скорости на протичане на присъединен фасонен елемент

      Участък от мрежа
      Максимална изчислителна скорост за дадено времем/с
       
      < 15 мин
      ≥ 15 мин
      СВО (сградно водопроводно отклонение)
      2
      2
      Участъци с коефициент на местно съпротивление на индивидуални фасонни елементи а ξ < 2,5
      5
      2
      Участъци с коефициент на местно съпротивление индивидуални фасонни елементи b ξ ≥ 2,5
      2,5
      2
      a - напр. шибърен кран, сферичен кран и ъглов кранb - напр. вентил

       5.6.Балансиране на тръбни диаметри за хидравлично благоприятни трасета

      Само за пълна версия на настоящата статия!

       5.7.Особености на етажните мрежи от сградните функционални единици

      Само за пълна версия на настоящата статия!

      Δ pges,v = pmin,WZ - Δ pgeo - ΣΔ pAp - ΣΔ pRV - pmin,FI - Δ pRing (14)

      Където:

      Δ pges,v е наличния пад в налягането;

      pmin,WZ е минимално налягане след сградния водомер;

      Δ pgeo са напорни загуби от геодезична височина;

      ΣΔ pAp са напорни загуби в дадено съоръжение;

      ΣΔ pRV са минимални напорни загуби в обратна клапа;

       pmin,FI, са минимални напорни загуби;

    • 6.2.Система с долно разпределение

      6.2.1.Топлинни загуби и водни количества

      Само за пълна версия на настоящата статия!

      Изчисляване на коефициента на топлопреминаване става по формула (15), както следва:

      UR = π / (1 / λD * ln (D / da + 1 / αa * D )) (15)

      , където:

      UR е коефициента на топлопреминаване на тръбата;

      λD е коефициент на съпротивление на топлоизолация;

      αa е коефициента на топлопреминаване през външна повърхност;

      D е външен диаметър на топлоизолиран участък;

      da е външен диаметър на участък с топла вода.

      Само за пълна версия на настоящата статия!

      ΔϑW = Δϑw,TE / 2 (16)

      Като ΔϑTE = 4 K до 5 К

       

      Напорът на циркулационната помпа ще се определи според уравнение (17).

      VP = Σ [ lW * UR,w * (ϑW – ϑL)] / ( ρ * Cw * ΔϑW) (17)

      , където:

      VP е напора на циркулационна помпа;

      lW е дължина на участък от мрежата за топла вода "PWH";

      UR,w е коефициента на топлопреминаване на участък от мрежата за топла вода "PWH";

      ϑW е температура на топлата вода;

      ϑL е температура на околния въздух;

      ρ е плътността на водата;

      Cw е специфичната топлоемкост на водата;

      ΔϑW е температурния пад на топлите води.

      Типични стойности за температурата ϑL са:Само за пълна версия на настоящата статия!

       

      За водните количества при преминаване се отчита:

      Случай на Qd ≥ Qa + QZ се използва уравнение (18)

      Vd = V * Qd / (Qa + Qd + η * QZ) (18)

       

      Случай на Qd < Qa + QZ се използва уравнение (19)

       

      Vd = V * Qd / (Qa * (1- η) + Qd * (1+ η)) (19)

       

      За водните количества при разклонение се получават от уравнение (20) за

      Vа = V - Vd (20)

      Където: за уравненията (18), (19) и (20)

      Qd са топлинни загуби в разклонение;

      Qa са топлинни загуби при преминаване;

      QZ са топлинни загуби в раклонен участък с топла вода след точката на смесване;

      Vd е водно количество при преминаване;

      V е водно количество;

      Vа е водно количество при разклонение;

      η е степен на смесване.

       

      6.2.2.Диаметри на циркулационни участъци и напор на циркулационна помпа

      Само за пълна версия на настоящата статия!

      Напорът на циркулационната помпа се получава от уравнение (21)

      ∆pP = Σ (l * R + Z ) + Σ∆pRV + ∆pZRV + ∆pAp (21)

      , където:

      ∆pP е напора на циркулационна помпа;

      l е дължина на тръбните участъци;

      R са относителни напорни загуби (хидравличен градиент) ;

      Z са напорни загуби от местни съпротивления;

      ∆pZRV са загуби на напор с регулиращия вентил при пълно отваряне;

      ∆pRV са напорни загуби в обратна клапа;

      ∆pAp са напорни загуби в съоръжения.

      Отделните напорни загуби се основават на точка 4.3.

       

      6.3.Системи с горно разпределение

      Само за пълна версия на настоящата статия!

      ΔϑW = ϑTE / 2 * lW / lZ (22)

      като ΔϑW= 4 К до 5 К

      , където:

      ΔϑW е температурния пад на топлите води;

      ϑTE е температурен пад на топла вода при водонагревателя;

      lW и lZ са дължина съгласно графика № 4.

       

      6.4.Линейна система за циркулация

      Само за пълна версия на настоящата статия!

       

      6.5.Балансиране на системите

       

      Само за пълна версия на настоящата статия!

    •  

      Обозначение Символ Дименсия
      Процент на местни напорни загуби a %
      Напречено сечение на тръба A m2
      Константи a, b, c    
      Специфична топлоемкост на водата Cw kJ/ kg*K
      Външен диаметър D mm
      Външен диаметър da mm
      Вътрешен диаметър di mm
      Минимален вътрешен диаметър di,min mm
      Геодезична денивалация hgeo m
      Грапавина k mm
      Дължина на участък l m
      Дължина на участък lw m
      Дължина на участък с топла вода в сутерен lWK m
      Дължина на участък с топла вода в шахта lWS m
      Дължина на участък до определен водочерпен прибор lges m
      Дължина на участък lz m
      Водно количество V l/sl/h
      Водно количество в разклонен участък Va m3/h
      Водно количество в прав участък Vd m3/h
      Водно количество в точка Vg m3/h
      Дебит на водочерпен прибор, горен Vo l/s
      Дебит на циркулационна помпа Vp m3/h
      Минимален дебит (разход) Vmin l/s
      Дебит при продължителна употреба VD l/s
      Номинален дебит на филтри VN m3/h
      Изчислителен дебит VR l/s
      Сумарен дебит Σ VR l/s
      Максимален дебит Vs l/s
      Минимално статично налягане на прибора pminFI hPaMPa
      Минимално статично налягане на входа на СВО pminV hPaMPa
      Минимално статично налягане на входа на сградния водомер pminVZ hPaMPa
      Напорни загуби Δpg hPaMPa
      Напорни загуби от геодезична денивелация Δpgeo hPaMPa
      Захранващо налягане на циркулационна помпа ΔpP hPaMPa
      Напорни загуби в дадено устройство ΔpAp hPaMPa
      Наличен пад Δpges,V hPaMPa
      Напорни загуби в участък поради местни съпротивления ΔpE=Z hPaMPa
      Напорни загуби поради съпротивление на триене по дължина за даден клон ΔpR hPaMPa
      Напорни загуби в сключени участъци на етажно разпределение ΔpRing hPaMPa
      Напорни загуби в обратна клапа ΔpRV hPaMPa
      Напорни загуби в регулиращ вентил при отворено положение (циркулация) ΔpZRV hPaMPa
      Напорни загуби във водомер (на етажа) ΔpWZ hPaMPa
      Напорни загуби в СВО ΔpHAL hPaMPa
      Напорни загуби в групов нагревател за топла вода ΔpTE hPaMPa
      Мерна единица NE  
      Специфичен топлинен товар qW W/m
      Топлинна загуби в раклонен участък с топла вода след точката на смесване Qz W
      Топлинни загуби в разклонение Qa W
      Номинален размер на водомер (съгласно DIN EN 14154-1) Qn m3/h
      Свръхдебит на водомер (съгласно DIN EN 14154-1) Q4 m3/h
      Топлинни загуби в прав участък Qd W
      Относителни напорни загуби R hPa/m
      Налични относителни напорни загуби RV hPa/m
      Число на Рейнолдс RE  
      Участък от мрежа за студена вода, PWC PWC  
      Участък от мрежа за топла вода, "PWH" PWH  
      Участък от циркулационна мрежа, "PWH"-C PWH-C  
      Коефициент на топлопреминаване на тръба
      UR
      W/m*К
      Изчислена скорост на потока
      v
      m/s
      Коефициент на топлопреминаване м/у външна повърхности и въздух
      a
      W/m2*K
      Коефициент на съпротивление на триене по дължина
      λ
      -
      Плътност на водата
      ρ
      m3/kg
      Температура на околния въздух
      ϑL
      0C
      Температура на студена вода
      ϑK
      0C
      Температура на топла (гореща) вода
      ϑW
      0C
      Температура на изхода на нагревателя
      ϑw, TE
      0C
      Темературен пад на топлата вода в участък от мрежата за топла вода "PWH"
      ΔϑW
      K
      Темературен пад на топлата вода в нагревателя
      ΔϑTE
      K
      Коефициент на местно съпротивление
      ξ
      -

Блог - Вход и регистрация

Сряда, 02 Март 2016 08:03

Top 5 теоретични познания за проектиране на една вакуумна отводнителна система

Написана от
Оценете
(0 гласа)

Уравнение на "Бернули" и закон за запазване (съхранение) на енергията

Законът за запазване на енергията е основен природен закон, изведен емпирически и е един от няколкото закони за запазване във физиката. Той гласи, че пълната енергия на една затворена система е константа по отношение на времето, т. е. се запазва с времето. Казано по друг начин, енергията може да се преобразува от една форма в друга, но не може да бъде създадена или унищожена.

Уравнение на Бернули за идеална течност.

В хидродинамиката, за една идеална течност (идеален флуид ) законът за съхранение на енергията е директно следствие от уравнението на "Бернули" - едно от фундаменталните уравнения в хидравликата, върху което е основано проектирането на вакуумно отводняване.

То дава енергийния баланс между флуид в състояние на покой или в състояние на движение. Течността (флуидътпритежава следните 3 енергийни форми или състояния: специфична потенциална енергия на положението (Z) в резултат на неговата денивелация по посока гравитационното поле; специфична потенциална енергия на налягане (P / ρ*g), която представлява работата за свиване (компресиране) на флуида в системата и специфична кинетична енергия

(V2 / 2*g) или работата, която е необходима на флуида за да премине от състояние на покой в движение с определена скорост. Сумата на тези 3 енергийни състояния е постоянна величина (законът за запазване на енергията), въпреки че енергийните състояния на системата могат да преминават от една форма в друга.

Прилагайки уравнението на "Бернули" за 2 сечения по дължина на потока:

(P1 / ρ*g) + (V12/ 2*g) + Z1 = (P2 / ρ*g) + (V22/ 2*g) + Z2                                                   (1)

Лявата и дясната части (1 и 2) на уравнението представляват 2-те местоположения по протежение на потока или двата процеса и състояния в границите на системата течност.

Формата на уравнението на "Бернули" използва следните предпоставки:

(1) Течността е абсолютно несвиваема и подвижна и невискозна.

(2) Не се извършва работа в или от системата.

(3) Системата няма приток или отток на топлина (адиабатен процес).

Тълкуване.

Енергийното уравнение лесно показва, че при идеален флуид общата енергия (сумата на тези 3 енергийни форми) бива запазена или съхранена, тоест тя е постоянна величина. Въпреки това, енергията може да преминава от едно състояние в друго такова.

Например: Ако се гмурнете до дъното на даден басейн или използвате шнорхел лесно ще разберете, че с нарастване на дълбочината (Z), нараства и статичното налягане (P) и оттам чувството сякаш барабан бие в ушите Ви.

Друг пример е, протичането на въздуха над крилата на самолет е по – бързо отколкото под крилата. Тази скоростна разлика (кинетичната енергия) създава разлика в налягането, а оттам се създава повдигателна сила. 

Уравнение на Бернули за реална течност. Загуби на енергия.

Предположението за "невискозност“ на флуида(тоест „без съпротивление“ ) на "Бернули" представлява една идеализирана конструкция, предназначена да опише запазването и прехода на енергията на флуидите. Основните свойства на течностите са плътност, свиваемост и обемна еластичност, температурно разширение, вискозност, повърхнинно напрежение и изпарение, абсорбция и кавитация.

В реалността, говорим за реални течности, при които протичат и водят до невъзобновяеми загуби на енергия. Такива загуби на енергия ги наричаме основни загуби на енергия (напор) по дължина, поради триене между флуида и повърхността и второстепенни местни загуби на енергия, в резултат на протичане на флуида през местни съпротивления.

Следователно за описване на уравнението за запазване на енергията на реалния флуид е необходимо да се добави КОНСТАНТА или 2 нови параметъра към уравнение във вида

(1) : лявата страна на уравнението остава непроменена с 3-те енергийни форми на флуида на входа на тръбата или фасонната част, докато към дясната страна с 3-те енергийни форми на флуида на изхода се добавят общите енергийни загуби.

Уравнението на Бернули за реална течност придобива следния вид:

(P1 / ρ*g) + (V12/ 2*g) + Z1 = (P2 / ρ*g) + (V22/ 2*g) + Z2 +Σ(hf) + Σ(ht)                          (2)

Тълкуване.

За да установите какво е статичното налягане (P), трябва първо да установите енергийните загуби. Те се състоят от 2 части: основни енергийни загуби по дължина на потока представени като сума Σ(hf) и второстепенни местни енергийни представени като Σ(ht).

 

Уравнение на Дарси — Вайсбах за определяне на енергийни загуби по дължина

Приетото уравнение на „Дарси – Вайсбах“ за изчисляване на очакваните загуби на енергия (загуби на напор) в системата флуид, породени от протичане се дава в добре познатия ни вид:

hf = f * (L / D) * (V2 / 2*g)                                                                                                                     (3)

Това енергийно уравнение изразява енергийните загуби по дължина на потока.

 

Уравнение на „Колбрук – Уайт“

За определяне коефициентът на съпротивление на триене по дължина (f) в уравнението на „Дарси – Вайсбах“ се използва формулата на „Колбрук – Уайт“:

1 / SQRT(f ) = - 2* LOG10 {(2,51 / Re *SQRT(f )) + (Kb / 3,71* D)}                             (4)

Където:

Re = (V * D) / ν

Формулата на "Колбрук – Уайт" е валидна за стойности на числото на Рейнолдс в турболентен режим (напр. Re > 2000 до 4000). Под това ниво, коефициентът на съпротивление може да бъде изразен много просто като: f = 64/Re.

Въпреки това, при проектиране на една вакуумна отводнителна система е меродавен турболентния режим (моля, вижте препоръките за минимални скорости в система) и уравнението на "Колбрук – Уайт" е меродавно в анализа на енергийните загуби.

Стойността на абсолютната грапавина (Кb) варира в зависимост от материала на тръбите и Производителя.

ВАЖНО ! Проектантът на дадена вакуумна отводнителна система трябва да увери, че тази стойност е подходяща за избрания вид материал от стандартни инженерни справочници или информация от Производителя.

ЗАБЕЛЕЖКА: Абсолютната грапавина (К) е различна при използване формулата на "Хазен и Уилямс".

 

Местни загуби на напор

Всеки сегмент тръба, всяка фасонна част и всеки един покривен водоприемник създават местни съпротивления, като общата им сума за цялата тръбопроводна инсталация (участък) представлява сумата от загубите на напор през един всеки такъв сегмент.

Всеки един водоприемник и фасонна част имат определено местно съпротивление, коетобива определяно експериментално, тоест чрез изпитване. Местните загуби на напор създадени от тези елементи се изразяват в класическия вид:

hT = Ki * (V2/ 2*g)                                                                                                      (5)

Обикновено, стойностите за Ki се дават в инженерни справочници или от производителя на използваните фасонни елементи. Трябва да се има предвид, че стойността на Ki за определен вид фитинг или елемент варира в зависимости от материала на тръбите или Производителя.

Местни напорни загуби на входа (водоприемници).

Водоприемник без листоуловител: от 0,287до 0,389 ( съгласно Sommerhein, 1996).

Водоприемник с листоуловител: от 0,8 до 4,0 ( съгласно Sommerhein, 1996).

Стойностите на местно съпротивления също включват енергийни загуби вследствие на сливане на 2-та флуида в точка на присъединяване. Енергийните загуби в тези връзки са функция на сливаните водни количества, тръбните диаметри и ъгъла на присъединяване и трябва да бъдат включени в хидравличните изчисления.

Вакуумните покривни водоприемници трябва да бъдат изпитвани за напорни загуби за дадено водно количество при определяне на техните специфични стойности на местно съпротивление.

ЗАБЕЛЕЖКА: Моля, използвайте само официално публикувани данни от Производителя относно единичните стойности на местно съпротивление на водоприемниците!

 

Теория за изчисляване на сифон

Уравнение на сифон

Уравнението на „сифона“ обединява основните цели на хидравличните изчисления при оразмеряване на една вакуумна отводнителна система.

При изчисляване и оразмеряване на една гравитационна отводнителна система основите параметри, които се използват са водното количество, нейния наклон и грапавина на тръбите.

При изчисляване и оразмеряване на една вакуумна отводнителна система, параметъра наклон бива заместен от нов параметър - напорните загуби, тоест наличния напор. Или оразмеряването на вакуумната отводнителна система прилича повече на проектиране на сградна водоснабдителна мрежа отколкото на оразмеряване на сградната отводнителна система.

Общият енергиен баланс може да бъде написан чрез комбинация между уравнението на "Бернули" за реален флуид във вида (2) и уравненията за загуби на напор (енергия) съответно (3) и (5):

(Pi / ρ*g) + (Vi2/ 2*g) + Zi = (Pe / ρ*g) + (Ve2/ 2*g) + Ze + Σ(hf)+ Σ(ht)                                     (6)

 

Тълкуване.

Енергийното състояние на входа на покривния водоприемник (i) е равно на сумата от енергийното състояние на изхода на системата (точката на заустване) (e) и сумата на енергийните загуби във всеки тръбен сегмент (участък), фасонна част и елемент от системата.

Основната терминология е предназначена да илюстрира общото влияние на необратимите загуби на енергия от съпротивления за „m” на брой участъци и „n” на брой фасонни части.

За оразмеряване на вакуумната отводнителна система може да бъдат направени опростявания на уравнение (6), както следва:

Първият елемент, статичното налягане (P) на входа и изхода на системата е атмосферното. Следователно, то може да бъде премахнато от двете страни на уравнението.

Вторият елемент, скоростта на водата на входа на системата може да бъде приета като незначителна в сравнение с тази в точката на заустване и общата сума на енергийните загуби, следователно Vi се приема да бъде 0.

Трето, скоростният напор в точката на заустване може да бъде считан като необратима загуба на енергия, както ако е загуба на напор поради триене. Чрез приемане на стойността на коефициента на местни съпротивления Ki=1 в точката на заустване, можем да обединим скоростния напор със сумата на енергийните загуби от местни съпротивления (ht).

След извършване на тези опростявания, уравнение (6) може да бъде представено във вида:

 Zi - Ze - Σ (hf) - Σ (ht) = 0                                                                                                                           (7)

Тълкуване.

Уравнение (7) представлява основата за оразмеряване на вакуумната отводнителна система.

Енергията, който задвижва вакуумната система представлява денивелацията (разликата) м/у водното ниво на покривната линия и точката на заустване (Zi– Ze) или това е наличния брутен напор.

Описанието (n+1) за единична стойност на местно съпротивление обозначава добавката на скоростния напор към необратимите загуби.

След като няма друга енергия, която бива добавена или отнемана от системата, сумата от невъзобновяемите енергийни загуби и скоростния напор (кинетичната енергия) в точката на заустване трябва да балансира (да бъде равна) наличната енергия (напор) в системата, тоест наличния брутен напор.

Сумата Σ (hf) + Σ (ht) можем да наречемсистемна характеристика или крива на системата.

Остатъчен напор и балансиране на системата.

Наличният остатъчен напор в системата може да бъде изразен като приравним уравнение (8) на:

hr = Zi - Ze - {Σ (hf)+ Σ (ht) }                                                                                                                     (8)

Получените максимални и минимални стойности на остатъчния напор ще определят общия баланс между отделните клонове (тоест водоприемниците), които са присъединени към общ вертикален клон. Този дисбаланс може да бъде представен като:

himb = hr, max – hr, min                                                                                                                              (9)

 

Системни характеристики

Системната крива е една характеристика на тръбопроводната система. Тя представя необходимата енергия (H) за протичане на дадено водно количество (Q) през нея. Поради това, че в уравнението на „Дарси – Вайсбах“ (3) енергийните загуби са функция от квадратна степен на скоростта (V), то системната характеристика е с приблизителна параболична форма.

За вакуумната отводнителна система с един водоприемник системна характеристика представлява сумата на енергийните загуби Σ (hf) + Σ (ht) от покривния водоприемник до точката на заустване.

За вакуумната отводнителна система с множество водоприемници системна характеристика представлява сумите от енергийните загуби Σ (hf) + Σ (ht) за всеки един водоприемник до точката на заустване.

Фигура № 1: Системна характеристика на вакуумна отводняване.

System curve

Тълкуване.

Кривата не е точна парабола, поради това че скоростта е също пропорционална на числото на Рейнолдс (Re), което се променя със скоростта.

При дадено оразмерително дъждовно водно количество (Q) пресича кривата в точка, която определя напорните загуби (h) по вертикалната ос Y. Това е необходимата енергия, която задвижва това водно количество (Q) за да преодолее невъзобновяемите енергийни загуби.

 

Сравнителен анализ между системни характеристики на помпа и вакуумна отводнителна система.

Работна характеристика на помпа.

При дадено оразмерително водно количество (Q) пресича кривата в точка, която определя наличния напор (h) или енергия, която кара това водно количество да преодолее невъзобновяемите енергийни загуби, причинени от съпротивление и турболенция. Тази точка от кривата е добре позната и се нарича „работна точка“ на помпа. Обикновено в тръбопроводните системи се използва механична помпа за осигуряване на необходимите напор и водно количество в желаната работна точка. 

 Фигура № 2: Работна характеристика на помпа

Pump curve

Изборът на помпа се извършва от правоспособен инженер и се свежда до подбор на такава помпа, чиято работна характеристика преминава през или над работната точка.

По правило това се постига чрез намиране на подходящ размер на корпуса на помпата и избор между няколко работни колела. В други случай, помпата може да работи с променлива скорост на двигателя, така че нейната характеристика да променя местоположението си нагоре или надолу, докато изпълни желаната работна точка. В някои системи, в зависимост от техните функционалности, системната характеристика се променя от само себе си чрез модулиране на съпротивленията на вентили.

 

Вакуумно отводняване на покриви.

При проектирането на вакуумни отводнителни системи на покриви процесът е много подобен, с тази разлика че вместо да се използва механична помпа за покриване на дадена системна характеристика, се манипулират параметри на тръбопроводната инсталация докато не бъде постигната желаната работна точка.

Фигура № 3: Системна характеристика на вакуумно отводняване.

Siphonic operating point

Основни параметри на системната характеристика са оразмерителното водно количество, което представлява сумата от всички отточни водни количества на водоприемниците, наличния напор в системата и енергийните загуби. Стойностите на водното количество се определят чрез „Рационалният метод“ [1].

За разлика от работната характеристика на помпа, където наличния напор (характеристика на помпата) е с параболична форма, то при вакуумно - сифонното отводняване се представя като хоризонтални линия. Този напор (потенциална енергия) е една постоянна величина, поради това че височината на сградата е фиксирана стойност и не зависи от водното количество.

Точката на пресичане между оразмерителното водно количество и наличния напор се нарича работна точка на вакуумната отводнителна система.

Основната цел при решаването на тази задача е да бъде създадена такава системна крива (съпротивления в системата), която да пресича или да доближава възможно най-близко работната точка на системата.

В идеалния случай, биха могли лесно и точно да бъдат проектирани тръбните диаметри, намалители и водоприемници за постигане на необходимата работна точка.

На практика, процесът на оразмеряване на системата отнема дадено време и включва серия от възможни вариации в размерите на тръбопроводната инсталация с балансиране на наляганията в дадени граници. Процесът е изцяло итеративен. Моля, вижте графика № 4!

Фигура № 4: Системна характеристика и остатъчно налягане с 1 водоприемник.

System imbalance curve

Тълкуване.

На графиката за дадени 3 характерни работни точки – тази в случай на идеализирана системна крива, случай на под-оразмерена системна крива № 1 и пре-оразмерена системна крива № 2.

Системна крива № 1 ни представя система в дефицит на налягане, при която работната и точка не е достигнала оразмерителната работна точка. Тази система е под-оразмерена, защото наличното налягане (енергия) е по – малко от необходимото за постигане на оразмерителното водно количество. Следователно остатъчното налягане е в дефицит или то е отрицателно.

Системна крива № 2 ни система в излишък на налягане, при която работната и точка е надхвърлила оразмерителната работна точка. Тази система е пре-оразмерена, защото наличното налягане (енергия) е по – голямо от необходимото за постигане на оразмерителното водно количество. Следователно остатъчното налягане е в излишък или то е положително. 

При идеалният случай, в системата трябва да има малък излишък на налягане (енергия), тоест положително налягане не по – голямо от 0,90 метра воден стълб.

 

Итеративно решение

Основната задача, която инженер - проектанта на вакуумната отводнителна система трябва да реши е итеративна. Този проблем е добре познат в механика на флуида, при който за известна работна точка на системата, а именно височина на сградата (Ha = Z1 - Z2) и дъждовно водно количество (Q), се търсят такива напорни загуби в инсталацията, които балансират системата в дадени граници.

Правилно балансиране на наляганията в системата е ключов момент, който гарантира мигновена и едновременна работа на покривните водоприемници. В противен случай, би възпрепятствало обезвъздушаване на системата и би дебалансирало водоприемниците, прекъсване на вакуумното действие и оттам до не постигане на оразмерителното водно количество.

За решаването на основната задача и оразмеряване на отводнителната инсталация по цялата и дължина се използват се 2 уравнения, представени по – долу:

Определяне на напорни загуби между 2 точки.

Преобразувайки енергийното уравнение на Бернули (6) спрямо водното количество (Q) ще получим следния му вид:

(h1 - h2) + (Z1 - Z2) + {(Q2 / 2g * A12) - (Q2 / 2g * A22)} = If* L1,2 +HL1,2*(Q2 / 2g * A22)    (10)

с решима (известна) лява страна, изразена като сумите между статично налягане, потенциална и кинетична енергия и

неизвестна дясна страна, състояща се от енергийните загуби – триене на флуида и от местни съпротивления.

 

Определяне на хидравличния градиент If.

Преобразувайки уравнението на „Колбрук - Уайт“ (4) спрямо хидравличния градиент (If) ще получим следния му вид:

If= Q2 / (2g * A2) * { log10(Kb/ 3.71 * D + 2.51* v / D * SQRT( 2g * D * If))}-2                   (11)

 

Решението на уравнение (11) е итеративно, поради това че хидравличния наклон е представен и от двете страни на уравнението (в неявен вид).

Налични са различни методи Нютон, Якоби и Гаус-Сайдел за итеративно решение посредством изчислителни машини.

Итерацията по „Гаус-Сайдел“ е именувана на създателите и Карл Фрайдрих Гаус (1777–1855) и Филип Л. Зайдел (1821–1896).

Чрез методът на „Гаус-Зайдел“ при всяка итерация се използват нови стойности, докато не се получи сходство (равенство) между тях. Тоест веднъж получената стойност от първата итерация се използва във втората такава до получаване на новата трета подобност и т. н. до получаване на сходство по между им.

Прочетена 4243 пъти

Оставете коментар

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.

Софтуер за проектиране

Учтиво Ви каним да посетите нашия уеб магазин на следния адрес:

software.guerov.org

Софтуер за проектиране

© 2018 Геров инженери. All Rights Reserved.

Търси