5.3 Гидравлическая характеристика регулирующих органов

На групповых и местных тепловых пунктах (подстанциях) регулирование расхода теплоносителя проводится автоматически.

Для получения плавного регулирования необходимо, чтобы перемещение штока регулирующего органа вызывало равномерное изменение расхода теплоносителя.

Рассмотрим, от каких факторов зависит характеристика регулирующих органов. Установим закон изменения расхода теплоносителя от степени открытия регулирующего органа. На рисунке 5.10 показана схема движения теплоносителя через абонентскую установку А.

В ТС полные напоры Н₁ и Н₂ в магистральных сетях могут практически приниматься постоянными независимо от положения регулирующего клапана у отдельных абонентов.

Расход теплоносителя через абонентскую установку при полном открытии клапана K находится как

(5.25)

где s_a – сопротивление абонентской установки A; s′_к – сопротивление регулирующего клапана K при полном открытии.

При частичном прикрытии клапана K расход воды в местной системе изменится

(5.26)

где s_к – новое сопротивление клапана (более высокое).

Рисунок 5.10 Схема движения теплоносителя.

С помощью (5.25) и (5.26) можно найти степень изменения расхода воды при прикрытии регулирующего клапана

(5.27)

Как видно из (5.27), изменение расхода воды при местном регулировании зависит от двух величин:

1) отношения сопротивления местной системы к сопротивлению регулирующего клапана при полном его открытии s_a / s′_к;

2) характера изменения сопротивления регулирующего органа от хода штока s_k / s′_к .

На рисунке 5.11 показана зависимость расхода воды через абонентскую установку от степени открытия параллельной задвижки диаметром 50 мм при различных сопротивлениях абонентской установки s_a. При большом сопротивлении абонентской установки (s_a = 10³ м· с² /м⁶) степень открытия задвижки оказывает влияние на расход воды практически только на 40 % хода задвижки (0 < l/d₀ < 0,4). При уменьшении сопротивления абонентской установки увеличивается длина хода, на которой открытие задвижки изменяет расход воды через абонентскую установку.

При s_a = 20 м·с² /м⁶ расход воды изменяется практически линейно, прямо пропорционально степени открытия задвижки l/d₀. При дальнейшем снижении сопротивления абонентской установки (s_a → 0) расход воды зависит практически только от изменения сопротивления клапана.

При s_a = 0

(5.28)

т.е. степень изменения расхода воды зависит только от сопротивления регулировочного органа.

Для уменьшения отношения s_а/s′_к регулирующие клапаны следует выбирать с повышенным гидравлическим сопротивлением, гася в них весь избыточный перепад давлений, имеющийся на абонентском вводе.

Рисунок 5.11 Зависимость расхода воды от степени открытия задвижки диаметром 50 мм.

5.4 Коэффициент устойчивости тс

Влияние переменного расхода воды в тепловой сети на гидравлический режим неавтоматизированных местных систем может быть значительно уменьшено при повышении гидравлической устойчивости системы.

Под гидравлической устойчивостью понимается способность системы поддерживать заданный гидравлический режим. Чем устойчивее система, тем меньше влияние гидравлического режима всей системы на гидравлический режим отдельных абонентских установок. При питании от общей тепловой сети разнородных тепловых потребителей невозможно без авторегулирования абонентских вводов добиться высокой гидравлической устойчивости системы. Однако путем правильной регулировки системы можно значительно увеличить ее гидравлическую устойчивость.

Количественная оценка гидравлической устойчивости абонентских установок проводится по коэффициенту гидравлической устойчивости, равному отношению расчетного расхода сетевой воды через абонентскую установку к максимально возможному расходу через эту установку в условиях работы данной системы централизованного теплоснабжения.

Коэффициент гидравлической устойчивости абонентских установок, оснащенных авторегуляторами, практически равен единице, так как действительный расход сетевой воды через такие установки при всех режимах равен или близок к расчетному.

(5.29)

где – располагаемый напор на абонентском вводе при расчетном расходе воды;

– потеря напора в тепловой сети при расчетном расходе воды;

– располагаемый напор на станции: .

Отсюда видно что основной путь повышения гидравлической устойчивости заключается в снижении потери напора в магистральной тепловой сети . Для этого необходимо увеличивать диаметры магистральных тепловых сетей, что, естественно, связано с увеличением начальных затрат на их сооружение.

Стабильность гидравлического режима системы зависит не только от ее начальной регулировки, но и от режима расхода воды у отдельных групп абонентов.

Для уменьшения влияния абонента с низкой нагрузкой (резко-переменной) и расходом теплоты на гидравлический режим системы в целом, необходимо этих абонентов локализовать (рисунок 5.12)

Рисунок 5.12 “Локализующая” схема присоединения абонентов к ТС

1 – насос; 2 – регулирующий орган; 3 – обратный клапан; 4 – датчик температуры; 5 – исполнительный механизм; 6 – управляющий прибор.

Формула (5.29) дает приближенное, несколько заниженное значение коэффициента, т. к. при отключении от ТС всех абонентов, кроме одного, для которого определяется k_УСТ, фактический располагаемый напор на вводе у этого абонента H^ф_а < H_ст из-за гидравлических потерь в ТС. Поэтому

(5.30)

Более точное значение определяется на основе уравнения потокораспределения

(5.31)

где – относительный расход сетевой воды при расчетном режиме; s^р_С – гидравлическое сопротивление системы при расчетном режиме; s^у_С – гидравлическое сопротивление системы теплоснабжения при отключении всех абонентских установок, кроме данной.

Для обеспечения надежной работы тепловых сетей и местных систем необходимо ограничить возможные в условиях эксплуатации изменения давлений в тепловой сети допустимыми пределами. Для этой цели в одной из точек тепловой сети, а при сложных профилях местности в нескольких точ­ках искусственно изменяют давление по определенному закону в зависимости от расхода воды в сети. Эти точки называются точками регулируемого давления, В частном случае, когда давление в этих точках поддерживается постоянным как при работе сети, так и в статическом состоянии, они называются нейтральными точками. Нейтральную точку обычно размещают на перемычке, соединяющей нагнетательный коллектор сетевых насосов со всасывающим коллектором, используя давление в нейтральной точке в качестве импульса, регулирующего расход подпитки в тепловую сеть.

Рисунок 5.13 Принципиальная схема подпиточно-дренажного устройства (а) и пьезометрический график (б)

1 – подпиточный насос; 2 – подпиточный клапан; 3 – дренажный клапан; 4 – перемычка;5 – сетевой насос; 6 – регулировочные краны; 7 – бак подпиточной воды.

На рисунке 5.13, а приведена принципиальная схема подпиточного устройства с регуляторами, управляемыми от нейтральной точки О, расположенной на перемычке 4 – сетевого насоса. Степень открытия клапанов 2 и 3 устанавливается мембранными приводами. При увеличении утечки воды из ТС снижается давление в нейтральной точке, что приводит к снижению давления на мембранный привод клапана 2, он открывается, и подкачка воды подпиточным насосом в ТС возрастает. Повышенная подкачка воды в ТС приводит к восстановлению давления в нейтральной точке. При повышении давления в нейтральной точке возрастает давление на мембранный привод клапана 2 и он открывается. В связи с этим уменьшается подкачка воды в тепловую сеть, что должно привести к восстановлению давления в нейтральной точке. Если при полном закрытии клапана 2 давление в нейтральной точке продолжает возрастать, то происходит открытие дренажного клапана 3, часть воды из тепловой сети сливается в дренаж. Клапан 3 остается открытым до тех пор, пока давление в нейтральной точке не восстановится.

На рисунке 5.13, б приведен пьезометрический график такой системы. Здесь ABCD и AKLD – пьезометрические графики магистральной тепловой сети;AOD – пьезометрический график перемычки; О – нейтральная точка на перемычке. Во время работы в перемычке происходит непрерывная циркуляция воды по направлению от нагнетательного патрубка насоса к нейтральной точке О и от нейтральной точки к всасывающему патрубку.

Изменяя степень открытия регулировочных кранов 6 на перемычке 4 (рисунок 5.13, а), можно устанавливать любой фиксируемый напор в нейтральной точке или статический напор в системе теплоснабжения.