1992
.pdf
Расчёт элеваторного узла системы отопления
Основной расчетной характеристикой для элеваторов является коэффициент смешения u, который определяется из уравнения теплового баланса смесительного устройства (см. рис. 2.4).
G1τ1 |
+G2τ2 = (G1 +G2 )τ3. |
|
СибАДИ |
||
|
u = τ1 |
−τ3 . |
|
τ3 |
−τ2 |
При подборе элеваторов коэффициент смешения принимается на 15% выше его расчетного значения uР с учетом возможности наладки присоединенной системы, т. е. u = 1,15 uР.
Диаметр горловины, см,
d Г = 0,874
GПР ,
где GПР – приведенный расход воды в системе отопления, т/ч:
GПР = |
G3 |
|
= |
3600QO max |
|
, |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
h |
c(τ3 −τ2 ) h |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
где G3 – расчетный расход смешанной воды, кг/ч;
h – расчетная потеря напора в местной отопительной сис-
теме, h < 30 м (h = 8–15 м);
QОmax – максимальный тепловой поток на отопление при расчетной температуре наружного воздуха;
с – теплоемкость воды.
Д аметр выходного отверстия сопла элеватора, мм,
dC = |
|
|
|
|
|
|
|
10dГ |
|
|
. |
|
0,78 |
|
2 |
4 |
2 |
|
2 |
||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
GПР2 |
(1+u) |
dГ + 0,6(1+u) |
−0,4u |
|
|
|||||
Рассмотр м расчет элеватора на примере. |
|
|
|
|||||||||
Пример 2.1. Подобрать элеватор для условий: GПР = 14 т/ч, тем- |
||||||||||||
пература воды τ1 = 150 ° , τ3 = 95 °С, τ2 = 70 °С. |
|
|
||||||||||
Решение. Коэффициент смешения |
|
|
|
|
||||||||
u = |
1,15 |
τ1 −τ3 |
=1,15 |
150 −95 |
= 2,53. |
|
||||||
|
95 −70 |
|
||||||||||
|
|
τ |
3 |
−τ |
2O |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
11
Диаметр горловины для GПР = 14 т/ч
d Г = 0,874
GПР = 0,874
14 = 3,27 см.
Принимаем dГ = 3 см = 30 мм.
Диаметр выходного отверстия сопла эжектора
Си |
|
|
|
10dГ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
бАДИ |
|||||||||||||
|
|
dC = |
0,78 |
2 |
|
2 |
|
|
|
= |
|||
|
|
|
|
|
4 |
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
GПР2 |
(1+u) |
dГ +0,6(1 |
+u) |
−0,4u |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
10 3 |
|
|
|
|
|
=10 мм. |
|
|
0,78 |
(1 + 2,53)2 34 + 0,6(1 + 2,53)2 − 0,4 2,532 |
|
||||||||||
142 |
|
|
|||||||||||
Минимальный диаметр отверстия сопла во избежание его засорения принимают 4 мм. При подборе ближайший меньший диаметр сопла принимают с точностью до 0,5 мм.
Контрольная задача 2.1. Подобрать элеватор для условий GПР, температура
воды τ1, τ3, τ2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Варианты контрольных задач представлены в табл. 2.2. |
|
Таблица 2.2 |
||||||||||
|
|
|
|
Варианты контрольных заданий |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры |
|
|
|
|
Варианты заданий |
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
GПР, т/ч |
|
20 |
22 |
24 |
26 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
|
|
τ1, °С |
|
150 |
130 |
150 |
95 |
150 |
130 |
150 |
130 |
95 |
150 |
|
|
τ2, °С |
|
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
|
|
τ3, °С |
|
90 |
95 |
85 |
90 |
95 |
85 |
90 |
95 |
85 |
90 |
|
Подбор элеватора можно производить по номограммам. Рассмотрим подбор элеватора на пр мере.
Пр мер 2.2. Подобрать элеватор для условий GПР = 14 т/ч, темпе-
ратура воды τ1 = 150 ° ; τ3 = 95 ° ; τ2 = 70 °С. |
|||
Решение. Коэффициент смешения |
|
||
u =1,15 τ1 |
−τ3 |
=1,15150 −95 |
= 2,53. |
τ3 |
−τ2 |
95 −70 |
|
Дальнейший ход решения показан пунктирными линиями на рис. 2.5. Для GПР = 14 т/ч выбираем элеватор № 4 с д иаметром сопла 10 мм.
12
Диаметр горловины
d Г = 0,874
GПР = 0,874
14 = 3,27 см.
Принимаем диаметр горловины dГ = 3 см = 30 мм.
СибАДИРис. 2.5. Номограмма для подбора элеватора:
№ 1–7 – номера элеваторов; диаметры горловины для:
№ 1 – dГ = 15 мм; № 2 – dГ = 20 мм; № 3 – dГ = 25 мм; № 4 – dГ = 30 мм; № 5 – dГ = 35 мм; № 6 – dГ = 47 мм; № 7 – dГ = 59 мм; I – для u = 1,61; II – для u = 2,07;
III – для u = 2,3; IV – для u = 2,53; V – для u = 2,875;
VI – для u = 3,45
Контрольная задача 2.2. Подобрать элеватор с помощью номограммы для услов й GПР, температура воды τ1, τ3, τ2.
Варианты контрольных задач представлены в табл. 2.2.
В интернете можно найти достаточно большое количество программ по расчету элеваторов.
На сегодняшний день можно встретить элеваторные узлы системы отопления, которые могут с помощью электрического привода отрегулировать диаметр сопла (рис. 2.6, 2.7). Это дает возможность автоматически регулировать температуру теплоносителя подаваемого потребителю.
13
СибАДИ |
|
|
Рис. 2.7. Элеватор |
Рис. 2.6. Элеваторный узел системы отопления |
с электрическим |
с электрическим приводом регулирования |
приводом регулиро- |
диаметра сопла |
вания диаметра сопла |
Подбор элеватора отопления такого типа обусловлен тем, что здесь коэффициент смешения меняется от 2 до 5, в сравнении с обычными элеваторами ез регулирования сопла, где этот показатель остается неизменным. Применение элеваторов с регулируемым соплом позволяет снизить расходы энергии на отопление.
Конструкц я данного в да элеваторов (рис. 2.8) имеет в своем составе регул рующ й сполнительный механизм, обеспечивающий стаб льность ра оты с стемы отопления при небольших расходах сетевой воды. В конусообразном сопле 1 системы элеватора размещается регул рующая дроссельная игла 2 направляющее устройство 3, которое закруч вает струю воды и играет роль кожуха дроссельной глы.
14
2 1
4
3
СибАДИ2 1
Рис. 2.8. Регулирующий исполнительный механизм элеватора: 1 – конусное
сопло; 2 – дроссельная игла; 3 – направляющий аппарат; 4 – зубчатый валик
Этот механизм имеет вращающийся от электропривода или вручную зубчатый валик 4. Он предназначен для перемещения дроссельной иглы в продольном направлении сопла, изменяет его эффективное сечение, после чего расход воды регулируется. Так можно повысить расход сетевой воды от расчетного показателя на 10–20% или уменьшить его практически до полного закрытия сопла. Уменьшение сечения сопла может привести к увеличению скорости потока сетевой воды и коэфф ц ента смешен я. Так температура воды снижается.
Вал пр вода может сна жаться рукояткой для управления вручную. Появ вш йся относ тельно недавно регулируемый элеватор отоплен я позволяет про звод ть модернизацию тепловых пунктов без кард нальной замены оборудования. Учитывая, сколько еще подо - ных узлов функц он рует в России, подобные агрегаты приобретают
все большую актуальность.
Рассмотрим методику расчета элеватора, представленную в работе [6]. Коэффициент смешения
u = τ1 −τ3 . τ3 −τ2
15
Расчетный максимальный расход воды на отоплении из тепловой сети
3,6Q
GО = сВ (τ1 О−maxτ2 ), кг/ч,
где QОmax – максимальный тепловой поток на отопление, Вт; с = 4,187 кДж/(кг °С) – теплоемкость воды.
Диаметр горловины элеватора |
|
|
|
|
|
|
|
||
СибАДИ |
||||
dГ =8,5 |
|
GO2 |
(1+u)2 |
|
|
4 |
|
HO |
|
где НО – потеря напора в системе отопления после элеватора при расчетном расходе воды, м; для пятиэтажных зданий принять 1 м, для девятиэтажных – 1,5 м;
GО – расход, в формулу подставляется в т/ч.
Минимально необходимый напор перед элеватором для преодоления гидравлического сопротивления элеватора и присоединенной к нему системе отопления (без учета гидравлического сопротивления трубопроводов, оборудования, приборов и арматуры до места присоединения элеватора) определяется по приближенной формуле
Н =1,4НО (1 + u)2 , м.
Диаметр сопла элеватора определяется по формуле
dС = 9,64 |
G2 |
O , |
|
|
H1 |
где Н1 – напор перед элеватором, определяемый по пьезометриче-
скому граф ку, м, |
ли по разности давлений в падающей и обратной |
|
л |
н ; расчетная |
потеря напора в местной отопительной системе |
Н1 |
< 30 м (Н1 = 8–15 м). |
|
|
Пр мер 2.3. Подобрать элеватор для системы отопления с макси- |
|
мальным тепловым потоком Q Оmax = 520 000 Вт, температура воды τ1 = 130 0 ; τ3 = 95 0 ; τ2 = 70 0 . Напор перед элеватором, определяемый по пьезометрическому графику, Н1 = 20 м.
Решение:
Вычисляем коэффициент смешения в элеваторе
u = |
τ1 |
−τ3 |
= |
130 −95 |
=1,4. |
||
|
τ |
3 |
−τ |
2 |
|
95 −70 |
|
|
|
|
|
|
|
||
16
Определяем расчетный максимальный расход воды в системе отопления
G |
= |
3,6QОmax |
|
= |
3,6 |
520000 |
|
= 7450 кг/ч = 7,45 т/ч. |
|
сВ(τ1 −τ2 ) |
4,187 |
(130 −70) |
|||||||
О |
|
|
|
||||||
Определяем расчетный диаметр горловины элеватора
СибАДИ |
||||
GO2 |
(1+u)2 |
7,452 |
(1+1,4)2 |
= 32,5 мм. |
dГ = 8,54 |
= 8,54 |
|
1,5 |
|
|
HO |
|
|
|
При выборе элеватора принимаем стандартный элеватор с ближайшим меньшим диаметром горловины: № 4 с dГ = 30 мм.
Вычисляем минимально необходимый напор перед элеватором для преодоления гидравлического сопротивления элеватора и присоединенной к нему системе отопления
Н =1,4НО (1 + u)2 |
=1,4 1,5 (1 +1,4)2 =12,1 м. |
|||
Вычисляем расчетный диаметр сопла элеватора |
||||
|
|
|
|
|
dС = 9,64 |
G2 |
= 9,64 |
7,452 |
=12,4 мм. |
O |
20 |
|||
|
H1 |
|
|
|
Принимаем диаметр сопла dС = 12 мм.
Вывод: для заданной системы отопления принимаем стандартный элеватор № 4, имеющий параметры:
– диаметр горловины dГ = 30 мм;
– д аметр сопла dС = 12 мм;
– дл на элеватора L = 625 мм. (см. табл. 2.1).
Контрольная задача 2.3. Подо рать элеватор для системы отопления с макси-
мальным тепловым потоком QОmax, температура воды τ1, τ3; τ2. Напор перед элева- |
||||||||||||
тором, определяемый по пьезометрическому графику, Н1. |
|
|
|
|
||||||||
|
Вар анты контрольных задач представлены в табл. 2.3. |
|
Таблица 2.3 |
|||||||||
|
|
|
Варианты контрольных заданий |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Параметры |
|
|
|
Варианты заданий |
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
QОmax, кВт |
420 |
440 |
460 |
480 |
500 |
520 |
540 |
560 |
380 |
400 |
|
|
τ1, ° |
150 |
130 |
150 |
95 |
150 |
130 |
150 |
130 |
95 |
150 |
|
|
τ2, ° |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
|
|
τ3, ° |
90 |
95 |
85 |
90 |
95 |
85 |
90 |
95 |
85 |
90 |
|
|
Н1, м |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
16 |
18 |
|
17
Контрольные вопросы и задания
1. |
Каково назначение элеватора? |
2. |
Назовите основные элементы элеватора. |
3. |
Назовите достоинства и недостатки элеватора. |
4. |
Назовите определяющие параметры элеватора. |
5. |
Поясните принцип работы элеватора. |
6. |
Запишите уравнение теплового баланса элеватора. |
7. |
Поясните понятие коэффициента смешения элеватора. |
СибАДИ |
|
8. |
По каким критериям осуществляется подбор элеватора? |
3. Секционные кожухотрубные подогреватели
Горизонтальные секционные скоростные подогреватели по ГОСТ 27590–2005 [3] (рис. 3.1–3.3) состоят из кожухотрубных секций 1, соединённых последовательно между собой по трубному пространству в блоки заданной теплопроизводительности с помощью соединительных калачей 2. Для присоединения к трубопроводам сетевой воды между корпусами подогревателей трубопроводами устанавливаются переходные патрубки 3.
18
|
Выход сетевой воды |
L |
||
|
||||
|
|
|
|
|
L3 |
d |
|
L1 |
L2 |
Холодная |
4 |
5 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
вода
СибАДИ |
|||||||
|
|
H |
300 |
|
|
|
|
Нагретая |
|
h |
DH |
|
|
||
вода |
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Вход сетевой воды |
||||
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
7 |
6 |
|
|
|
|
||
Р с. 3.1. Схема секц онного водо-водяного подогревателя: 1 – секция;
2 – калач; 3 – переходн к; 4 – перегородки опорные; 5 – трубки; 6 – перегородка опорная; 7 – кольцо; 8 – пруток
Каждая секц я представляет собой неразборный блок, состоящий з корпуса, трубных досок 6, из прямых гладких или профилированных латунных трубок 5 поверхности теплообмена. Трубки 5 поддерживаются на равном расстоянии друг от друга опорными перегородками 4.
Корпуса секций подогревателей выполняются из стальных труб соединяются между собой штуцерами. Разъёмное исполнение секций позволяет осуществлять организацию производства, транспортировки сборки на месте блоков с различным числом однотипных секций в зависимости от назначения, температурного режима, площади теплообмена и т. д.
19
СибАДИ |
|
|
Рис. 3.2. Горизонтальный секционный кожухотрубный |
|
водо-водяной подогреватель. Общий вид |
|
Рис. 3.3. Схема движения теплоносителя в водо-водяном |
|
подогревателе с опорами-турболизаторами |
Пр нц п ра оты водо-водяного теплообменника заключается в |
|
дв жен |
двух потоков воды: нагреваемой и греющей. Греющая вода |
поступает |
з котельных ли тепломагистралей в пространство между |
кожухом |
внутренн ми трубами подогревателя. Нагреваемая вода |
является холодным теплоносителем и движется по внутренним тон- к м трубам прот воточно, то есть навстречу горячей греющей воде. Для компенсации температурных деформаций на корпусе подогревателя установлен линзовый компенсатор. Линзовый компенсатор – стальная конструкция, служащая для компенсации осевых или угловых перемещений трубопровода, вызванных температурным расш - рением (сужением) трубопровода.
При взаимодействии теплоносителей происходит теплообмен, в ходе которого охлаждающая среда нагревается до температуры на-
20