книги из ГПНТБ / Сафонов А.П. Автоматизация систем централизованного теплоснабжения

Аналогично определяем давление воды в объекте регулирования при других значениях х. Результаты расчета сводим в таблицу

Сравнение полученных по упрощенному выражению (4-42) дан­ ных с результатами опыта показывает достаточно хорошее их со­ впадение.

4-3. ПЕРЕХОДНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПОЛОЖЕНИЯ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА НА МАГИСТРАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ

В рассмотренных выше случаях регулирования дав­ ления в системах водяного отопления и регулирования подпитки воды в тепловой сети инерционный напор ока­ зывает незначительное влияние на переходный гидрав­ лический процесс, поэтому этим напором при расчетах пренебрегают, а учитывают только упругость среды и стенок труб. Иное положение будет при регулировании давления в обратных магистральных трубопроводах те­ пловой сети на дроссельных или насосных подстанциях. При изменении положения регулирующего органа на ма­ гистральных трубопроводах большой протяженности на переходный гидравлический процесс будет оказывать влияние как инерционный напор, так и упругость среды вместе с упругостью материала стенок труб. В общем случае такие гидравлические переходные процессы носят волновой характер и рассматриваются в теории гидрав­ лического удара.

Однако, как это часто делается при определении динамических свойств объектов регулирования, можно упростить решение задачи по выявлению характера переходного гидравлического процесса при возмущении регулирующим органом на магистральном трубопроводе путем учета только основных факторов, влияющих на этот процесс. В соответствии с этим при изменении положения регулирующего органа на магистральном трубопроводе будем учитывать влияние инерционного напора, а упругостью среды пренебрегать. С допусти­ мой для практических расчетов точностью можно принять, что ха­ рактеристика сетевых насосов описывается уравнением параболы

117

где mCT — число работающих однотипных насосов по станции; V — суммарный расход воды на станции, м3/с; Н0ст, # н.ст— напоры, развиваемые насосом станции при нулевом и рабочем (V[m) расхо­ дах воды, м.

Рассмотрим переходный гидравлический процесс в тепловой сети при возмущении изменением положения регулирующего органа на обратном магистральном трубопроводе (рис. 4-6,а).

Рис. 4-6. Схема тепловой сети.

где I — длины отдельных участков трубопроводов (подающих и об­ ратных) тепловой сети, м; <р — отношение расходов воды на участ-

как тепловой сети К расходу на головном ее участке; <ф— отношение скоростей воды на участках тепловой сети к скорости на головном ее участке; |3 — коэффициент, учитывающий влияние местных систем; 5н.ст, 5кл.ст, 5 ст, Sc и Sp.о— сопротивления соответственно вну­ треннее насоса, обратного клапана и задвижек на трубопроводе каж­ дого насоса станции, общих коммуникаций и подогревателей стан­ ции, трубопроводов и потребителей тепловой сети и регулирующего органа, м • с2/м6.

Для установившегося состояния, когда инерционный напор Я и --=

L dw

= — О* из уравнения (4-44) легко определяется расход воды

Если в выражения (4-46) и (4-47) подставить сопротивление регулирующего органа до (Sp.o.naa) или после (Sp.0) изменения его положения, то соответственно можно найти расход воды при началь­ ном или конечном установившихся режимах.

Отметим, что при наличии в тепловой сети насосной подстанции (см. рис. 4-6,6) общая методика расчета переходного процесса я установившегося режима остается прежней, но сам расчет услож­

можным написать выражение для инерционного напора в рассма­ триваемом замкнутом контуре тепловой сети с приведенной длиной L:

Потери напора А#* в период переходного процесса между лю­ быми двумя точками тепловой сети с сопротивлением S x можно определить по формуле

ДHX=SXV*±HW. (4-51)

119

В последней формуле знак плюс принимается для случая воз­ растания расхода воды после возмущения, а знак минус — для . его снижения.

В качестве примера на рис. (4-7) показано изменение во времени напора всасывающего коллектора насосной

времени напора нагнетательного коллектора насосной подстанции (Я11аг), напоров до (Яп.кл) и после (Язл;л) регулирующего клапана на подающем трубопроводе. Установившийся расход воды на подстанции до возму­ щения составлял Унач= 0,459 м3/с, а после возмущения Укон=0,5 м3/с.

Как видно из графика, основная часть снижения напора всасывающего коллектора происходит в течение первых 10 с при общей продолжительности переходного процесса тп.п~ 1 0 0 с.

120

4-4. П У С К И О С Т А Н О В К А Н А С О С О В

Исследованию переходных гидравлических процессов при пуске и остановке насосов обычно предшествует определение (при устано­ вившемся режиме и заданном числе работающих насосов) расхода сетевой воды на станции напора, развиваемого этими насосами.

Расчет установившегося гидравлического режима для обычной тепловой сети (рис. 4-6,а) можно производить по формулам (4-43), (4-46) и (4-47). Следует отметить, что в рассматриваемом случае суммарное сопротивление изменяется за счет изменения числа рабо­ тающих насосов.

При автоматизации теплоподготовительных установок и насос­ ных подстанций важно знать не только конечные давления и расхо­ ды воды при пуске и остановке насосов, но также характер переход­ ного процесса. Впервые эти вопросы были рассмотрены в работах проф. Л. Г. Скрицкого [Л. 20].

Задачей расчета переходного процесса при пуске насосов с от­ крытой задвижкой на напорном трубопроводе является ориентиро­ вочное определение времени переходного процесса объекта регулиро­ вания и характера изменения во времени развиваемого насосом на­ пора. Задачей расчета переходного процесса при остановке части или всех насосов станции и насосной подстанции является ориентировоч­ ное определение величины скачка давления во всасывающем коллек­ торе станции или насосной подстанции. Найденные величины позво­ ляют судить о возможности пуска насосов при открытой задвижке на напорном трубопроводе насосов, а также позволяют выявить не­ обходимость применения защиты от повышенного давления при остановке насосов.

При пуске и остановке насосов, так же как и при изменении по­ ложения затвора регулирующего органа па магистральном трубопро­ воде, на переходный процесс оказывает влияние инерционный напор и упругость жидкости. Поскольку процесс пуска и остановки в неко­ торой степени напоминает процесс в тепловой сети при изменении положения регулирующего органа на магистральном трубопроводе, то аналогично предыдущему для упрощения расчета будем пренебре­ гать упругостью жидкости. Сделаем также допущение, что время распространения ударного давления в сети при пуске и остановке насосов невелико и ие оказывает существенного влияния на процесс.

Пуск насосов с открытой задвижкой па напорном трубопроводе можно условно разбить на два периода. В первый период пуска происходит увеличение числа оборотов насоса и развиваемого им напора. Если пуск насоса осуществляется в остановленной тепловой сети, то в первый период пуска скорость воды возрастает незначи­ тельно. Во второй период пуска насоса происходит дальнейшее уве­ личение скорости (расхода) воды и снижение развиваемого насосом напора до величины, соответствующей установившемуся состоянию после пуска.

Время разгона насоса до нормального числа оборотов (1-й пе­ риод пуска) составляет примерно 0,6—:1,5 с. К этому времени ско­ рость воды на головном участке сети Wo, которой соответствует рас­ ход воды Vo= Wof, увеличится незначительно. Поэтому для тепловых сетей можно считать, что через время То=0,6-н1,5 с после пуска пер­ вого насоса он практически будет работать так же, как при закрытой задвижке на напорном трубопроводе, т. е. с напором, примерно рав­ ным напору насоса Но при пулевом расходе воды.

121

Для первого периода переходного процесса при пуске насоса, когда Т^То, уравнение удельной энергии воды можно написать в упрощенном виде:

напора в замкнутом кольце тепловой сети, включая потери на стан­ ции и внутри насоса, а второй — инерционный напор потока.

В результате интегрирования уравнения (4-52) находим время разгона насоса

где По=Го/ГКон — относительный расход воды на головном участке тепловой сети при т=То, м3/с; Vo — расход воды на головном участке тепловой сети при т=То, м3/с; Гкон — то же в конце переходного процесса после пуска насоса (при установившемся режиме), м3/с.

Если при расчете переходного процесса задаваться величиной То, то выражение для определения расхода воды будет иметь вид:

воды на головном участке тепловой сети в произвольный момент времени т>То, м3/с.

Из последнего выражения получаем формулу для определения относительного расхода воды при т>Т0:

где T=LVKOS[2gH0f=Tol2.

122

последнего графика, напор, развиваемый насосом при пуске, тратит­

и отопительных систем с непосредственным присоединением. Вели­ чина v обычно составляет 0,3—0,5.

Пьезометрический напор в нагнетательном трубопроводе опре­

С течением времени регулятор подпитки приведет пьезометриче­ ский напор всасывающего трубопровода к заданной величине.

123

Вконце периода разгона электродвигателя насоса (при т = т 0) пьезометрический напор всасывающего трубопровода достигнет ми­ нимальной величины, причем ориентировочно эту величину можно определять по формуле (4-57).

Вкачестве примера на рис. 4-9 приведен график из­

менения величин Я БС и Япаг при пуске насоса на одной из подстанций на обратном трубопроводе тепловой сети. Малое время переходного периода в данном случае объ­ ясняется наличием перед пус­

(если не учитывать некоторый дополнительный расход, который создается за время разгона электродвигателя второго насоса).

Поскольку через второй насос (в конце периода раз­ гона его электродвигателя) проходит уже значительный расход воды, то в соответствии с характеристикой насо­ са развиваемый им напор будет приближаться к напору при установившемся режиме двух насосов. Иными сло­ вами, во время пуска второго насоса развиваемый им максимальный напор будет значительно меньше, чем во время пуска первого насоса.

Сказанное выше наглядно иллюстрирует рис. 4-Ю, на котором изображен характер изменения напоров

внапорном и всасывающем коллекторах насосной под­ станции на обратной магистрали при последовательном пуске двух насосов типа 8НДв. Пуск насосов произво­

дился после полного закрытия регулирующего клапана dy= 500 мм автомата рассечки на подающей магистрали.

Если при пуске первого насоса превышение макси­ мального развиваемого им напора над установившимся

вначале этого пуска составило 43 м, то при пуске вто­

124

рого насоса это превышение составило всего 14 м. Осо­ бенностью данных режимов пуска насосов является от­ носительно небольшие изменения напора во всасываю­ щем трубопроводе. Это объясняется наличием регуля­

ние развиваемого напора практически без ника. Важное значение имеет вопрос исследования процес­

са остановки сетевых насосов на станции или насосной подстанции, поскольку в ряде случаев при остановке насосов возможно возникновение аварийных ситуаций.

При одновременном выключении электродвигателей всех рабо­ тающих насосов относительную скорость воды, а следовательно, и относительный расход воды в головном участке сети для произволь­ ного момента времени можно определять по преобразованной фор­ муле проф. Л. Г. Скрицкого (Л. 20]:

при начальном установившемся состоянии перед остановкой насосов. Следует отметить, что при выключении электродвигателей сете­ вых насосов скорость воды изменяется медленнее, чем при пуске на­ сосов. Время прекращения циркуляции ориентировочно равно дву­

кратному времени разгона воды при пуске насосов.

При выключении электродвигателя насосов разность напоров особенно резко падает за первые 1—2 с после выключения электро­ двигателя, а затем скорость падения разности давлений замедляется. Последнее можно отчасти объяснить характером изменения числа оборотов насоса при его остановке.

Для ориентировочного определения текущего числа оборотов насоса после выключения электродвигателя можно воспользоваться упрощенной формулой

п„ п = ------(4-60)

1 -j- —jT

125