ТГС для Строительства / Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регули

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

клапана не менее а = 0,5, определяемый относительно автоматически поддерживаемого перепада давления регулятором перепада давления. Т. к. на регулируемом участке есть два элемента – регулирующий клапан и теплообменник, то при таком внешнем авторитете сопротивление кла пана должно равняться сопротивлению теплообменника. Это следует из уравнения (6.7)

бар.

Определяют расчетную пропускную способность клапана (плотность теплоносителя принимают ρ = 1000 кг/м3) по уравнению из табл. 6.1

(м3/ч)/бар0,5.

По каталогу [62] выбирают регулирующий клапан с логарифмической характеристикой. Это клапан VFS2 dу = 15 мм c ближайшей пропускной способностью kvs = 1,0 (м3/ч)/бар0,5. В данном случае клапан выбран с меньшей пропускной способностью от требуемого значения. При этом уменьшен относительный расход теплоносителя до V/VN = G/GN = = 1/1,15 = 0,87, что приведет к уменьшению относительного теплового потока теплообменника Q/QN. Этим уменьшением пренебрегают, т. к. расчетный тепловой поток теплообменника востребован лишь в корот кий промежуток времени отопительного периода. Кроме того, этот не достаток будет компенсирован запасом поверхности теплообмена ото пительных приборов (на 10 % в соответствии [9]) с терморегуляторами и запасом поверхности самого теплообменника, как правило, принимае мым при его расчетах.

Если при выборе регулирующего клапана разница между расчетной и действительной пропускной способностью более существенна, то следу ет принять такой перепад давления на клапане, чтобы расчетная про пускная способность совпадала с действительной. В этом случае по уравнению (6.13) уточняют требуемые потери на клапане

бар.

Влюбом случае проверяют клапан на обеспечение бескавитационной

ибесшумной работы (см. п. 6.1.6, 6.1.7).

Увеличение потерь давления на клапане приводит к увеличению его внешнего авторитета и, следовательно, к улучшению регулируемости объекта регулирования –

131

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

характеристики клапанов, предоставленные производителем, остаются неизменными в реальных условиях. Однако между этими решениями есть отличия. В первом (рис. 6.12,а) – расходная характеристика клапа на равна базовой, т. е. имеет искажение, вызванное сопротивлением корпуса клапана. Во втором (рис. 6.12,б) – равна идеальной, т. к. давле ние теплоносителя стабилизировано непосредственно на регулирую щем отверстии клапана. В обоих случаях расходная характеристика клапана способствует приближению к идеальному регулированию теп ловым потоком теплообменного прибора (рис. 5.4).

Необходимо подобрать двухходовой автоматический регулирующий клапан для регулятора теплового потока (первый клапан на схеме) и оп ределить перепад давления, автоматически поддерживаемый регулято ром перепада давления.

Решение. Клапан регулятора теплового потока подбирают для обес печения линейности регулирования тепловым потоком теплообменника. Поскольку теплообменник имеет искривленную характеристику (см. рис. 5.3), клапан должен иметь логарифмическую расходную характери стику, близкую к идеальной.

Потери давления на клапане регулятора теплового потока ∆Pv1 оп ределяют по консолидированному распределению потерь давления – на этом клапане и на автоматическом регуляторе перепада давления, т. е. между двумя клапанами, что позволяет ограничить максимальный рас ход теплоносителя у абонента. Тогда

∆Pv1 = (∆P – ∆Pт)/2 = (2,0 – 1,0)/2 = 0,5 бар.

С целью уменьшения капитальных затрат (выбор клапана меньшего диаметра) может быть задана иная пропорция распределения давления

133

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

между клапанами, если обеспечивается бескавитационная работа кла пана с бóльшим перепадом давления на нем.

Определяют расчетную пропускную способность клапана (плотность теплоносителя принимают ρ = 1000 кг/м3) по уравнению из табл. 6.1

(м3/ч)/бар0,5.

По каталогу [62] выбирают регулирующий клапан с логарифмичес кой расходной характеристикой VFS2 dy = 15 мм и ближайшей пропуск ной способностью kvs = 1,6 (м3/ч)/бар0,5.

По уравнению (6.13) уточняют потери давления на клапане

бар.

Этот же перепад давления следует поддерживать автоматическим регулятором перепада давления, т. е. ∆P1 = ∆Pvs1= 0,52 бар.

Определяют требуемые потери давления на автоматическом регу ляторе перепада давления

∆P – (∆Pт+ ∆Pvs1) ≤ 2,0 – (1,0 + 0,52) = 0,48 бар.

Проверяют клапаны на обеспечение бескавитационной и бесшумной работы (см. п. 6.1.6 и 6.1.7).

В рассмотренных примерах предполагалось, что расходные характе ристики клапанов, близки к идеальным, и базовыми авторитетами кла панов пренебрегали. Рассмотреть искажение расходных характеристик представляется возможным на примере 6.7 с ручным балансировочным клапаном, что особенно важно при наладке системы отопления либо ее ответвлений.

134

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

замены на насос). Перепад давления между рабочей точкой автоматиче ски нерегулируемого насоса и потерями давления в системе составляет ∆P = 0,4 бар.

Необходимо подобрать общий двухходовой ручной балансировочный клапан (второй клапан на схеме) и определить его предварительную на стройку.

Решение. По каталогу [63] выбирают балансировочный клапан с ко сым шпинделем и логарифмической характеристикой, как наиболее подхо дящий для регулирования однотрубной системы отопления. Подбор осу ществляют по диаметру трубопровода. Это клапан MSV C dy = 32 мм без измерительной диафрагмы. Зависимость пропускной способности клапана от настройки приведена в таблице, предоставляемой производи телем.

Определяют базовый авторитет клапана из уравнения настройки (6.20), записанном в виде:

В данном уравнении следует принимать внешний авторитет а = 1, исходя из условий гидравлического испытания клапана. Для клапана MSV C принимают с ≈ 4. Тогда, подставляя максимальные параметры

из последней колонки, а промежуточные из любой другой колонки табли цы, например, для настройки 5, находят базовый авторитет

Бóльшую точность параметра определяют осреднением значений при каждой настройке.

Минимальные потери давления на клапане при номинальном расходе

бар.

По уравнению (6.17) рассчитывают внешний авторитет клапана: a = ∆Pvs2/(∆Pvs2 + ∆P–) = 0,007/(0,007 + 0,16) = 0,042.

Полный внешний авторитет клапана а+ = аб а = 0,091×0,042 = 0,0038.

135

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Подставляя известные параметры в уравнение (6.21), находят на стройку клапана

Настройку принимают с округлением до указанной на шкале дольной кратнос

ти. У данного типа клапана

шкала настройки размече

на через десятые доли, сле

довательно, устанавлива ют настройку n = 1,6.

При выборе настройки, особенно в системах с пере менным гидравлическим ре жимом рекомендуется, что бы клапан был открыт не

менее чем на 20 % от kvs и не более чем на 80 % от kvs.

В данном примере это условие соблюдено: 100×(1,8/8,0)=22,5 %.

Из примера 6,7 следует, что клапан подобран с очень низким значе нием полного внешнего авторитета. Значит, его расходная характерис тика будет искажена и изменение расхода теплоносителя при вращении маховика будет происходить лишь в узком диапазоне хода штока.

При применении клапана MSV C со встроенной расходомерной ди афрагмой отпадает необходимость в расчетах по вышеприведенной ме тодике в примере 6.7. Расход теплоносителя через клапан определяют по пропускной способности расходомерной диафрагмы, указанной в техни ческом описании клапана, и измерянному перепаду давления на ней в процессе наладки системы. Типоразмер клапана в этом случае принима ют по диаметру трубопровода. Однако необходимо, чтобы номинальный расход на клапане был не ниже рекомендуемого производителем мини мального расхода, определяемого по допустимой точности измерения расходомерной диафрагмой. Минимально допустимый расход теплоно сителя определяют по пропускной способности диафрагмы, указанной в техническом описании на клапан, и минимальному падению давления на ней в 1 кПа. Расчет расхода на клапане и минимально допустимого рас хода осуществляют по уравнению из табл. 6.1.

136

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Пример 6.8. Балансировочный клапан MSV C dу = 15 мм установлен на ответвлении от распределителя теплового пункта. Пропускная спо собность его расходомерной шайбы kvs = 1,8 (м3/ч)/бар0,5. Расчетный расход теплоносителя на регулируемом участке равен VN = 0,6 м3/ч.

Необходимо обеспечить расчетный расход теплоносителя на регу лируемом участке при наладке системы.

Решение. Расчетный расход на клапане достигают при перепаде дав ления на измерительных штуцерах клапана (диафрагме)

0,62

∆Pv2 = 1,82 = 0,11 бар = 11 кПа.

Это значение удовлетворяет требованию о минимально допусти мом перепаде давления на расходомерной диафрагме в 1 кПа, поэтому его принимают для настройки клапана.

Настройку клапана осуществляют медленным вращением маховика клапана из полностью открытого, либо закрытого положения. При до стижении требуемого значения перепада давления, фиксируют на стройку клапана согласно описанию в инструкции на клапан.

Логарифмическую (равнопроцентную) расходную характеристику клапана можно приблизить к линейной путем изменения внешнего ав торитета.

Логарифмическая расходная характеристика клапана не претерпе вает существенного изменения при внешнем авторитете 0,5...1,0.

С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 логарифмическая ра бочая расходная характеристика клапана значительно искажается, что следует учитывать при обеспечении регулируемости объекта ре гулирования и возможности его наладки.

В тепловом пункте для регулирования теплового потока теплообмен ников с выпуклой характеристикой, применяют клапаны с логариф мической рабочей расходной характеристикой.

Ручные балансировочные клапаны с логарифмической рабочей расход ной характеристикой и малым гидравлическим сопротивлением наи лучшим образом подходят для регулирования систем отопления с по стоянным гидравлическим режимом и малым гидравлическим сопро тивлением.

137

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Точка слияния кривых на характеристике указывает об изменении закона регулирования с равнопроцентного на линейный. Ее положение зависит от того, насколько затвор клапана с логарифмическим профилем укорочен (сравни верхние рис. 6.5,б и 6.5,г). Наилучших результатов до стигают укорачиванием затвора клапана примерно на половину. Законы регулирования в этом случае распределяют в пропорции 50 на 50 %, что отражено на рис. 6.14. Тогда настройку клапана с логарифмическо ли нейной рабочей расходной характеристикой определяют по уравнениям для логарифмической и для линейной характеристик. Их преобразуют с учетом пропорции распределения (0,5) и координаты точки слияния (0,5). Применение уравнений ограничивают областью допустимых значе ний расхода относительно точки слияния расходных характеристик:

при V ≤ 0,5V100

(6.23)

при V > 0,5V100

(6.24)

Либо, осуществляя замену внешнего авторитета а и расхода V100 на соответствующие отношения перепадов давлений (см. п. 6.1.3.1):

при ∆Pvs ≤ 0,25 ∆Pv

(6.25)

при ∆Pvs > 0,25 ∆Pv

(6.26)

139

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

При наладке системы расход теплоносителя в клапане с логарифми ческо линейной характеристикой находят так же, как и у других регули рующих клапанов со штуцерами отбора импульса давления на входе и выходе, т. е. путем последовательного приближения к истинному значе нию при обеспечении постоянства перепада давления на регулируемом участке. По настройке n и измерянным потерям давления ∆Pv на регули рующем клапане определяют расход теплоносителя либо рассчитывают его по формулам:

при n ≤ 0,5 nmax

(6.27)

при n > 0,5 nmax

(6.28)

та потерь давления на балансировочном клапане составляет ∆P– = = 0,20 бар. Расход теплоносителя на регулируемом участке равен VN = 40 м3/ч.

Необходимо подобрать балансировочный клапан и определить его на стройку для гидравлической увязки ответвления.

140