Коллекторный эффект

Коллекторным эффектом называется влияние схемы включения коллекторов на равномерность распределения рабочей среды по параллельно включенным трубам.

Виды коллекторов.

2. Входные (распределительные), которые предназначены для распределения или раздачи среды по параллельным трубам.

3. Выходные (собирающие); рабочее тело собирается и выводится в следующий элемент.

4. Промежуточные (смесительные); необходимы для стабилизации работы параллельных элементов, то есть для выравнивания температуры пара по параллельным змеевикам.

Схемы включения элементов.

1. линейная схема.

2. передача потока через смешивающий коллектор

3. передача потока через перепускные трубы (пересекающиеся).

В зависимости от схемы подвода среды во входной (распределительный) коллектор и отвода среды из выходного (собирающего) коллектора, различают “”- образную, “П” – образную и рассредоточенную схемы включения коллекторов.

Рассмотрим влияние схемы включения коллекторов на равномерность раздачи рабочей среды по параллельным трубам или змеевикам, учитывая, что величина расхода рабочей среды через трубу или змеевик определяется разностью статических давлений на входе и выходе змеевика ().

Разница полных давлений во входном и выходном змеевиках составляет

∆Р = Р_ВХ - Р_ВЫХ (1)

Следовательно можно принять, что Р_ВХ = ∆Р , а Р_ВЫХ = 0

Полное давление складывается из статического и динамического давления

Р = Р_СТ = Р_ДИН (2)

Рассмотрим изменение динамического давления во входном и выходном коллекторах, считая, что скорость рабочей среды изменяется линейно, так как трубы распределены равномерно по длине коллектора.

Учитывая что: , (3)

где ω – скорость потока рабочей среды;

ρ – плотность потока рабочей среды.

Получим, что Р_ДИН во входном и выходном коллекторах изменяются по квадратичному закону (смотри эпюры динамических давлений (∆Р_ДИН) во входном и выходном коллекторах).

Эпюру изменения статических давлений получим путам вычитания из полого давления динамической составляющей

∆Р_СТ = ∆Р - ∆Р_ДИН, (4)

Поскольку полное давление в выходном коллекторе приняли Р_ВЫХ = 0, то эпюра статических давлений (∆Р_СТ^ВЫХ) будет зеркальным отражением эпюры динамических давлений в выходном коллекторе (∆Р_ДИН^ВЫХ).

“Z” – образная схема

Рассмотрим разницу статических давлений в крайних змеевиках:

Крайний левый

Крайний правый .

Разница давлений между крайним левым и крайним правым змеевиками .

“П” - образная схема.

Принципы построения эпюр динамических и статических давлений аналогичны предыдущему случаю.

Разница статических давлений в крайних змеевиках:

Крайний левый

Крайний правый

Разница давлений между крайним левым и крайним правым змеевиками

Следовательно “Z” - образная схема обеспечивает наиболее неравномерное распределения среды по параллельно включённым змеевикам.

Поскольку удельный объём среды после обогрева больше, чем до обогрева, влияние собирающего коллектора на распределение среды по параллельным змеевикам существеннее для любой гидравлической системы.

Уменьшить влияние коллекторов можно увеличением сопротивления змеевиков (∆Р_ЗМ), либо снижением влияния динамического давления (∆Р_дин).

Уменьшить влияние динамического (скоростного) напора можно заменой торцевого подвода и отвода рабочей среды подводом и отводом посредине коллектора. В этом случае, при неизменном диаметре коллектора максимальная осевая скорость движения рабочего тела в коллекторах снижается в два раза, а скоростной напор - в четыре раза.

Схема рассредоточенного подвода и отвода рабочей среды.

Для повышения равномерности раздачи среды по параллельным трубам используется рассредоточенный подвод и отвод среды.

В данном случае при неизменном расходе и диаметре коллекторов, осевая скорость уменьшается в 2 раза. В результате этого максимальный динамический напор во входном и выходном коллекторах уменьшится в 4 раза, что приведет к выравниванию эпюры статических давлений во входном и выходном коллекторах.

При использовании двух рассредоточенных подводов и отводов, скорость в коллекторах изменится в 4 раза, а скоростной напор в 16 раз.