2. Оборудование тепловых пунктов

Уравнение характеристики водоструйного элеватора [1]:

,

где , – располагаемый перепад давлений рабочего потока и перепад давлений, создаваемый элеватором, Па;

, , , – коэффициенты скорости;

, – площади живого выходного сечения сопла и сечения цилиндрической камеры смешения, м²;

– площадь живого сечения инжектируемого потока во входном сечении цилиндрической камеры смешения, диффузора, вводного участка камеры смешения;

– коэффициент инжекции элеватора.

Оптимальный диаметр камеры смешения, м:

,

где или – сопротивление отопительной системы, Па·с²/м⁶;

здесь – объемный расход смешанной воды, м³/с;

– массовый расход смешанной воды, кг/с.

Диаметр выходного сечения сопла элеватора, м:

,

где .

Потеря давления в рабочем сопле элеватора, Па:

,

где – плотность рабочей воды, кг/м³;

– объемный расход рабочей воды через сопло, м³/с;

– массовый расход рабочей воды через сопло, кг/с.

Расход смешанной воды, кг/с или м³/с:

,

.

Для решения задач по данной теме используются также формулы из предыдущего раздела.

Примеры расчета

Задача 6.1. Произвести тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа, а также определить потери напора при движении воды в трубках по следующим данным: производительность подогревателя Q =1,163·10⁶ Вт; абсолютное давление сухого насыщенного пара р = 2,94 МПа = 3 кгс/см² (t_н = 133 °С); температура конденсата, выходящего из подогревателя, t_к=t_н; температура воды при входе в подогреватель t₁ = 70 °С, а при выходе из него t₂ = 95 °С. При расчете принять: скорость воды в трубках w = 1 м/с; плотность воды ρ = 1000 кг/м³; число ходов воды z = 2; наружный диаметр латунных труб 16 мм при толщине стенки δ = 1 мм. Загрязнение поверхности учесть дополнительным тепловым сопротивлением δ_з/λ_з = 0,00013 м²·°С/Вт.

Решение. Расход воды:

кг/с = 40т/ч или м³/с.

Число трубок в одном ходе в корпусе:

шт.

шт.

Принимая шаг трубы a = 25 мм, угол между осями трубной системы γ = 60° и коэффициент использования трубной решетки ψ = 0,7, определяем диаметр корпуса:

м.

Принимаем для корпуса подогревателя трубу диаметром 426/414 мм.

Приведенное число трубок в вертикальном ряду:

.

Температурный напор:

°С.

Средняя температура воды и стенки:

°С;

°С.

В рассматриваемом случае критерий Z получается меньше критического (Z_кр = 3900), что указывает на ламинарный режим течения пленки конденсата, для которого коэффициент теплоотдачи от пара к стенке может быть определен по формуле (при τ_н = 133 °С по таблице П1 А₂ = 9494):

Вт/(м²·°С).

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде (при t = 83,6 °С по таблице П1 А₃ = 3094):

Вт/(м²·°С).

Расчетный коэффициент теплоотдачи:

Вт/(м²·°С).

Уточненное значение температуры стенки трубок:

°С.

Поскольку уточненное значение мало отличается от принятого для предварительного расчета, то пересчета не производим.

Площадь поверхности нагрева:

м².

Длина трубок и длина хода воды:

м;

м.

Число Рейнольдса для воды при °С и м²/с:

.

Коэффициент гидравлического трения для латунных трубок с учетом загрязнения мм [таблица П3]:

.

Потеря напора в подогревателе:

м.

Задача 6.2. Определить диаметр сопла элеватора и перепад давлений в сопле. Расчетный расход теплоты на отопление = 0,23 МВт. Расчетная температура воды в подающей магистрали сети = 150 °С, в подающей линии отопительной системы = 90 °С и в обратной линии = 70 °С. Потеря напора в отопительной системе при расчетном расходе смешанной воды = 10 кПа.

Решение. Расход рабочей и смешанной воды:

кг/с;

м³/с;

кг/с;

м³/с.

Коэффициент инжекции:

.

Сопротивление системы отопления:

Па·с²/м⁶.

Примерное значение оптимального диаметра камеры смешения:

м.

Принимаем элеватор с диаметром камеры смешения d₃ = 25 мм и коэффициентом скорости ; ; ; . Задаемся для предварительного расчета:

.

Диаметр выходного сечения сопла:

м.

Действительное значение n равно:

.

Так как предварительно принятое значение n примерно равно действительному, то дальнейшего уточнения диаметра сопла не производим. Перепад давлений в сопле элеватора при .= 1000 кг/м³:

Па.