Книги / Махов Л.М. Отопление учеб. для вузов

перед конденсатоотводчиком, кг/м3; Ар = Р1 - Р2 - разность давления до и после конденса-

тоотводчика, МПа; давление р] = 0,95рпр при установке его непосредственно за отопи-

тельным прибором, давление рг < 0,7р1 (при свободном сливе конденсата рг=0).

Коэффициент пропускной способности выражает максимальный расход холодной воды

(р=1000 кг/м3) при потере давления в конденсатоотводчике ОД МПа.

Пример 9.4. Подберем конденсатоотводчик для конденсатопровода с максимальным рас- ходом 650 кг/ч, если давление перед ближайшим отопительным прибором 0,05 МПа, по-

сле конденсатоот-водчика 0,02 МПа, плотность конденсата 950 кг/м3.

-20 0,65 / ((0,0475 - 0,02)950)°^ = 2,54 т/ч.

Принимаем к установке конденсатоотводчик с опрокинутым поплавком типа 2М Е)у40,

имеющий по паспорту ку=2,95 т/ч.

Конденсатный бак для сбора конденсата из системы делают прямоугольным, из листовой стали, с люком сверху (рис. 9.9). Бак снабжают водомерным стеклом, переливной и спу-

скной трубами. При периодической перекачке конденсата из бака управление насосом ав-

томатизируется: включение и выключение насоса происходит с помощью поплавковых

реле соответственно верхнего и нижнего уровня, установленных на баке.

где 2 - продолжительность накопления конденсата, ч; С)с - тепловая мощность системы

отопления, кДж/ч; г - удельная теплота парообразования (конденсации), кДж/кг.

Конденсатом должно заполняться не более 80 % объема бака.

271

Пример 9.5. Определим полезный объем конденсатного бака для одночасового накопле-

ния конденсата из системы парового отопления тепловой мощностью 300 кВт при давле-

нии 0,02 МПа.

По формуле (9.7) при 2=1 ч

V = 1 -300-3600 / (955-2245) -0,5 м3.

Бак-сепаратор применяют в конденсатопроводах систем высокого давления для отделе-

ния пара вторичного вскипания от конденсата. Отбор пара вторичного вскипания делают для использования его в системе парового отопления низкого давления или для нагрева-

ния воды в системе горячего водоснабжения. В баке-сепараторе поддерживают с помо-

щью гидравлического затвора или предохранительного клапана избыточное давление

0,02..Д05 МПа, скорость движения пара в нем должна быть не более 2 м/с, конденсата не

более 0,25 м/с. Конденсатом должно заполняться не более 20 % объема бака. Бак-

сепаратор и соединенный с ним гидравлический затвор изготовляют из труб и листовой стали (рис. 9.10). Ориентировочно объем бака-сепаратора определяют по паровой нагруз-

ке, принимая ее от 200 до 400 м3/ч на 1 м3 бака.

4Ц15

Г'.?1 \ д

4

-СЯ

О

отбор конденсата

оЫ

Ч

О

о

от водопровода

Рис. 9.10. Бак-сепаратор с гидравлическим затвором: 1 - бачок возврата воды в затвор; 2 - бачок защиты затвора от разрядки; 3 - поступление конденсата; 4 - бак-сепаратор; 5 - гид- равлический затвор; 1-1 - уровень воды в затворе при его заполнении; И-И - то же при дав-

лении пара

272

Более точно объем бака-сепаратора Уб.с, м3, вычисляют по формуле

где х - доля содержания пара в конденсате (сухость влажного пара); Ог - расход конденса-

та, т/ч; рп - плотность пара при давлении в баке, кг/мл .

Бак-сепаратор целесообразно размещать поблизости от сборного конденсатного бака, ус-

танавливая его выше конденсатоотводчиков для лучшего отделения образовавшегося вто-

ричного пара.

Дросселирующие диафрагмы (шайбы) применяют для погашения излишнего давления в

параллельных частях системы. Диафрагма представляет собой металлический диск тол-

щиной 2...5 мм с отверстием в центре. Диаметр отверстия определяют по расчету в зави-

симости от количества теплоносителя и величины погашаемого давления (но не менее 4

мм во избежание засорения). Диафрагмы устанавливают в муфте корпуса парового венти-

ля перед прибором или во фланцевом соединении труб.

Предохранительный клапан, как и предохранительное устройство в системе низкого

давления, предотвращает повышение давления в системе сверх расчетного. Предохрани-

тельные клапаны бывают пружинными и рычажными (с одним или двумя рычагами). У

распространенных рычажных клапанов тарелка прижимается к седлу под действием силы,

передаваемой через рычаг от груза. Чем больше длина рычага и масса груза, тем больше

давление пара, при котором клапан остается закрытым. При увеличении давления избыток пара через приоткрывающийся клапан удаляется в атмосферу и заданное давление пара

восстанавливается.

Конденсатный насос для перекачки конденсата из бака на тепловую станцию выбирают для подачи в 1 ч не менее, чем удвоенного количество накапливающегося конденсата (см.

формулу (9.7)). Развиваемого насосом давления должно быть достаточно для подъема

конденсата и преодоления конечного давления в точке, куда подается конденсат, с учетом

потерь давления в трубах Арпот по пути от конденсатного бака.

Если конденсат подается из бака в котел, то давление насоса Арн, Па, определяют по фор-

муле

где ук - удельный вес конденсата, Н/м3; рп - давление пара в котле, МПа; Ь - вертикальное расстояние между уровнями конденсата - верхним в котле и нижним в баке, м (с запасом 1

м).

Мощность электродвигателя к насосу вычисляют по формуле (6.11).

Пример 9.6. Найдем подачу, давление и мощность насоса для перекачки конденсата из бака в котел по условиям примера 9.5, если рп=0,1 МПа, Ь=5 м, ДРПОТ 5000 Па.

Примем подачу насоса Ьн = 2-0,5 1,0 м3/ч. Давление, развиваемое насосом, по формуле

(9.9)

Лрн = 106'0Т 1 -955 9,81(5 + 1 ) т 5000 -161210 Па.

273

Мощность насоса (без запаса) по формуле (3.11)

Ми = 1,0-161210 / (3600 0,6) = 75 Вт.

§ 9.4. Системы вакуум-парового и субатмосферного отопления

Паровое отопление даже низкого давления обладает известным гигиеническим недостат-

ком - высокой и практически неизменяемой температурой поверхности отопительных

приборов в течение всего отопительного сезона. При этом понижается уровень теплового комфорта в помещениях по сравнению с водяным отоплением.

Можно несколько понизить температуру поверхности отопительных приборов, если соз-

дать в них смесь пара и воздуха. Температура внешней поверхности приборов понизится вследствие уменьшения коэффициента теплообмена на их внутренней поверхности. В этом случае пар нужно подавать в прибор снизу, так как воздух имеет плотность вьтттте,

чем пар при тех же давлении и температуре. Пар подается в отопительный прибор через

вкладной патрон - перфорированный патрубок. Струйки пара, выходящие из мелких от-

верстий в патроне, равномерно перемешиваются с воздухом. Конденсат может выводить-

ся из прибора как со стороны ввода пара (через кольцевое отверстие вокруг патрона), так

и с противоположной стороны.

Однако, устанавливая таким образом температуру поверхности отопительных приборов ниже 100 °С, не устраняют все же еще один серьезный недостаток парового отопления, а

именно - невозможность проведения качественного регулирования в системе в течение

отопительного сезона.

Проведение качественного регулирования с получением температуры пара в приборах

ниже 100 °С возможно, если понижать давление ниже атмосферного. Для этого использу-

ют вакуумный насос, создающий различной глубины разрежение в конденсатопроводах и приборах. Так, если, например, абсолютное давление пара понизить до 0,07 МПа, то тем-

пература пара составит 90 °С. Если же еще уменьшить абсолютное давление, например,

до 0,03 МПа, то температура пара дойдет до 69,1 °С.

Следовательно, изменяя величину вакуума в системе, можно, как и в системе водяного

отопления, изменять температуру пара в зависимости от температуры наружного воздуха,

т.е. проводить качественное регулирование.

Различают два вида таких систем отопления - вакуум-паровую и субатмосферную.

Ввакуум-паровой системе пар до отопительных приборов движется под действием не-

большого избыточного давления в котлах (0,005...0,01 МПа), а затем пар в приборах и конденсат перемещаются под влиянием пониженного давления, создаваемого специаль-

ным вакуум-насосом. Изменяя величину вакуума с помощью этого насоса, откачивающего из системы конденсат, а также воздух, можно централизованно регулировать температуру

пара в отопительных приборах. Если это делать в зависимости от наружных атмосферных

условий, то теплоотдача приборов может в течение длительного времени соответствовать

теплопотерям помещений. Температуру пара для этого принято изменять в пределах от 90

до 60 °С.

Всубатмосферной системе парового отопления под влиянием разрежения, создаваемого

вакуум-насосом, теплоноситель перемещается и по паропроводам, и по конденсатопрово-

дам. В системе происходит не только качественное, но и количественное регулирование -

274

одновременно изменяется и температура, и количество пара, поступающего в отопитель-

ные приборы. Для этого при средней, например, температуре отопительного сезона давле-

ние в системе должно быть ниже атмосферного, составляя по абсолютной величине около

0,06 МПа.

Централизованно регулируемые системы парового отопления возникли и применяются в

США, особенно при отоплении высотных зданий (устраняя чрезмерное гидростатическое

давление в системе, возникающее при водяном отоплении).

Системы вакуум-парового и субатмосферного отопления подлежат особо тщательному

монтажу с обеспечением герметичности соединений. Недостатками являются необходи- мость применения специального оборудования и арматуры, а также трудность обнаруже- ния мест подсоса воздуха, нарушающего их действие. К недостаткам относится также ус-

коренная внутренняя коррозия труб вследствие проникания воздуха через не плотности,

значительное потребление электроэнергии вакуумными насосами.

В нашей стране вакуум-паровые и субатмосферные системы отопления не применяются.

Известно лишь существование в прежние годы такой системы для отопления фабрики

швейных машин, построенной в г. Подольске фирмой "Зингер".

§ 9.5. Выбор начального давления пара в системе

Давление пара в начале системы обусловливается допустимой температурой теплоносите- ля, схемой и радиусом действия системы, способом возвращения конденсата на тепловую станцию. При выборе давления исходят прежде всего из нормативного ограничения тем-

пературы пара в отопительных приборах. Как известно, максимальная температура не должна превышать 130 °С, а во взрыво- и пожароопасных помещениях - 110 °С.

В замкнутой системе с непосредственным возвращением конденсата в котел начальное давление пара рп, МПа, определяют исходя из высоты помещения котельной

где йпом - высота помещения котельной, м; йкот и Б - соответственно высота котла и диа-

метр его паросборника, м.

Помещения котельных обычно имеют высоту 3,5...4 м. Начальное давление пара при этом

не будет превышать 0,02 МПа.

Пример 9.7. Определим давление пара в котле замкнутой системы отопления с сухим

конденсатопроводом при ЬПОМ 4,0 м, Ькот 1,7 м, 0=0,5 м. Давление пара по формуле (9.10)

рп - КИ(4,0 - ( 1 ,7 + 0,5 0, 5 + 0,55 )) = 0,015 МПа.

В разомкнутой системе с возвращением конденсата через сборный конденсатный бак на-

чальное давление пара зависит от конечного давления и потерь давления в системе. При

открытом конденсатном баке и самотечном конденсатопроводе начальное давление пара

275

где Дрпар - потери давления в паропроводе от теплового пункта до наиболее удаленного

(концевого) отопительного прибора; рпр - необходимое давление перед вентилем концево-

го прибора, принимаемое равным 2000 Па при отсутствии конденсатоотводчика за прибо- ром и 3500 Па при использовании термостатического конденсатоотводчика.

При закрытом конденсатном баке и напорном конденсатопроводе начальное давление пара

где Арконд - потери давления в напорном конденсатопроводе (включая конденсатоотвод-

чик); ркон - конечное избыточное давление в закрытом баке, принимаемое равным

0,02..0,05 МПа.

Потери давления в напорном конденсатопроводе равняются разности давления в конце-

вом отопительном приборе и в конденсатном баке. При этом давление в отопительном

приборе предопределяется значением максимально допустимой температуры пара для конкретного помещения.

Потери давления в паропроводах зависят от параметров движущегося пара и характера внутренней поверхности труб. Формулы, используемые для гидравлического расчета, одинаковы для систем водяного и парового отопления.

§ 9.6. Гидравлический расчет паропроводов низкого давления

При движении пара по участку паропровода его количество уменьшается вследствие по- путной конденсации, снижается также его плотность из-за потери давления. Снижение

плотности сопровождается увеличением, несмотря на частичную конденсацию, объема

пара к концу участка, что приводит к возрастанию скорости его движения.

В системе низкого давления при давлении пара от 0,005 до 0,02 МПа эти сложные процес-

сы вызывают практически незначительные изменения параметров пара. Поэтому прини-

мают, что расход пара постоянен на каждом участке, а плотность пара постоянна на всех

участках системы. При этих двух условиях гидравлический расчет паропроводов проводят

по уже известному способу расчета по удельной линейной потере давления (см. § 8.3), ис-

ходя из тепловых нагрузок участков.

Расчет начинают с ветви паропровода, ведущего к наиболее неблагоприятно расположен-

ному отопительному прибору, каковым является прибор, наиболее удаленный от котла.

Для гидравлического расчета паропроводов низкого давления используют таблицы (табл.

II.4 и П.5 Справочника проектировщика [10]), составленные при плотности 0,634 кг/м3,

соответствующей среднему избыточному давлению пара 0,01 МПа, и эквивалентной ше-

роховатости труб кэ=0,0002 м (0,2 мм). Эти таблицы, по структуре аналогичные табл. 8.1 и

8.2, отличаются величиной удельных потерь на трение, обусловленной иными значениями

плотности и кинематической вязкости пара, а также коэффициента гидравлического тре-

ния X для труб. В таблицы внесены тепловые нагрузки С, Вт, и скорость движения пара

\у, м/с.

В системах низкого и повышенного давления установлена во избежание шума предельная

скорость пара: 30 м/с при движении пара и попутного конденсата в трубе в одном и том

же направлении и 20 м/с при встречном их движении.

276

Для ориентации при подборе диаметра паропроводов вычисляют, как и при расчете сис-

тем водяного отопления, среднее значение возможной удельной линейной потери давле-

где рп - начальное избыточное давление пара, Па; Е1пар - общая длина участков паропрово-

да до наиболее удаленного отопительного прибора, м.

Для преодоления сопротивлений, не учтенных при расчете или введенных в систему в

процессе ее монтажа, оставляют запас давления до 10 % расчетной разности давления, т.е.

сумма линейных и местных потерь давления по основному расчетному направлению должна составлять около 0,9(рп-рпр).

После расчета ветви паропровода до наиболее неблагоприятно расположенного прибора

переходят к расчету ветвей паропровода до других отопительных приборов. Этот расчет

сводится к увязке потерь давления на параллельно соединенных участках основной (уже

рассчитанной) и второстепенной (подлежащей расчету) ветвях. При увязке потерь давле-

ния на параллельно соединенных участках паропроводов допустима невязка до 15 %. В

случае невозможности увязки потерь давления применяют дросселирующую диафрагму

(шайбу) (см. § 9.3). Диаметр отверстия дросселирующей диафрагмы бд, мм, определяют по

формуле

где 0уч - тепловая нагрузка участка, Вт; Ард - излишек давления, Па, подлежащий дроссе-

лированию.

Диафрагмы (шайбы) целесообразно применять для погашения излишнего давления, пре- вышающего 300 Па.

Пример 9.8. Выполним гидравлический расчет одной из двух одинаковых частей паропро-

водов замкнутой системы отопления низкого давления (см. рис. 9.2).

Давление пара в котле 0,01 МПа. Тепловая нагрузка каждого из 16 приборов 4000 Вт.

Длины участков приведены в табл. 9.1.

Средняя удельная линейная потеря давления по формуле (9.13)

Яср = 0,65(10000 - 2000) ! 34 = 153 Па/м.

Ориентируясь на значение К.ср, по тепловым нагрузкам участков (нагрузку участка 1 при-

нимаем равной удвоенной нагрузке участка 2) задаемся диаметром труб и определяем

скорость движения пара и действительные значения К. Данные расчета сводим в табл. 9.1.

Потери давления на участках 6 и 7 должны быть равны потерям на участках 4 и 5 (1134

Па). В результате расчета получена невязка 18,9 %. Сократить ее путем уменьшения диа-

метра участка 6 до Пу15 нельзя, так как скорость движения пара при встречном движении попутного конденсата превысит допустимые 20 м/с. Дросселирующие диафрагмы не ус- танавливаем, так как разница в потерях давления меньше 300 Па.

277

Потери давления на участках 8 и 9 должны быть равны потерям на участках 3,4 и 5 (2860

Па). В результате расчета получен излишек давления 2860 - 1254 = 1606 Па. Для его уст-

ранения предусматриваем установку дросселирующих диафрагм в муфтах вентилей у обоих нижних приборов, имеющих тепловую нагрузку по 4000 Вт. Диаметр отверстия ка- ждой диафрагмы по формуле (9.14)

= 0,92(40002 / 1606)0,25 = 9,2 мм.

Таблица 9.1. Гидравлический расчет паропроводов системы отопления низкого дав-

ления

Невязка: 100(2860 - 1254 ) ! 2860 = 56 % > 15 %

§ 9.7. Гидравлический расчет паропроводов высокого давления

Расчет паропроводов систем повышенного и высокого давления проводят с учетом изме-

нения объема пара при изменении его давления и уменьшения расхода пара вследствие

попутной конденсации. В случае, когда известно начальное давление пара рп и задано ко-

нечное давление перед отопительными приборами рпр, расчет паропроводов выполняют до расчета конденсатопроводов.

278

Конечный расход пара ОКОН находят по формуле (4.4) в зависимости от тепловой нагрузки и давления пара у прибора. Средний расчетный расход пара на участке определяют по

транзитному расходу СгКон с прибавлением половины расхода пара, теряемого при попут-

ной конденсации:

Суч - Скоч+ п.к> (9.15)

где Оп к - дополнительное количество пара в начале участка, определяемое по формуле

г - удельная теплота парообразования (конденсации) при давлении пара в конце участка;

|с1р - теплопередача через стенку трубы на участке, определяемая по формуле (8.49), когда

уже известен диаметр труб (для ориентировочного расчета пользуются следующими зави-

симостями: при Оу15,20 0^ = 0,1160кОН, при Пу25...50 0тр = 0,0350КОН, при Бу65 и более

Охр = 0,0230КОН? где Окон - количество теплоты, которое требуется доставить в отопитель-

ный прибор или в конец участка паропровода).

Гидравлический расчет выполняют по способу приведенных длин, который применяет-

ся, когда линейные потери давления являются основными (около 80 %), а потери давления

в местных сопротивлениях сравнительно малы. Исходная формула для определения по-

терь давления на каждом участке приведена в § 8.1 (формула (8.4)).

При расчете линейных потерь давления в паропроводах используют вспомогательную

таблицу, составленную для труб с эквивалентной шероховатостью внутренней поверхно- сти к, = 0.2 мм.по которым перемещается пар. имеющий условно постоянную плотность 1

кг/м3 (избыточное давление такого пара 0,076 МПа, температура 116,2 °С, кинематическая

вязкость 21* 10"6 м2/с). В таблицу внесены расход О, кг/ч, и скорость движения \у, м/с, пара.

Для подбора диаметра труб по таблице вычисляют среднее условное значение удельной линейной потери давления по формуле

где рср - средняя плотность пара, кг/м3, при среднем его давлении в системе 0,5(рп + + рпр);

остальные пояснения даны к формулам (9.11) и (9.13).

По вспомогательной таблице получают в зависимости от среднего расчетного расхода па-

ра условные значения удельной линейной потери давления К.усл и скорости движения пара

\уусл. Переход от условных значений к действительным, соответствующим параметрам па-

ра на каждом участке, делают по формулам

где Рср.уч - действительное среднее значение плотности пара на участке, кг/м3, определяе-

мое по его среднему давлению на том же участке.

Действительная скорость пара не должна превышать 80 м/с (30 м/с в системе повышенно-

го давления) при движении пара и попутного конденсата в одном и том же направлении и

60 м/с (20 м/с в системе повышенного давления) при встречном их движении.

279

Таким образом, гидравлический расчет проводится с усреднением значений плотности пара на каждом участке, а не в целом для системы, как это делается при гидравлических расчетах систем водяного отопления и парового отопления низкого давления.

Потери давления в местных сопротивлениях, составляющие всего около 20 % общих по-

терь, определяют через эквивалентные им потери давления по длине труб. Эквивалентную

местным сопротивлениям, дополнительную длину трубы находят по формуле

Значения с!в / Л. приведены в табл. II.7 Справочника проектировщика [10]. Видно, что эти

значения должны возрастать с увеличением диаметра труб. Действительно, если, напри-

мер, для трубы Оу15 с!в / X, = 0,33 м, то для трубы Е)у50 оно составляют 1,85 м. Эти цифры показывают длину трубы, при которой потеря давления на трение равна потере в мест- ном сопротивлении с коэффициентом %=1,0.

Общие потери давления Друч на каждом участке паропровода с учетом эквивалентной

длины определяют по формуле

где 1прив - 1 + 1экв - расчетная приведенная длина участка, м, включающая фактическую и эквивалентную местным сопротивлениям длины участка.

Для преодоления сопротивлений, не учтенных при расчете по основным направлениям,

оставляют запас не менее 10 % расчетного перепада давления. При увязке потерь давле- ния в параллельно соединенных участках допустима, как и при расчете паропроводов низ-

кого давления, невязка до 15%.

В системах высокого давления в большинстве случаев гидравлический расчет паропрово-

дов выполняют после расчета конденсатопроводов, в результате которого определяется давление перед отопительными приборами рпр (с проверкой его допустимости по темпера-

туре 1П). Далее, если известно начальное давление пара рп в распределительном коллекто-

ре, расчет паропроводов делают как указано выше. Если же давление рп не задано, то его

находят, проводя расчет по предельно допустимой скорости движения пара.

§ 9.8. Гидравлический расчет конденсатопроводов

Диаметр самотечных сухих и мокрых конденсатопроводов подбирают без расчета (по

специальной таблице в справочной литературе) в зависимости от количества теплоты, вы-

деленного паром при образовании конденсата, положения (горизонтальные, вертикаль- ные) и длины труб.

Пропускная способность конденсатопроводов различна. Например, при [)у15 по горизон-

тальному сухому конденсатопроводу в 1 ч может быть пропущено 7 кг, по вертикальному

сухому - 11 кг, а по мокрому - 52 кг конденсата. Следовательно, для того чтобы пропус-

тить одно и то же количество конденсата, наибольший диаметр трубы потребуется для го- ризонтального сухого, наименьший - для мокрого конденсатопровода.

280