Синтез допустимых гидравлических режимов распределительных фрагментов теплоснабжающих систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 693.34:519.87

Синтез допустимых гидравлических режимов распределительных фрагментов теплоснабжающих систем

Распределительный фрагмент большой теплоснабжающей системы, как правило, имеет в своем составе узлы присоединения к магистральным сетям, распределительную трубопроводную сеть с диаметром трубопроводов менее 400 мм, понизительные насосные станции на обратном трубопроводе, повысительные - на подающем трубопроводе или смесительные насосные станции между подающим и обратным трубопроводами, индивидуальные тепловые пункты потребителей с разнородными нагрузками теплопотребления. гидравлический дроссельный напор энергоноситель

Синтез допустимых режимов всех распределительных фрагментов является вторым этапом синтеза допустимого режима большой теплоснабжающей системы после завершения синтеза допустимого режима магистрального фрагмента системы.

Постановку задачи синтеза допустимого гидравлического режима распределительных фрагментов ТСМ сформулируем следующим образом.

Задано:

- узлы присоединения распределительного фрагмента к магистральной сети;

- напоры в узлах присоединения распределительного фрагмента на подающем и обратном трубопроводах (по результатам синтеза допустимого режима магистральной сети, к которому присоединён рассматриваемый распределительный фрагмент);

- определены участки трубопроводной сети и их конструктивные и гидравлические параметры, транзитные и нагруженные узлы и их узловые нагрузки;

- технологические схемы включения насосных агрегатов и их напорно-расходные характеристики для всех действующих насосных станций;

- технологические схемы, тепловые нагрузки для эксплуатационного режима и параметры технологического оборудования теплопотребляющих систем всех потребителей.

Требуется определить:

- массовые расходы энергоносителя на участках;

- давления в узлах трубопроводной сети;

- режимы насосных станций;

- параметры дроссельных органов и места их установки на технологической схеме каждого теплового пункта, обеспечивающие расчетное теплопотребление и допустимые напоры в узлах тепловых пунктов.

Основными техническими средствами стабилизации гидравлических режимов в неавтоматизированных распределительных сетях остаются дроссельные диафрагмы, устанавливаемые как на входе теплопотребляющих систем теплового пункта (внутренние дроссельные органы), так и в головной части ответвлений на несколько тепловых пунктов потребителей (внешние дроссельные органы), а также сопла элеваторов.

Дроссельная диафрагма является простейшим средством срабатывания избыточного напора потока энергоносителя в любом гидравлическом тракте за счет местного внезапного сужения, а затем расширения потока, что неизменно приводит к потере напора.

Математическая модель диафрагмы должна устанавливать физически достоверные отношения между диаметром её отверстия и параметрами потока: массовым расходом и потерями напора на местном сопротивлении, вызванном сужением потока. Такая модель может быть получена на базе эмпирической модели коэффициента местного сопротивления диафрагмы, который является сложной функцией относительного параметра F₀/F₁ - отношение площади сечения отверстия диафрагмы к площади внутреннего сечения трубопровода, - на котором она установлена.

Если отношение диаметра отверстия диафрагмы к внутреннему диаметру трубы менее 0.2 и режим течения соответствует большим значениям чисел Рейнольдса (>10⁴), то с достаточной для практики точностью диаметр отверстия диафрагмы можно рассчитывать по формуле

(1)

гдеD_d - диаметр дроссельной диафрагмы, мм;

G_r - расчетный расход энергоносителя через диафрагму, т/ч;

H_g - избыточный напор, гасимый дроссельной диафрагмой, м в.ст.

Соотношение (1) должно использоваться с одним существенным ограничением: диаметр отверстия диафрагмы не должен быть менее 3 мм во избежание её засорения взвешенными частицами в потоке энергоносителя. Если же расчетный диаметр отверстия диафрагмы оказывается менее 3 мм, то следует устанавливать последовательно две диафрагмы диаметром 3 мм, но так, чтобы расстояние между ними было не менее 10 диаметров трубопровода.

Математическая модель струйного элеватора как активного элемента гидравлического тракта отопительной системы может быть представлена следующими отношениями.

Исходя из теплового баланса камеры смешения элеваторного ввода, вычисляем коэффициент смешения K_CM как следующее отношение температур смешиваемых тепловых потоков:

(2)

гдеТ_ПР - расчетная температура сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, °С;

Т_СР - расчетная температура в подающем трубопроводе системы отопления, °С;

Т_ОР - расчетная температура в обратном трубопроводе системы отопления, °С.

Из совместного решения уравнения элеватора и уравнения потерь напора в отопительной системе определяем оптимальный диаметр камеры смешения (горловины), отвечающий максимальному гидродинамическому КПД элеватора:

(3)

гдеD_Г - диаметр камеры смешения элеватора, мм;

G_Г - расчетный массовый расход воды на отопление, т/ч;

Н_ОТ - расчетные потери напора на трубопроводной сети системы отопления, м в.ст.

Вычисленное значение D_Г используем для выбора требуемого типоразмера элеватора из стандартного ряда типоразмеров с помощью следующего алгоритма:

ЕСЛИ D_Г < 15 ТО Принимаем элеватор с номером 0

ЕСЛИ D_Г > = 15 И D_Г < 20 ТО Принимаем элеватор с номером 1

ЕСЛИ D_Г > = 20 И D_Г < 25 ТО Принимаем элеватор с номером 2

ЕСЛИ D_Г > = 25 И D_Г < 30 ТО Принимаем элеватор с номером 3

ЕСЛИ D_Г > = 30 И D_Г < 35 ТО Принимаем элеватор с номером 4

ЕСЛИ D_Г > = 35 И D_Г < 47 ТО Принимаем элеватор с номером 5

ЕСЛИ D_Г > = 47 И D_Г < 59 ТО Принимаем элеватор с номером 6

ЕСЛИ D_Г > = 59 ТО Принимаем элеватор с номером 7

Для реализации расчетного коэффициента смешения располагаемый напор Н_P перед элеватором должен быть не менее

(4)

Если элеватор работает под располагаемым напором, превышающим минимально необходимый в 2-3 раза, то во избежание вибрации и шума избыточную часть этого напора следует гасить дроссельной диафрагмой, устанавливаемой на входном патрубке элеватора.

Обычно располагаемый напор перед элеватором никогда строго не соответствует расчетному перепаду, вычисленному по (4), поэтому необходимый диаметр выходного сечения сопла рассчитываем из условия гашения всего располагаемого напора:

(5)

гдеD_C - рассчитанный диаметр сопла элеватора, мм;

G_C - массовый расход энергоносителя через сопло, т./ч;

Н_ТП - располагаемый напор на входе теплового пункта, м.в.ст.

Рассчитанный по (5) диаметр выходного сечения сопла следует определять до десятой доли миллиметра с округлением в меньшую сторону. При этом диаметр сопла должен быть не менее 3 мм во избежание засорения выходного сечения твердыми включениями в потоке энергоносителя.

Рациональное дросселирование избыточных напоров в технологической схеме теплового пункта должно минимизировать перерасходы тепла, которые всегда неизбежны из-за необходимости устанавливать дроссельные органы с минимально допустимыми значениями диаметров внутренних отверстий (3 мм), когда по расчету требуются диаметры менее 3 мм. При этом непогашенные напоры могут достигать 10-40 м в.ст., а перерасходы тепла - более 10-20 % от расчетных нагрузок. Обычно такие ситуации возникают в тепловых пунктах с низкими значениями расчетных нагрузок теплопотребляющих систем (0.05 т/ч-0.5 т/ч) при располагаемых напорах в 10-30 м в.ст.

Полностью устранить перерасход тепла в неавтоматизированных тепловых пунктах практически невозможно, хотя свести потери до определенного минимума можно, применяя способы одноступенчатого или двухступенчатого дросселирования.

Двухступенчатое дросселирование возможно как на уровне тепловых пунктов (головная диафрагма теплового пункта и местные дроссельные органы отдельных теплопотребляющих систем), так и на уровне ответвлений распределительных сетей (головная диафрагма на входе в ответвление и местные диафрагмы теплопотребляющих систем тепловых пунктов, подключенных к ответвлению).

Одноступенчатое дросселирование менее трудоемко в процессе технической реализации по сравнению с двухступенчатым, поэтому на двухступенчатое дросселирование следует переходить после анализа результатов одноступенчатого дросселирования, когда будет обнаружено большее число рассчитанных дроссельных органов с минимальными диаметрами и высоким уровнем непогашенных напоров в пределах одного или нескольких ответвлений исходной расчетной схемы теплоснабжающей системы.

Определение необходимости установки дроссельных органов для тепловых пунктов потребителей с типовыми технологическими схемами и расчеты их параметров связаны с проверкой множества условий, объединяющих параметры эксплуатационного гидравлического режима и технологические параметры теплопотребляющих систем.

Эти условия, которые можно назвать Правилами вывода, конструируются для каждого вида дроссельного органа на основе математических моделей дроссельных органов, расчетных схем тепловых пунктов потребителей и их математических моделей и представляют собой алгоритмическую форму записи профессиональных знаний в сфере проектирования режимов теплоснабжающих систем. Приведем для примера Правило вывода для подпорной диафрагмы теплового пункта:

1. ЕСЛИ Н_П - Н_О < MAX(Н_МО, Н_МВ, Н_МГВ) ТО

1.1 Выдать сообщение: «Располагаемый напор потребителя недостаточен для обеспечения расчетного расхода».

1.2 Перейти к обработке следующего теплового пункта.

2. ЕСЛИ Н_П > Н_ЗД + 0.5 ТО

2.1 Выдать сообщение: «Установка подпорной диафрагмы не требуется для текущего режима теплового пункта».

2.2 Принять: Н_РК = Н_P

2.3 Закончить выбор подпорной диафрагмы данного теплового пункта.

3. Рассчитать гасимый напор Н_ДП: Н_ДП = Н_ЗД + 0.5.

4. Рассчитать расчетный расход G_Р: G_Р = G_О + G_В + G_ГВ при наличии ГВС закрытого типа.

5. Рассчитать расчетный расход G_Р: G_Р = G_О + G_В - G_ГВ при наличии ГВС открытого типа с водоразбором из обратного трубопровода.

6. Рассчитать диаметр внутреннего отверстия подпорной диафрагмы D_ДП:

7. ЕСЛИ D_ДП < D_МИН ТО

7.1 Принять: D_ДП = D_МИН.

7.2 Скорректировать гасимый напор Н_ДП:

8. Изменить располагаемый напор теплового пункта на величину гасимого напора Н_РК = Н_P - Н_ДП.

9. Закончить выбор подпорной диафрагмы данного теплового пункта.

КОНЕЦ ПРАВИЛА ВЫВОДА,

гдеG_О, G_В, G_ГВ - расчетный расход воды соответственно для систем отопления, вентиляции, закрытых или открытых ГВС, т/ч;

Н_ЗД, Н_П, Н_О - соответственно высота здания, обслуживаемого тепловым пунктом, и пьезометрический напор в подающем и обратном трубопроводах на входе теплового пункта, м.в.ст;

Н_РК, Н_P - соответственно скорректированный и расчетный располагаемый напор теплового пункта, м.в.ст;

Н_МО, Н_МВ, Н_МГВ - минимально необходимый располагаемый напор соответственно для систем отопления, вентиляции, ГВС, м.в.ст.

MAX(Н_МО, Н_МВ, Н_МГВ) - функция выбора максимального значения из значений указанных переменных;

D_МИН - заданный минимально допустимый диаметр дроссельного органа (сопло, диафрагма).

Список литературы

1.Карасев Н.И., Фольгарт В.И., Дирксен В.Л. Синтез допустимых установившихся гидравлических режимов больших теплоснабжающих систем с дроссельным управлением // Изв.вузов «Энергетика». 1990. № 4. С. 73-78.

2.Манюк В.И. и др. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. М.: Стройиздат, 1988. 432 с.

Размещено на Allbest.ru