Як визначити статичний тиск у тепловій мережі. Глава vii гідравлічні режими теплових мереж § vii.1. основи гідравлічного режиму гідравлічним режимом визначається взаємозв'язок між витратою теплоносія

Найважливішим завданням при проектуванні та експлуатації систем теплопостачання є розробка ефективного гідравлічного режимущо забезпечує надійну роботу теплових мереж.

Під надійною роботою мається на увазі:

1) забезпечення необхідних натисків перед абонентами ();

2) виключення закипання теплоносія в магістралі, що подає;

3) виключення спорожнення систем опалення в будинках, а значить подальшого завоздушення при повторному пуску;

4) виключення небезпечних перевищень тиску у споживачів, що викликають можливість пориву труб та опалювальної арматури.

Під гідравлічним режимомтеплової мережі розуміють взаємну зв'язок між тисками (напорами) і витратами теплоносія у різних точках мережі у час.

Гідравлічний режим теплової мережі вивчають за допомогою побудови графіка тисків (п'єзометричного графіка).

Графік будується після гідравлічного розрахунку трубопроводів. Він дозволяє наочно орієнтуватися в гідравлічному режимі роботи теплових мереж при різному режимі їх роботи з урахуванням впливу рельєфу місцевості, висоти будівель, втрат тиску в теплових мережах. За цим графіком можна легко визначити тиск і наявний напір у будь-якій точці мережі та абонентській системі, підібрати відповідне насосне обладнання насосних станційта схему автоматичного регулювання гідравлічного режиму роботи ІТП

Розглянемо п'єзометричний графік для теплової мережі, що розташована на місцевості зі спокійним рельєфом (рис. 7.1). Площина з нульовою позначкою поєднана з позначкою розташування теплопідготовчої установки. Профіль основної магістралі 1 -2-3 -IIIпоєднаний із вертикальною площиною, в якій викреслено п'єзометричний графік. У точці 2 до магістралі приєднано відгалуження 2 -I. Це відгалуження має свій профіль у площині, перпендикулярній до основної магістралі. Для можливості зображення профілю відгалуження 2 -Iна п'єзометричному графіку повернемо його на 90° проти годинникової стрілки навколо точки 2 і сумісний з площиною профілю основної магістралі. Після суміщення площин профіль відгалуження займе на графіку положення, яке відображатиметься лінією 2 - . Аналогічно будуємо профіль і для відгалуження 3 - .

Розглянемо роботу двотрубної системитеплопостачання, принципова схема якої показано на рис. 7.1, в. З теплопідготовчої установки Т високотемпературна вода з надходить в теплопровід в точці П1з повним натиском в колекторі, що подає джерела теплопостачання (Тут - початковий повний напір після мережевих насосів (точка K); - Втрати напору мережевої води в теплопідготовчій установці). Так як геодезична позначка установки мережевих насосів, повні напори на початку мережі дорівнюють п'єзометричним напорам і відповідають надлишковому тиску в колекторах джерела теплопостачання. Гаряча водапо магістралі, що подає 1-2-3-IIIта відгалуженням 2-Iі 3-IIнадходить до місцевих систем споживачів тепла I, II, III. Повні натиски в магістралі, що подає, і відгалуженнях зображені графіками натисків П1-ПІІІ,П2-ПІ,П3-ПІІ. Охолоджена вода зворотними трубопроводами направляється до джерела теплопостачання. Графіки повних тисків у зворотних теплопроводах зображені лініями OIII-О1, OII-О3, ОI-О1.

Різниця напорів в лінії подачі і зворотній для будь-якої точки мережі називається наявний натиск. Так як подавальний і зворотний трубопроводи в будь-якій точці мають одну і ту ж геодезичну позначку, напір, що розташовується, дорівнює різниці повних або п'єзометричних напорів:

У абонентів наявні напори рівні: ;

; . Повний напір у кінці зворотної лінії перед мережевим насосом на зворотному колекторі джерела теплопостачання дорівнює. Отже, наявний

напір у колекторах теплопідготовчої установки

Мережевий насоспідвищує тиск води, що надходить із зворотної лінії, і направляє її в теплопідготовчу установку, де вона нагрівається до . Насос розвиває натиск.

Мал. 7.1. П'єзометричний графік (а),однолінійна схема трубопроводів (б)та схема двотрубної теплової мережі (В)

I-III- абоненти; 1, 2, 3 - вузли; П- Лінія, що подає; Про - зворотна лінія; Н- напори; Т-теплопідготовча установка; СІ- Мережевий насос; РД- регулятор тиску; Д- точка відбору імпульсу для РД; ПОНЕДІЛОК- підживлювальний насос; Б -бак підживлювальної води; ДК -дренажний клапан.

Втрати напору в лінії і зворотній лініях рівні різниці повних напорів на початку і кінці трубопроводу. Для магістралі, що подає, вони рівні, а для зворотної .

Описаний гідродинамічний режим спостерігається під час роботи мережевого насоса. Положення п'єзометричної лінії зворотного трубопроводу в точці О1підтримується постійним у результаті роботи підживлювального насоса ПНі регулятора тиску РД. Напір, що розвивається підживлювальним насосом при гідродинамічний режимдроселюється клапаном РДтаким чином, щоб у точці відбору імпульсу тиску Д з байпасної лінії мережевого насоса підтримувався напір , рівний повному натиску, що розвивається підживлювальним насосом.

На рис. 7.2 показані графік напорів у лінії підживлення та в байпасній лінії, а також принципова схемапідживлювального пристрою.

Мал. 7.2. Графік напорів у лінії підживлення 1 -2 та в байпасній лінії мережевого насоса 2 -3(а)та схема підживлювального пристрою (б):

Н- п'єзометричні напори; - Втрати напору в дросельних органах регулятора тиску РДта у засувках А та В; СН, ПН- мережевий та підживлювальний насоси; ПК- дренажний клапан; Б- бак підживлювальної води

Перед насосом живлення повний напір умовно приймаємо рівним нулю. Підживлювальний насос ПОНЕДІЛОКрозвиває натиск. Цей тиск буде в трубопроводі до регулятора тиску РД.Втратами натиску на тертя на ділянках 1 -2 і 2 -3 нехтуємо з огляду на їх дрібниці. У байпасній лінії теплоносій рухається від точки 3 до точки 2. У засувках Аі Успрацьовується весь напір, що розвивається мережевим насосом. Ступінь закриття цих засувок регулюють таким чином, щоб у засувці Абув спрацьований натиск і повний натиск після неї дорівнював .

У засувці Успрацьовується натиск , причому (тут - натиск після РД).Регулятор тиску підтримує постійний тиск у точці Дміж засувками Аі Ст.При цьому в точці 2 підтримуватиметься натиск , а на клапані РДспрацьовуватиметься натиск .

При збільшенні витоку теплоносія з мережі тиск у точці Дпочинає знижуватися, клапан РДвідкривається, збільшується підживлення теплової мережі та тиск відновлюється. При скороченні витоку тиск у точці Дпочинає підвищуватися та клапан РДприкривається. Якщо при закритому клапані РДтиск продовжуватиме зростати, наприклад в результаті приросту об'єму води при підвищенні її температури, в роботу включиться дренажний клапан ПК,що підтримує постійний тиск «до себе» в точці Д,і скине надлишок води у дренаж. Так працює підживлювальний пристрій при гідродинамічному режимі. При зупинці мережевих насосів припиняється циркуляція теплоносія в мережі та у всій системі натиск падає аж до . Регулятор тиску РДвідкривається, а підживлювальний насос ПОНЕДІЛОКпідтримує у всій системі постійний натиск.

Таким чином, при другому характерному гідравлічному режимі - статичному- у всіх точках системи теплопостачання встановлюється повний напір, що розвивається підживлювальним насосом. У точці Дяк при гідродинамічному, так і при статичному режимах підтримується постійний напір. Така точка називається нейтральною.

Зважаючи на великий гідростатичний тиск, створюваний стовпом води, і високої температуриводи, що транспортується, виникають жорсткі вимоги до допустимого діапазону тисків як у подавальному, так і в зворотному трубопроводах. Ці вимоги накладають обмеження на можливе розташування п'єзометричних ліній як при статичному, так і гідродинамічному режимах.

Для виключення впливу місцевих систем на режим тиску в мережі вважатимемо, що вони приєднані за незалежною схемою, коли гідравлічні режими теплової мережі та місцевих систем автономні. У таких умовах до режиму тиску в мережі пред'являються викладені нижче вимоги.

При роботі теплової мережі та розробки графіка п'єзометричних напорів повинні бути дотримані такі умови (як при динамічному, так і при статичному режимах), які перераховуються в порядку черговості їх перевірки при побудові графіка.

1. П'єзометричний натиск у зворотному трубопроводі мережі повинен бути вищим за статичний рівень під'єднаних систем (висоти будівель Н зд) не менше ніж на 5 м(запас), інакше тиск у зворотному трубопроводі Н обрбуде менше статичного тиску будівлі Н зді рівень води в будинках встановиться на висоті натиску зворотного п'єзометра, а над ним виникне вакуум (оголення системи), який викличе підсмоктування повітря в систему. На графіці ця умова висловиться тим, що лінія зворотного п'єзометра має пройти 5 мвище будівлі:

Н обр Н зд + 5 м; Н ст Н зд + 5 м.

2. У будь-якій точці зворотної магістралі п'єзометричний напір має бути не менше 5 мщоб не було вакууму та підсмоктування повітря в мережу (5 м- Запас). На графіку ця умова виражається тим, що п'єзометрична лінія зворотної магістралі та лінія статичного натиску в будь-якій точці мережі повинні йти не менше ніж на 5 мвище за рівень землі:

Н обр Н з + 5 м; Н ст Н з + 5 м.

3. Напір на всмоктуванні мережевих насосів (напір підживлення Але) має бути не менше 5 м, щоб забезпечити затоку насосів водою та відсутність кавітації:

Але 5 м.

4. Тиск води в системі опалення має бути меншим за максимально допустимий, який можуть витримати опалювальні прилади (6 кгс/см 2). На графіці ця умова виражається тим, що на введеннях у будівлі п'єзометричні натиски у зворотній магістралі та статичний рівень мережі не повинні бути вищими Н доп = 55 м(із запасом 5 м):

Н обр - Н з 55 м; Н ст - Н з 55 м.

5. У трубопроводі, що подає, до елеватора, де температура води вище , має підтримуватись тиск не менше тиску кипіння води при температурі теплоносія – приймається із запасом; (Для статичного рівня це не обов'язково):

Н s=20 мпри і Н s=40 мпри .

На графіку ця умова висловиться тим, що лінія напорів у трубопроводі, що подає, повинна бути відповідно на величину Н sвище найвищої точки перегрітої води в системі опалення (для житлових будівель це буде рівень землі, а для промислових будівель - вищаточка перегрітої води в цехах):

Н під Н s + 5 м.

6. Статичний рівень місцевих систем (рівень верху будівель) не повинен створювати в системах інших будівель тиск більший за максимальний допустимий для них, інакше при зупинці мережевих насосів відбудеться роздавлювання приладів цих систем за рахунок тиску води високо розташованих будівель. На графіку ця умова висловиться тим, що рівні високо розташованих будівель не повинні перевищувати 55 мрівні землі біля інших будівель.

7. Тиск у будь-якій точці системи не повинен перевищувати максимально допустиме з умов міцності обладнання, деталей та арматури. Зазвичай приймають максимальний надлишковий тиск Р доп=16…22 кгс/см 2. Це означає, що і п'єзометричний натиск у будь-якій точці трубопроводу, що подає (від рівня землі), повинен бути не менше Н доп - 5 м(Із запасом5 м):

Н під – Н з Н доп – 5 м.

8. Напір, що розташовується (різниця п'єзометричних напорів у трубопроводі, що подає і зворотний) на вводах в будівлі повинен бути не менше втрати напору в системі абонента:

Н р = Н під - Н обр Н зд.

Таким чином, п'єзометричний графік дозволяє забезпечити ефективний гідравлічний режим теплової мережі та підібрати насосне обладнання.

Контрольні питання

1. Викладіть основні завдання вибору режиму тиску водяних теплових мереж із умови надійності роботи системи теплопостачання.

2. Що таке гідродинамічний та статичний режими роботи теплової мережі? Обґрунтуйте умови визначення положення статичного рівня.

3. Подайте методику побудови п'єзометричного графіка.

4. Викладіть вимоги до визначення положення на п'єзометричному графіку ліній тиску в магістралях теплової мережі, що подає і зворотній.

5. На основі яких умов на п'єзометричному графіці наносяться наносяться рівні допустимих максимальних та мінімальних п'єзометричних напорів для лінії подачі та зворотної лінії теплопостачання?

6. Що таке «нейтральна» точка» на п'єзометричному графіку та за допомогою якого пристрою на ТЕЦ чи котельні регулюється її положення?

7. Як визначається робочий напір мережевих та підживлювальних насосів?

РОЗДІЛ VII ГІДРАВЛИЧНІ РЕЖИМИ ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖІВ § VII.1. ОСНОВИ ГІДРАВЛІЧНОГО РЕЖИМУ Гідравлічним режимом визначається взаємозв'язок між витратою теплоносія та тиском у різних точках системи в даний момент часу. Розрахунковий гідравлічний режим характеризується розподілом теплоносія відповідно до розрахункового теплового навантаження абонентів. Тиск у вузлових точках мережі та на абонентських вводах дорівнює розрахунковому. Наочне уявлення про цей режим дає п'єзометричний графік, побудований за даними гідравлічного розрахунку. Однак у процесі експлуатації витрата води у системі змінюється. Змінна витрата викликається нерівномірністю водоспоживання на гаряче водопостачання, наявністю місцевого кількісного регулювання різнорідного навантаження, і навіть різними перемиканнями у мережі. Зміна витрати води та пов'язана з ним зміна тиску призводять до порушення як гідравлічного, так і теплового режимуабонентів. Розрахунок гідравлічного режиму дає можливість визначити перерозподіл витрат і тисків у мережі та встановити межі допустимої зміни навантаження, що забезпечують безаварійну експлуатацію системи. Гідравлічні режими розробляються для опалювального та літнього періодів часу. У відкритих системах теплопостачання додатково розраховується гідравлічний режим при максимальному водорозборі зі зворотного та трубопроводу, що подає. Розрахунок гідравлічного режиму виходить з основних рівняннях гідродинаміки. У теплових мережах, як правило, має місце квадратична залежність падіння тиску ΔР (Па) від витрати: ΔP=SV(VII.1) де S характеристика опору, що є падіння тиску при одиниці витрати теплоносія, Па/(м/ 3 год) 2; V витрати теплоносія, м 3 /год.

Значення характеристики опору виходить із спільного розв'язання рівнянь (VII.1), (VI.2), (VII.3): АР ^ л(/+;е) -=Л (t+ " 9) про-(VII.2) Л,=0,0894^,(VII.3) де z=3600 с; -постійний коефіцієнт, залежить від шорсткості стін трубопроводів: Як випливає з рівнянь (VII.2) і (VII.3), характеристика опору залежить від геометричних розмірів мережі, шорсткості стін трубопроводів і щільності теплоносія. При відомих витратах і відповідних втрат тиску характеристика опору перебуває з рівняння (VII.1). Під час розробки гідравлічного режиму часто використовують лінійну одиницю тиску, звану напором. Мал. VII.1. Характеристика теплової мережі та насоса: 1розрахункова характеристика: 2 характеристика мережі після відключення абонента; 3 характеристика насоса

Мал. VII.2. Послідовне (а) та паралельне (б) з'єднання ділянок Графічне зображення втрат напору від витрати є характеристикою мережі. Характеристика теплової мережі є квадратичною параболою, що проходить через початок координат (рис. VII.I). Перетин характеристики мережі з характеристикою насоса (точка А) визначає режим роботи насоса на цю мережу. У процесі експлуатації характеристика опору мережі змінюється у зв'язку з приєднанням нових абонентів, відключенням частини навантаження, при зміні шорсткості стін трубопроводів. Визначимо характеристику опору розгалуженої мережі, Що складається з ряду послідовно та паралельно з'єднаних ділянок. Загальні втрати тиску ΔР у мережі, що складається з послідовно з'єднаних ділянок з незмінною витратою V (рис. VII.2, а), складаються із втрат тиску на кожній ділянці де ΔP 1, ΔР 2, ΔP 3 втрати тиску на окремих ділянках мережі. Виразивши втрати тиску через витрату та характеристики опору за формулою (VII. 1), отримаємо де sхарактеристика опору мережі; S 1,S 2, S 3 характеристики опору її складових ділянок. Отже, сумарна характеристика опору послідовно з'єднаних ділянок мережі дорівнює сумі характеристик опору цих ділянок. При паралельному з'єднанні (рис.VII.2 б) загальна витрата в мережі дорівнює сумі витрат на відгалуженнях

Витрата води згідно з виразом (VII. 1) може бути представлена ​​у вигляді: Зважаючи на рівність втрат тиску в паралельно з'єднаних ділянках мережі (АР = АР 1 = АР 2 =АР 3) вираз (VII.7) набуде вигляду: Величина 1/S представляє собою гідравлічний показник, званий провідністю, рівний витраті води при перепаді тиску в 1 Па: З урахуванням залежності (VI 1.10) отримаємо: де провідність мережі; а 1, а 2, а 3 провідності окремих її ділянок, м 3 /ч Па 0>5. Таким чином, сумарна провідність паралельно з'єднаних ділянок дорівнює сумі провідностей цих ділянок. На основі рівностей (VII.6) та (VII.11) визначається характеристика опору розгалуженої мережі за відомими провідностями або характеристиками опору окремих її ділянок. За допомогою одержаних залежностей проводиться розрахунок гідравлічного режиму системи. 5. Таким чином, сумарна провідність паралельно з'єднаних ділянок дорівнює сумі провідностей цих ділянок. На основі рівностей (VII.6) та (VII.11) визначається характеристика опору розгалуженої мережі за відомими провідностями або характеристиками опору окремих її ділянок. За допомогою отриманих залежностей проводиться розрахунок гідравлічного режиму системи.">

§ VII.2. РОЗРАХУНОК ГІДРАВЛІЧНОГО РЕЖИМУ автоматизованої системиз регуляторами РР для опалення та регуляторами температури РТ для гарячого водопостачання витрата води в абонентів визначається лише величиною їхнього теплового навантаження. Постійність заданої витрати на опалювальному вводі підтримується налаштуванням регулятора: при зменшенні наявного тиску на введенні збільшується ступінь відкриття клапана регулятора. Розрахунок гідравлічного режиму такої системи зводиться до визначення втрат тиску за відомих витрат води. У разі відсутності: на вводах авторегуляторів зміна витрат та тиску в мережі викликає перерозподіл витрат у магістральних трубопроводах та абонентських вводах. Розрахунок гідравлічного режиму дає можливість визначити витрати води і відповідні їм втрати тиску за умов роботи системи, що змінилися.

Вихідними даними є: схема мережі, розрахунковий п'єзометричний графік і тиск на колекторах ТЕЦ. Розглянемо схему теплової мережі, що має п абонентів (рис. VII.3). Характеристики опору магістральних ділянок позначимо відповідно S I,S II,S III,..., S N, а характеристики опору абонентів з урахуванням відгалужень S1, S2, S3,..., Sn. Сумарна витрата води в мережі дорівнює V, витрата води на абонентських вводах-V i (з індексом, що відповідає його номеру). Починаючи з першого абонента, запишемо умови рівності втрат тиску в паралельних ділянках мережі AS 1 A та AS n A: де S 1-n характеристика опору мережі від абонента 1 до n-го включно з усіма відгалуженнями, що визначається за формулами (VII.6) та (VII.І). З рівняння (VII.12) знайдемо відносну витрату води абонента I; Для абонентського введення 2 можна записати: де S 2-n сумарна характеристика опору мережі від абонента 2 до п-го включно з усіма відгалуженнями. Але, з іншого боку, перепад тисків у вузлі А дорівнює: Із спільного вирішення рівнянь (VII. 14) та (VII. I5) знайдемо відносну витрату води у другого абонента:

Де S II-n = S II -S 2-n За аналогією для будь-якого m-го абонента системи, що складається з п споживачів, отримаємо: Таким чином, якщо відомі сумарна витрата води та характеристики опору окремих ділянок мережі, то можна знайти витрату води через будь-яку абонентську установку.

Приклад 1. Схема теплової мережі та розрахунковий п'єзометричний графік, показані на рис. VII.4. Розрахункові витрати води та відповідні їм втрати тиску наведені в табл.VII.1. Визначити витрати води та втрати напору в мережі при відключенні абонента 2. Побудувати характеристику мережі для розрахункового та нерозрахункового режимів. При розрахунку прийняти, що тиск насоса залишається незмінним до рівних 372·10 3 Па. Щільність води приймаємо р=975 кг/м3. Рішення. Розрахункова характеристика опору системи виходить із формули (VII.1) за даними. розрахункового режиму: Для побудови характеристики мережі задаємося витратами води та визначаємо відповідні їм втрати напору за S=1,16. Характеристики мережі та насоса показані на рис. VII.1. Визначаємо характеристики опору магістральних ділянок мережі а абонентів за відомими витратами та втратами тиску для розрахункового режиму за формулою (VII.I.). Результати розрахунку наведено у табл. VII.1. Далі знаходимо характеристики опору та провідності окремих вузлів системи після відключення абонента 2. Для цього підсумовуємо характеристики опору послідовно з'єднаних ділянок або провідності паралельних ділянок.

Характеристика опору магістральних ділянок II, III та абонента після відключення споживача 2 складе: Провідність ділянок II3 Сумарна провідність ділянок II3 та абонента 1 Загальна характеристикаопору цих ділянок мережі становить: Сумарна характеристика опору всієї системи після відключення абонента 2 дорівнює Як видно з наведеного розрахунку, характеристика опору системи при відключенні паралельної ділянки збільшується. Характеристика мережі після відключення абонента 2 побудована залежно (VII. 1) при 5=2,313 (див. рис. VII.1) Витрата води в абонента I визначимо за формулою (VII.13)

Витрата води у абонента 3 Втрати тиску і напору на ділянках мережі: Напори, що знаходяться в вузлових точках рівні: За знайденими величинами будуємо п'єзометричний графік для нового режиму (рис. VII.4). На основі розрахунку гідравлічного режиму вирішується ціла низка питань, пов'язаних з експлуатацією системи теплопостачання, а саме: можливість приєднання нових абонентів до існуючої мережі, аварійне резервування системи, перевіряється робота мережі за максимального водорозбору на гаряче водопостачання. Методи ручного рахунку дуже трудомісткі, а ряді випадків, наприклад для багатокільцевих мереж, практично неприйнятні. ВТІ розроблено алгоритми та програми розрахунку гідравлічних режимів теплових мереж на ЕЦОМ. З їхньою допомогою вирішені численні завдання з розрахунку та дослідження гідравлічних режимів систем теплопостачання низки міст країни.

§ VII.3. ГІДРАВЛІЧНА СТІЙКІСТЬ СИСТЕМ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ Під гідравлічною стійкістю розуміють здатність системи зберігати постійну витрату теплоносія на абонентських вводах за зміни умов роботи інших споживачів. Гідравлічна стійкість кількісно оцінюється коефіцієнтом гідравлічної стійкості де V, V макс відповідно розрахунковий та максимально можливий витрата мережної води на абонентському введенні. p align="justify"> Коефіцієнт гідравлічної стійкості У = 1 може бути в принципі досягнутий установкою на вводах регуляторів витрати, що автоматично забезпечують сталість витрати води в абонентських системах. У реальних умовах експлуатації У1, У неавтоматизованій системі будь-які перемикання мережі змінюють витрати води в абонентів. Так, наприклад, при відключенні частини навантаження витрата води в тепловій мережі зменшується, що призводить до зниження втрат тиску в мережі і до зростання тисків на вводах. Витрата води у абонентів, що залишилися, зростає. Відхилення фактичної витрати від розрахункової величини викликає гідравлічне розрегулювання абонентських систем. Максимальне розрегулювання абонентської системи відбудеться у тому випадку, коли залишиться увімкненим лише один споживач. Падіння тиску в мережі при цьому буде настільки незначним, що, нехтуючи ним, можна прийняти перепад тисків, що розташовується, на введенні рівним розрахунковому тиску мережевого насоса. Тоді, замінивши в рівності (VII. 18) відношення витрат води ставленням втрат тиску, отримаємо де ΔР аб тиск, що розташовується на введенні при розрахунковій витраті води; ΔР З втрати тиску в мережі за розрахункового режиму; Р н = Р аб + Р з тиск мережевого насоса.

З виразу (VII.19) випливає, що гідравлічна стійкість системи підвищується зі зменшенням втрат тиску магістральних мережах і зі збільшенням гідравлічного опору абонентських установок. З цією метою доцільно зменшення діаметрів вводів, встановлення на вводах дросельних шайб. Засувки на магістральних трубопроводах мають бути повністю відчинені. Деякі випадки розрегулювання мережі наведено на рис. VII.5. При частковому прикритті запірної арматури на введенні в будинок або повному відключенні абонента характеристика опору мережі збільшується, що призводить до зниження загальної витрати води в системі. Втрати тиску на ділянці джерела теплопостачання до відключеного абонента 3 зменшуються, внаслідок чого зростають тиску на вводах (рис. VII, 5, а). Витрата води у всіх абонентів зростає. Таке розрегулювання, коли знак зміни витрат у всіх абонентів однаковий,

Називається відповідною. Для кількісної оцінки розрегулювання можна порівняти витрати води у абонентів. Відношення витрат у абонентів 4 і 6 із рівняння (VII.17) становить: Як випливає з виразу (VI 1.20), відношення витрат води залежить тільки від характеристики опору мережі на ділянках від абонента 4 до кінцевої точки мережі. Тому при зміні характеристики опору на якійсь ділянці мережі у всіх абонентів, розташованих між цією ділянкою та кінцевою точкою мережі, рівень зміни витрати однаковий. Таке розрегулювання називається пропорційним. Вона має місце у абонентів 4, 5, 6. У абонентів, розташованих між джерелом теплопостачання та місцем зміни опору, відбувається непропорційне розрегулювання, причому чим ближче абонент розташований до джерела теплопостачання, тим менша зміна перепаду тисків і, отже, витрати. Найближчі до ТЕЦ абоненти мають, як правило, більшу гідравлічну стійкість. Збільшення тиску насоса (рис. VII. 5) при незмінній характеристиці опору мережі призводить до пропорційного зростання наявних тисків на вводах. У системі відбувається відповідне пропорційне розрегулювання. Якщо частково прикрити засувку на магістральному трубопроводі, загальна витрата води в системі скоротиться. Однак зміна витрат води у абонентів буде неоднаковою. Так часткове прикриття засувки на зворотній магістралі (рис. VII.5 б) скорочує витрату мережної води і втрати тиску в мережі. Наявні тиски на вводах абонентів, розташованих між джерелом теплопостачання та засувкою, збільшуються. Тому витрати води у абонентів 1 та 2 зростають. Підвищення тиску у зворотній магістралі перед засувкою призводить до зменшення наявних тисків у абонентів, що знаходяться перед засувкою. Витрати води в абонентських системах 36 зменшуються. У системі відбувається невідповідне розрегулювання, коли знак зміни витрат у абонентів неоднаковий. Наведені приклади показують велику різноманітність можливих змін гідравлічного режиму в залежності від умов експлуатації системи.

§ VII.4. РЕГУЛЮВАННЯ ТИСКУ У ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖАХ Для забезпечення надійної роботи теплової мережі та абонентських установок необхідно обмежити зміну тиску в системі допустимими межами. При цьому особливе значення має режим підживлення та зміна тиску у зворотній магістралі. Підвищення тиску в зворотному трубопроводі може викликати неприпустиме зростання тиску опалювальні системи, приєднаних за залежними схемами Падіння тиску призводить до спорожнення верхніх точок місцевих систем та порушення циркуляції у яких. Для обмеження коливань тиску в системі в одній, а за складного рельєфу місцевості в декількох точках мережі змінюють тиск залежно від режиму роботи системи. Такі точки називаються точками регульованого тиску. У тих випадках, коли за умовами роботи системи тиск у цих точках підтримується постійним як за статичного, так і за динамічного режимів, вони називаються нейтральними. Постійний тиск у нейтральній точці підтримується автоматично підживлювальним пристроєм. У невеликих за протяжністю мережах, коли статичний тиск може дорівнювати тиску у всмоктуючого патрубка мережевого насоса, нейтральна точка Встановлюється у всмоктуючого патрубка мережевого насоса (рис. VII.6). Тиск підживлювального насоса, вибраний з умови заповнення системи водою, зберігається незмінним і при динамічному режимі, що забезпечує найпростішу схему підживлювального пристрою.

У розгалужених теплових мережах (рис. VII.7) закріплення нейтральної точки на одній із магістралей не забезпечує необхідної стійкості гідравлічного режиму. Допустимо, що нейтральна точка О закріплена на зворотній магістралі району II (графік 1). При скороченні витрати води в мережах цього району втрати тиску в трубопроводах зменшуються, що при постійному тиску в точці Про призводить до зростання тиску у патрубка, що всмоктує, мережевого насоса і до відповідного підвищення тиску в магістралях району I (графік 2). При припиненні циркуляції в мережі району II тиск у всмоктувальному патрубку насоса мережі підвищиться до статичного. Це призведе до подальшого зростання тиску у всіх точках системи району I (графік 3) та може бути причиною аварій в абонентських системах.

Тому нейтральну точку не слід розміщувати на жодній із працюючих магістралей. Закріплення нейтральної точки має бути зроблено на спеціально виконаній перемичці у насоса. Під час роботи насоса у перемичці відбувається циркуляція води. Падіння тиску в перемичці дорівнює падінню тиску в мережі (рис. VII.8, а). Тиск в нейтральній точці використовується як імпульс, що регулює величину підживлення. При падінні тиску в системі та зниженні тиску в точці Про збільшується відкриття регулятора підживлення РП і зростає подача води підживлювальним насосом. Зі зростанням тиску в мережі, наприклад, при підвищенні температури мережної води, тиск у нейтральній точці зростає, і клапан РП прикривається, зменшуючи подачу води. Якщо після закриття клапана РП тиск продовжує зростати, то дренажний клапан ДК зливає частину води і тиск відновлюється.

Регулювання тиску в мережі можна здійснити за допомогою регулювальних вентилів 1 і 2 на перемичці насоса (рис. VII.8 а). Так, часткове прикриття вентиля 1 збільшує тиск у всмоктуючого патрубка насоса, що призводить до зростання тиску в мережі. При повністю закритому вентилі 1 циркуляція в перемичці припиняється, і тиск у всмоктуючого патрубка H вс стає рівним тиску в точці, Тиск в системі зростає. П'єзометричний графік переміщається вгору паралельно самому собі і займає гранично високе становище(Мал. VII.9, графік 2). Якщо закритий регулювальний вентиль 2 (див. рис. VII.8), тиск на нагнітальному патрубку мережевого насоса стає рівним тиску в нейтральній точці. П'єзометричний графік переміститься вниз до гранично низького положення (графік 3). При складному рельєфі місцевості з великою різницею геодезичних відміток або у разі приєднання групи будівель підвищеної поверховості не завжди можливе прийняти одну величину гідростатичного тиску для всіх абонентів. У цих умовах необхідно розділити систему на зони із незалежним гідравлічним режимом (рис. VII.10). Основна нейтральна точка

Закріплюється на перемичці насоса мережі СН. Статичний тиск S I S I автоматично дотримується регулятором підживлення РП 1 і підживлювальним насосом ПН 1. Додаткова нейтральна точка О II розміщується на зворотній лінії в зоні II. Постійний тиск у ній підтримується за допомогою регулятора тиску до себе РДДС. У разі припинення циркуляції в мережі та падіння тиску у верхній зоні РДДС закривається, одночасно закривається та Зворотній клапанОК, встановлений на лінії подачі. Завдяки цьому верхня зона гідравлічно ізолюється від нижньої. Підживлення верхньої зони здійснюється за допомогою підживлювального насоса ПН II і регулятора підживлення РП II імпульсу тисків в точці O II. § VII.5. ВПЛИВ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ НА ГІДРАВЛИЧНИЙ РЕЖИМ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ Гідравлічний режим систем теплопостачання значною мірою залежить від навантаження гарячого водопостачання. Добова нерівномірність водоспоживання, а також сезонна зміна витрат мережної води на гаряче водопостачання суттєво змінюють гідравлічний режим системи. За відсутності регуляторів витрати змінне навантаження гарячого водопостачання викликає зміну витрат води як у тепловій мережі, так і в опалювальних системах, особливо на кінцевих ділянках мережі. Центральне регулювання гідравлічним режимом у таких випадках можливе лише за умови забезпечення однакового ступенязміни витрати води на опалення у всіх споживачів. Дослідженнями доведено, що для пропорційного розрегулювання опалювальних систем повинні бути виконані такі умови: 1) відношення розрахункових витрат води на гаряче водопостачання та опалення має бути однаково у всіх абонентів за однакового добового графіка водоспоживання; 2) при початковому регулюванні системи, що виробляється при розрахунковій витраті води на вводах, у всіх абонентів встановлюються однакові повні тиску в лінії подачі перед елеватором H пе і в зворотному трубопроводі після опалювальної системи H оэ.

Для гасіння надлишкових напорів у вузлах введення повинні бути встановлені дросельні шайби на трубопроводах, що подає і зворотному. З огляду на це перепади натисків на всіх вводах однакові. Гідравлічний режим такої системи (рис. VII.11) еквівалентний режиму теплової мережі з одним еквівалентним абонентом, у якого розрахункові витрати на введенні дорівнюють сумарним витратам у реальній мережі. Встановимо залежність витрати мережі на опалення від режиму водоспоживання. Для розрахункового режиму втрати тиску в системі рівні при зміні розрахункових умов

Де P н розрахунковий тиск насоса; ΔР п,ΔP е, ΔP про розрахункові втрати тиску відповідно в магістралі, що подає, абонентському вузлі введення і в зворотному трубопроводі теплової мережі; P н, Р п, Р е, Р про ті ж величини за нерозрахункових умов. У закритій системі теплопостачання розрахункову витрату води в мережах визначають за сумою розрахункових витрат на опалення та гаряче водопостачання. Виразимо втрати тиску через відношення витрат води за нерозрахункового та розрахункового режимів. З урахуванням квадратичної залежності втрат тиску від витрати рівняння (VII.22) набуде вигляду де V o,V p.г розрахункові витрати мережної води відповідно на опалення та гаряче водопостачання; V o,V г витрати мережної води на опалення та гаряче водопостачанняза нерозрахункових умов. Позначимо: φ = V про /V o відносну витрату води на опалення, що дорівнює відношенню фактичної витрати V o до розрахункового V" o ; n p = V p.г /V 0 розрахункова відносна витрата води на гаряче водопостачання, що дорівнює відношенню розрахункової витрати мережевої води на гаряче водопостачання до розрахункової опалювальної витрати води. Після перетворень алгебри з урахуванням прийнятих позначень рівняння (VII.23) запишеться у вигляді де ΔP п = ΔР п / P н; ΔP про = ΔP про / P н; ΔP е = ΔP е / P н відносні втрати тиску відповідно в трубопроводі теплової мережі, що подає і зворотному, і в абонентському вузлі введення. При рівності витрат і втрат тиску в трубопроводах, що подає і зворотному, рівняння (VII.24) спрощується:

Звідси відносна витрата води на опалення становитиме: де a=Р н/P н. Зміна відносної витрати води на опалення в залежності від навантаження гарячого водопостачання для різних співвідношень втрат тиску в магістральних трубопроводах і на абонентському введенні показано на рис. VII.12. З рівняння (VII.26) та рис. VII.12 випливає, що при постійному тиску насоса відносна витрата води на опалення зростає

У міру скорочення навантаження гарячого водопостачання, причому ця зміна тим більша, ніж нижча гідравлічна стійкість мережі. Збільшення витрати води на опалення призводить до перевитрати тепла. Найбільші коливання витрати мережної води відбуваються при паралельній схемі приєднання підігрівачів гарячого водопостачання. Для двоступінчастої змішаної схеми включення водопідігрівачів вплив навантаження гарячого водопостачання зменшується за рахунок скорочення розрахункової витрати води на гаряче водопостачання. У відкритих системах теплопостачання гідравлічний режим залежить від величини, і від місця водорозбору. При встановленні на абонентських вводах регуляторів витрати РР за принципом пов'язаного регулювання (див. рис. IV. 19) витрата води в трубопроводі, що подає, підтримується постійним при будь-якій величині водорозбору. Витрата води та тиск у зворотному трубопроводі залежатимуть лише від навантаження гарячого водопостачання. Зі зростанням водорозбору зменшується витрата води у зворотному трубопроводі, внаслідок чого знижуються і втрати тиску в ньому (рис. VII. 13). За відсутності регуляторів витрати водорозбір, який відрізняється від розрахункового, викликає зміну витрат води у магістральних трубопроводах та опалювальних системах. Водорозбір із зворотної лінії збільшує наявні тиску в мережі за рахунок зменшення втрат тиску у зворотному трубоводі (рис. VII. 14). Зростання наявних тисків на вводах, у свою чергу, дещо підвищує витрату мережної води в опалювальних системах і в трубопроводі, що подає. Для оцінки кількісного впливу водорозбору на гідравлічний режим відкритої системи скористаємось рівняннями (VII.21) та (VII.22). Приймемо, що розрахункові умови відповідають витраті води в трубопроводі, що подає і зворотному, при температурі зовнішнього повітря в точці зламу температурного графіка t" н (див. рис. IV.24). Втрати тиску при нерозрахунковому водорозборі визначаємо з рівняння

Де Vp.г. розрахункова витрата води на гаряче водопостачання; β частка водорозбору на гаряче водопостачання з трубопроводу, що подає. З урахуванням раніше прийнятих позначень вираз (VII.27) може бути перетворений до виду З рівняння (VII.28) визначається відносна витрата коди на опалення ф залежно від величини та місця водорозбору при заданому тиску насоса. Вплив водорозбору на гідравлічний режим тим більший, ніж нижча гідравлічна стійкість системи (рис. VII.15). Як видно з графіків, витрата води на опалення практично не залежить від величини водорозбору при β = 0,5. Тому для зменшення впливу гарячого водопостачання доцільно проводити налагодження системи при частковому водорозборі з трубопроводів, що подає і зворотного.

Оскільки значення бенкету залежать від величини водоспоживання та температури води в мережі, постійна витрата води в опалювальних установках (ф=1) може бути підтримана тільки зміною тиску насоса. З рівняння (VII.28) при ф= 1 випливає У окремому випадку при водорозборі зі зворотної магістралі (β = 0) тиск насоса повинен знижуватися пропорційно зростанню навантаження гарячого водопостачання: При відсутності водорозбору тиск насоса повинен бути рівним: Приклад 2. Визначити витрати води та втрати тиску у відкритій системі теплопостачання при максимально годинному водорозборі із зворотного трубопроводу. Витрати води на опалення та гаряче водопостачання у всіх абонентів однакові та рівні: V 0 = 100 м 3 /год, V сер.г = 45м 3 /год (Q cp.г / Q 0 = 0.31). Коефіцієнт годинної нерівномірності k =2. Схема системи та розрахунковий п'єзометричний графік наведено на рис. VII.14. При розрахунку прийняти, що напір насоса постійний і дорівнює H н =34.3 м. Рішення. Розрахункові витрати води і трубопроводах, що подає і зворотному рівні: Визначимо відносні витрати води на гаряче водопостачання. За розрахункових умов при максимальному водозаборі

Відносні втрати напору складуть: Підставивши отримані значення формулу (VII.28) при β=0 і n=0,9, отримаємо Звідси ф=3. Витрата води на опалення у абонента становитиме: Втрати напору при максимальному годинному водорозборі рівні: На підставі розрахунку побудовано п'єзометричний графік (див. рис. VII.14). Як видно з графіка, при максимально годинному водорозборі зі зворотного трубопроводу п'єзометричний напір у зворотній лінії менший за висоту абонента 2. Для запобігання спорожненню місцевої системи передбачається встановлення регулятора тиску «до себе» на зворотній лінії вузла введення.

§ VII.6 ГІДРАВЛИЧНИЙ РЕЖИМ МЕРЕЖ З НАСОСНИМИ І ДРОССЕЛЮЮЧИМИ ПІДСТАНЦІЯМИ Робота великих теплових мереж при складних рельєфах місцевості практично неможлива без підстанцій. З їх допомогою полегшується вирішення таких інженерних завдань, як підвищення пропускної спроможностідіючих мереж, ув'язування гідравлічних режимів, збільшення радіусу дії мереж, розширення можливостей центрального регулювання та ін. Насосні підстанції поділяються на підкачувальні та змішувальні. Підкачування, що підкачують, влаштовуються на подавальних і зворотних трубопроводах для підвищення або зниження напорів. Підстанції на зворотному трубопроводі зазвичай передбачаються при значному зниженні рельєфу місцевості у напрямку джерела тепла до споживачів або за великої протяжності мереж (рис. VII. 16). Гідравлічні режими мереж з насосними підстанціями змінюються по-різному залежно від наявності або відсутності на абонентських введеннях регуляторів витрати. У всіх випадках тиск у зворотному трубопроводі при вимкненій насосній підстанції кінцевих споживачів може перевищити межі міцності опалювальних приладів. Включення в роботу насосної підстанції при неавтоматизованих абонентських введеннях призводить до збільшення загальної витрати води в мережах і зростання втрат напору, у зв'язку з чим ухили п'єзометричних ліній збільшуються. Тому наявні натиски на ділянках між ТЕЦ і підстанцією зменшуються, а на ділянках між підстанцією і кінцевим споживачем збільшуються. Внаслідок цього спостерігається невідповідне розрегулювання абонентських систем. На абонентських вводах з регуляторами витрати (РР) включення насосної підстанції не змінює витрати води у мережі. В результаті ухили п'єзометричних ліній залишаються незмінними, але на ділянках між підстанцією і кінцем мережі натиск у зворотному трубопроводі зменшується на величину напору, що розвивається насосами підстанції. Включення насосної підстанції на зворотній магістралі дає можливість збільшити недостатній напір у кінцевих абонентів. Насосна підстанція поділяє теплову мережу на дві зони з самостійними гідравлічними режимами, а при складному, рельєфі місцевості та різними статичними рівнями S I S I і S II S II. Аварійна зупинка насосів підстанції викликає зміну гідравлічного режиму 2 на режим 1. Для попередження неприпустимого зростання тиску кінцевих споживачів встановлюються мембранні клапани розсічки МК, які з підвищенням тиску в нейтральній точці II повністю закриваються. Тиск у відтятій зоні II падає до статичного. Під впливом вищого тиску в зворотному трубопроводі зони I за насосом, що підкачує, зворотний клапан у підкачувального насоса закривається, в результаті чого зона II низького тиску гідравлічно ізолюється від

Зони I. Підживлення мережі зони II та підтримання статичного тиску S II S II у ній здійснюється автоматичним перепуском води із зворотної лінії зони I, що знаходиться під великим тиском, в зону з меншим тиском за допомогою регулятора підживлення РП II. Насосні підстанції на трубопроводі, що подає, застосовують при значному підйомі рельєфу місцевості в напрямку від джерела тепла до споживачів, а також при великій протяжності мереж (рис. VII.17). Різниця геодезичних позначок теплової станції та споживачів може становити кілька десятків і навіть сотень метрів. При єдиному для всієї мережі статичному натиску може статися випорожнення в одних і роздавлювання опалювальних приладів в інших споживачів. Тому теплова мережа розбивається на незалежні у статичному відношенні зони. Статичний режим зони II створюється роботою підживлювального насоса ПH II з потрібним напором H в.п.. Циркуляцію води можна забезпечити мережевим насосом з напором Н c.н. обладнання станції, збільшує витрату електроенергії на перекачування теплоносія та підвищує небезпеку розриву трубопроводів, що подають, та обладнання абонентських вводів на найближчих до джерела тепла ділянках. З включенням насосних підстанцій на трубопроводі, що подає, ухили п'єзометричних ліній на графіку тиску змінюються лише за відсутності на абонентських вводах регуляторів витрати. Причини, що викликають зміну нахилів п'єзометричних ліній, аналогічні описаним для зворотного трубопроводу. Змінюючи напір підкачувального насоса Н н.п, можна створити потрібні межі наявних напорів у мережах зони II. Захист споживачів зони II від спорожнення проводиться за допомогою регулятора підпору та розсічення РП та Р та регулятора тиску РД. При зниженні тиску в точці а, викликаному зупинкою насосів, що підкачують, регулятори розсічки і тиску закриваються, відключаючи мережі зони II, Постійний статичний напір S II S II підтримується підживлювальним насосом ПH II. Підстанції, що підкачують, можуть бути встановлені одночасно на обох магістралях. Продуктивність насосів, що підкачують, приймають за витратою води на ділянці мережі в місці установки насосів. Напір насосів H н.п визначають за п'єзометричними графіками. Змішувальні підстанції призначені для зниження температури мережної води з метою переходу з високотемпературних графіків регулювання більш низькі шляхом підмішування зворотної води. Змішувальні підстанції встановлюють на транзитних магістралях (рис. VII.18) або відгалуженнях розподільчих трубопроводів. При цьому насоси розміщують на перемичці між подавальним і зворотним трубопроводами, і вони служать для подачі зворотної води до клапанів змішування, встановлених на трубопроводі, що подає.

У місці встановлення змішувальної підстанції мережу поділяють на дві зони: високих (зона I) та знижених (зона II) температур та тисків теплоносія. На межі зон внаслідок дроселювання води в регуляторі РД та клапані КСіР виникає невеликий перепад напорів H п.с. Для нормальної роботи мережі необхідно, щоб напір змішувальних насосів перевищував напір в трубопроводі, що подає, на 510 м. Продуктивність насосів V см визначають за формулою де V I витрата води в трубопроводі, що подає, м 3 /год; і коефіцієнт змішування, що визначається з співвідношення де 1 розрахункова температура води в трубопроводі, що подає; τ 1,с, τ 2,с, розрахункові температури води в трубопроводі, що подає і зворотному після змішування.

При вимиканні насосів змішувальних клапан клапан КСиР закривається, гідравлічно роз'єднуючи зони I і II. При цьому з припиненням циркуляції води в зоні II в трубопроводах, що подає і зворотному, встановлюється тиск, що визначається тиском у зворотному трубопроводі в кінці зони I (режим, показаний на п'єзометричному трафіку пунктиром). Змішувальні підстанції застосовують часто для автономного теплопостачання робочих районів (зона II), що підключаються до теплових мереж (зона I) промислових підприємств, у яких прийнято температурний графік регулювання, неприпустимий опалення житлових будинків. Змішувальні підстанції найбільш ефективні у великих двотрубних (див. § XI.9), а також однотрубних системахдалекого теплопостачання (див. рис. II.7), коли магістральних мережах температура мережевої води перевищує 150°З чи коли великі групи споживачів що неспроможні використовувати мережну воду з температурою 150°С. Дроселюючі підстанції використовують для зниження тиску теплоносія до груп споживачів, розташованих на території з великою різницею геодезичних позначок. Зменшення тиску здійснюють на окремих ділянках магістральних мереж (рис. VII. 10) або на відгалуженнях до споживачів. Такі підстанції застосовують з метою типового приєднання опалювальних приладів за найпростішою залежною схемою. Допустимі режими динамічного тиску в нижній зоні I забезпечуються на дросельній підстанції регулятором тиску до себе, встановленим на зворотному трубопроводі. Регулятор тиску налаштовують на дроселювання напору H р.д, при якому тиск у зворотній лінії зони I не перевищує 60 м. При аварійній зупинці насоса мережі статичний напір S II S II в зоні II внаслідок витоків почне падати до статичного напору S IS I. Захист систем опалення зони II від спорожнення виробляють відключенням цих мереж за допомогою зворотного клапана на трубопроводі, що подає, і РДДС і включенням підживлювального насоса ПН II встановлених на підстанції.

§ VII.7. АВТОМАТИЗАЦІЯ НАСОСНИХ ПІДСТАНЦІЙ Безаварійна робота теплових мереж залежить від швидкості перемикань резервного та захисного обладнання, що виробляються на підстанціях, тому великі підстанції повинні бути повністю автоматизовані. Однією з найважливіших завдань автоматизації є надійна гідравлічна ізоляція зон із різними рівнями тисків. Відключення аварійної ділянки теплової мережі здійснюється за допомогою зворотних клапанів, регуляторів тиску,

А також спеціальних автоматів. На рис. VII.19 наведено схему автомата для аварійного відключення мереж з насосними підстанціями на зворотних трубопроводах. Принцип дії автомата розглянемо з прикладу пьезометричного графіка на рис. VII. 16. При підвищенні тиску в нейтральній точці II клапан 6 (рис. VII. 19) гідравлічного реле переміщається вгору і перекриває верхнє сопло 5. Через відкрите нижнє сопло 5 порожнину під мембраною імпульсного клапана повідомляється з атмосферою. Клапан відкриється, і злив води із порожнини під мембраною клапана розсічення забезпечить у ній атмосферний тиск. Високий тиск у верхній порожнині над мембраною клапана розсічення призведе до його закриття. Циркуляція в мережах зони II припиниться, а тиск знизиться до статичного S II S II. Під дією вищого тиску у зворотному трубопроводі зони I закриється зворотний клапан перед насосами. Дросельна шайба 2 на імпульсній лінії між клапаном, розсічення і реле, збільшуючи різницю тисків, що діє на мембрану і клапанок імпульсного клапана 3, сприяє скороченню часу випорожнення порожнини під мембраною клапана розсічення. При відновленні циркуляції в мережі відбудеться зворотна дія приладів і клапан розсічення відкриється. Налаштування автомата проводиться в залежності від обраного тиску в нейтральній точці II підбором пружини 8 і вантажу 9 реле тиску. Після спрацьовування гідравлічного захисту автоматично вмикається система підживлення вимкнених мереж (рис. VII.20). Імпульс на відкриття регулятора підживлення надходить з точки А на трубопроводі, що подає. Падіння тиску в точці А до рівня тиску в нейтральній точці О II викличе переміщення клапана 9 вгору до закриття верхнього сопла реле тиску, внаслідок чого на надмембранну порожнину регулятора підживлення діятиме високий тиск у точці на зворотному трубопроводі зони 1. Мембрана прогнеться і відкриє клапан регулятора підживлення. Величина відкриття клапана регулюється за допомогою голки, що вводиться в сопло, що дроселює потік води на лінії між точкою В і мембранною порожниною регулятора 1. Налаштування тиску підживлення проводиться регулювальним гвинтом 5 реле тиску. Автоматичне регулювання насосної підстанції на трубопроводі, що подає (рис. VII.21) засноване на використанні регулюючих приладів, конструкції яких наведені на рис. VII. 19, VII.20. Регулятор тиску РД підтримує тиск у мережах верхньої зони, а власний гідравлічний опір регулятора створює відповідність гідравлічних характеристик насосів, що підкачують Н н.п і мережі зони II. Регулятор підпору та розсічення включається за двоімпульсною схемою на тиск у точках А та Про II. Як регулятор підпору прилад приводиться в дію по імпульсу тиску в нейтральній точці II. Аварійне падіння тиску в точці А приводить у дію прилад як регулятор розсічки, викликаючи через реле Р 2 відкриття імпульсного клапана і закриття регулятора розсічки. Налаштування регулятора проводиться підбором отвору шайби такого діаметру, щоб при нормальній роботі

Насосів підстанції прилад діяв лише як регулятор підпору. Після розсічення мережі включаються підживлювальні насоси ПН II. Сигнал аварійного підживлення верхньої зони надходить від контактного манометра, встановленого поблизу нейтральної точки. Тиск підживлення підтримується регулятором підживлення РП 2 через реле Р з. У змішувальній підстанції режим змішування регулюється клапаном змішування та розсічення (рис. VII.22). Витрата води на підмішування встановлюється налаштуванням реле тиску Р за величиною перепаду у витратній діафрагмі Ш та підбором вантажу на важелі клапана змішування. При аварійній зупинці змішувальних насосів клапан змішування діє як регулятор розсічки, так як падіння тиску до діафрагми призводить до переміщення регулюючих органів у реле Р 2, що викликають прогин мембрани та закриття клапана КС і реле Р. Після відключення мереж зони II регулятор РД приводиться в стан робочої готовність відкриттям вентиля. З пуском насосів змішувачів клапан КС і Р під тиском води на нижню профільовану частину золотника автоматично відкривається. З підвищенням тиску в імпульсних лініях і реле Р 2 приводить у дію регулятор тиску РД, що контролює тиск нескипання води в зоні II.

На рис. VII.23 наведена схема автоматизації суміщених насосної та дросельної підстанцій. У робочому режимі реле тиску Р-4, клапан РК-3, вентилі автономного керування регулюючими клапанами В1 та В2 повністю закриті. Тиск у точці 3 передається на реле розсічки Р-1, а з нього надмембранні порожнини імпульсних клапанів ІЧ-1 і ІЧ-2. Прогнувшись, мембрани переміщують штоки, повністю перекриваючи нижні прохідні перерізи клапанів. Верхні прохідні перерізи імпульсних клапанів ІЧ-1 та ІЧ-2 повністю відкриті, тому клапани РК-1 та РК-2 працюють у режимі регулювання.

Підвищення тиску в точці 1 через систему автоматів Р-2 та ІЧ-1 впливає на регулюючий клапан РК-1, який прикривається, дроселюючи частина напору, і тиск у точці 1 зменшується до заданого значення. Аналогічно працює регулятор підпору РК-2 через реле Р-3 та імпульсний клапан ІЧ-2. При аварійній зупинці підкачувальних насосів на трубопроводі, що подає, і падінні тиску в точці 3 імпульсні клапани ІЧ-1 і ІЧ-2 відкривають проходи для води з точки 2 на гідроприводи клапанів РК-1 і РК-2. Регулюючі клапани закриваються та розсікають тепломережу на гідравлічно ізольовані зони. З падінням тиску в точці 1 включається в роботу підживлювальний насос ПН. Тиск підживлення підтримується лише на рівні статичного тиску зони II клапаном РК-3 через реле тиску Р-4. Коли вмикаються насоси, що підкачують, схема автоматично відновлює робочий режим. § VII.8. РОЗРАХУНОК ПОТОКОРОЗПОДІЛУ У ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖАХ Пристрій резервних перемичок, резервуючих підстанцій, блокувальних перемичок для магістральних мереж, що живляться від декількох джерел тепла, перетворює теплові мережі великих міст на складні багатокільцеві системи. Гідравлічний режим дуже чутливий до змін витрат теплоносія на окремих ділянках мережі. Принцип розрахунку таких систем заснований на рівняннях Кірхгофа (стосовно теплової мережі), а саме: 1)ΣV=0, де ΣV алгебраїчна сума витрат води в будь-якому вузлі; 2) ΣSV 2 =0, де ΣSV 2 алгебраїчна сума втрат напору для будь-якого замкнутого контуру. Існує дві різні умови розрахунку. Для автоматизованих вводів відомі витрати води у абонентів та характеристики опору ділянок магістралей кільцевої мережі. Для неавтоматизованих вводів відомий наявний напір у вузлі підведення мережної води до кільця в характеристики опору всіх ділянок. В обох випадках потрібно знайти розподіл витрат води по ділянках мережі.

Розглянемо перший випадок, коли на абонентських вводах встановлені регулятори витрати на прикладі найпростішої кільцевої мережі (рис. VII.24). Задамося довільними витратами та напрямками потоків води, як показано на розрахунковій схемі. Умовимося вважати позитивними приплив води у вузол і втрату напору для витрати, що проходить у контурі за годинниковою стрілкою, а негативними стік води з вузла і втрату напору для витрати, що проходить проти годинникової стрілки. Згідно з першим рівнянням Кірхгофа Зазвичай при довільно вибраному напрямку потоків друге рівняння не дотримується, тому де ΔР не в'язка втрат тиску.

0) свідчить про перевантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки та недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів свідчить про зворотне. Для усунення нев'язки напорів при "title="(!LANG:Позитивне значення нев'язкового напору (ΔР>0) свідчить про навантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки і недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів вказує на зворотне. Для усунення нев'язки напорів при" class="link_thumb"> 38 !}Позитивне значення нев'язочного натиску (Р>0) свідчить про навантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки і недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів свідчить про зворотне. Для усунення нев'язки напорів при ΔР>0 необхідно зменшити витрати на ділянках I, II з рухом води за годинниковою стрілкою, а на ділянках III, IV збільшити на ту саму величину нев'язової витрати. Вважаємо, що після введення в рівняння (VII.35) ув'язувальної витрати ΔV друге рівняння Кірхгофа виконується: Вирішуючи цю рівність щодо ув'язувальної витрати ΔV 2 і нехтуючи незначністю величини AV 2, значення ув'язувальної витрати визначаємо співвідношенням Де ΣSV величина завжди позитивна. Вводячи цю поправку до рівняння (VII.36), повторно проводять перевірочний розрахунок та уточнюють значення нової, більш точної поправки щодо співвідношення (VII.37). 0) свідчить про перевантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки та недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів свідчить про зворотне. Для усунення нев'язки напорів при"> 0) свідчить про перевантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки та недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів вказує на зворотне. Для усунення нев'язки напорів при ΔР>0 необхідно зменшити витрати на ділянках I, II з рухом води за годинниковою стрілкою, а на ділянках III, IV збільшити на одну й ту саму величину нев'язкової витрати. ΔV 2 і нехтуючи незначністю величини AV 2, значення ув'язувальної витрати визначаємо співвідношенням Де ΣSV величина завжди позитивна. ."> 0) свідчить про перевантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки та недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів свідчить про зворотне. Для усунення нев'язки напорів при "title="(!LANG:Позитивне значення нев'язкового напору (ΔР>0) свідчить про навантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки і недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів вказує на зворотне. Для усунення нев'язки напорів при"> title="Позитивне значення нев'язочного натиску (Р>0) свідчить про навантаження ділянок I,II у напрямку годинникової стрілки і недовантаження ділянок III, IV. Негативна величина нев'язки напорів свідчить про зворотне. Для усунення нев'язки напорів при"> !}

Так, в результаті кількох уточнень визначають остаточно витрати води на ділянках і точку вододілу кільця. При живленні мережі від двох та більше джерел розташування точки вододілу визначають аналогічним чином (рис. VII.25). Задамося довільно точкою вододілу (точка В) і складемо друге рівняння Кірхгофа: Де H 1H 2 =ΔH різниця напорів мережевих насосів, встановлених на ТЕЦ 1 і ТЕЦ 2. Визначивши ув'язувальну витрату за формулою (VII.37), виробляють уточнення розташування. При позитивне значеннянев'язкового тиску (ΔР>0) точка вододілу зміститься у бік ТЕЦ 2 (точка С), так як перевантаженими виявляються ділянки I,II, і витрати води на цих ділянках повинні бути зменшені. При негативних значеннях нев'язкових тисків (Р 0) точка вододілу зміститься у бік ТЕЦ 2 (точка З), оскільки перевантаженими виявляються ділянки I,II, і витрати води цих ділянках би мало бути зменшені. При негативних значеннях нев'язкових тисків (Р)>

Де знаки «+» та «» відповідають руху води за годинниковою стрілкою та проти. Потім знаходять витрати води за формулами: де ΔР А перепад тисків, що розташовується в точці підведення води до кільця. Далі перевіряють виконання другого рівняння Кірхгофа. При позитивній нев'язці тиску знижують частку витрати води, при негативній частку витрати води збільшують. Можна, залишивши α такими ж, перемістити точку вододілу у вузол або С. Підбір величин α проводять до тих пір, поки не буде задоволено друге рівняння Кірхгофа. Приклад 1. Для двотрубної кільцевої водяної мережі (див. рис. VII.25) діаметром 273x7 мм визначити витрати води на ділянках та різницю тисків у точці вододілу. Тиск мережевих насосів станцій 0,7 МПа. При розрахунку прийняти: довжини ділянок l I = 200 м; l II = 400 м; l III = 150 м; l Iv = 450 м; витрати води у відгалуженнях V 1 =200 м 3 /год; V 2 = 150 м 3 /год; V 3 =300 м 3 /год; коефіцієнт місцевих втрат тиску α0,3; питому характеристику опору трубопроводу s=0.I267·10 -2 Па·ч 2 /м 6 ·м. Рішення. 1. Опір подавального та зворотного трубопроводів для ділянок мережі:

7. Повторно визначаємо величину нев'язки втрат тиску ΔР"=(0.66· ,32· ,49·13 2 1,48·287 2)=210 Па=0,21·10 -6 МПа. Нев'язка втрат тиску мізерно мала, нею можна знехтувати, тому приймаємо вододіл точці Г. 8. Втрата тиску від станції до відгалуження N° 3 9. Різниця напорів у точках підключення до кільця відгалуження 3 Приклад 2. Визначити витрати води на ділянках закритої двотрубної теплової мережі, що живиться від двох джерел тепла, а також різниця тисків у точках вододілу (див. рис, VII.25) При розрахунку прийняти: витрати води у абонентів VA = 300 м 3 /год; VB = 200 м 3 / год; VC = 500 м 3 / год; характеристики опорів ділянок магістралі: SI = 5 Па · год 2 / м 6; S II = l,5 Па · год 2 / м 6; S III = 0,6 Па · год 2 / м 6; /м 6 ;різниця напорів на колекторах станцій Рішення 1. Задавшись точкою вододілу у відгалуженнях до абонента В, знаходимо витрати води на ділянках мережі:

2. Нев'язка тиску Нев'язка тиску негативна, що вказує на перевантаження ділянок, що живляться від джерела тепла. 4. Уточнені розколи води на ділянках магістралі: 5. Нев'язка тиску при уточнених витратах волі

До завдання гідравлічного розрахунку входять:

Визначення діаметра трубопроводів;

Визначення падіння тиску (напору);

Визначення тисків (напорів) у різних точках мережі;

Ув'язування всіх точок мережі при статичному та динамічному режимах з метою забезпечення допустимих тисків та необхідних напорів у мережі та абонентських системах.

За результатами гідравлічного розрахунку можна вирішити такі завдання.

Визначення капітальних витрат, витрати металу (труб) та основного обсягу робіт з прокладання теплової мережі.

Визначення характеристик циркуляційних та підживлювальних насосів.

Визначення умов роботи теплової мережі та вибору схем приєднання абонентів.

Вибір автоматики для теплової мережі та абонентів.

Розробка режимів експлуатації.

Схеми та конфігурації теплових мереж.

Схема теплової мережі визначається розміщенням джерел тепла по відношенню до району споживання, характером теплового навантаження та видом теплоносія.

Питома довжина парових мереж на одиницю розрахункового теплового навантаження невелика, оскільки споживачі пари – зазвичай промислові споживачі – перебувають у невеликій відстані від джерела тепла.

Більш складним завданням є вибір схеми водяних теплових мереж через велику протяжність, велику кількість абонентів. Водяні ТС менш довговічні, ніж парові внаслідок більшої корозії, більш чутливі до аварій через велику щільність води.

Рис.6.1. Однолінійна комунікаційна мережа двотрубної теплової мережі

Водяні мережі поділяють на магістральні та розподільні. По магістральних мережах теплоносій подається від джерел тепла в райони споживання. По розподільних мереж вода подається на ГТП та МТП та до абонентів. Безпосередньо до магістральних мереж абоненти приєднуються вкрай рідко. У вузлах приєднання розподільних мереж до магістральних встановлюються секційні камери із засувками. Засувки, що секціонують, на магістральних мережах зазвичай встановлюються через 2-3 км. Завдяки встановленню секційних засувок зменшуються втрати води при аваріях ТС. Розподільчі та магістральні ТС з діаметром менше 700 мм робляться зазвичай тупиковими. У разі аварій для більшої частини території країни допустимо перерву теплопостачання будівель до 24 годин. Якщо ж перерва в теплопостачанні неприпустима, необхідно передбачати дублювання або закольцювання ТС.

Рис.6.2. Кільцева теплова мережа від трьох ТЕЦ Рис.6.3. Радіальна теплова мережа

При теплопостачанні великих міст від кількох ТЕЦ доцільно передбачити взаємне блокування ТЕЦ шляхом з'єднання їх магістралей блокувальними зв'язками. В цьому випадку виходить кільцева теплова мережа з кількома джерелами живлення. Подібна схема має більш високу надійність, що забезпечує передачу резервуючих потоків води при аварії на якійсь ділянці мережі. При діаметрах магістралей, що відходять від джерела тепла 700 мм і менше, зазвичай застосовують радіальну схему теплової мережі з поступовим зменшенням діаметра труби при віддаленні від джерела і зниження приєднаного навантаження. Така мережа найдешевша, але при аварії теплопостачання абонентів припиняється.

Основні розрахункові залежності

Рис.6.1. Схема руху рідини у трубі

Швидкість рідини в трубопроводах невелика, тому кінетичною енергією потоку можна знехтувати. Вираз H=p/r gназивається п'єзометричним натиском, а сума висоти Z і п'єзометричного натиску називають повним натиском.

H 0 = Z + p/rg = Z + H. (6.1)

Падіння тиску в трубі є сумою лінійних втрат тиску і втрат тиску на місцевих гідравлічних опорах.

D p= D pл + D pм. (6.2)

У трубопроводах D pл = Rл L, де Rл – питоме падіння тиску, тобто. падіння тиск одиниці довжини труби, що визначається за формулою д"Арсі.

. (6.3)

Коефіцієнт гідравлічного опору l залежить від режиму перебігу рідини та абсолютної еквівалентної шорсткості стінок труби до е. Можна в розрахунках приймати такі значення до е– у паропроводах до е=0.2 мм; у водяних мережах до е=0.5 мм; у конденсатопроводах та системах ГВП до е= 1 мм.

При ламінарному перебігу рідини в трубі ( Re < 2300)

. (6.4)

У перехідній області 2300< Re < 4000

. (6.5)

При

. (6.6)

Зазвичай у теплових мережах Re > Re пртому (6.3) можна привести до вигляду

, де

. (6.7)

Втрати тиску на місцевих опорах визначаються за формулою

. (6.8)

Значення коефіцієнта місцевого гідравлічного опору xнаводяться у довідниках. При гідравлічних розрахунках можна враховувати втрати тиску місцевих опорах через еквівалентну довжину.

.

Тоді, де a= l екв / l- Частка місцевих втрат тиску.

Порядок гідравлічного розрахунку

Зазвичай при гідравлічному розрахунку задаються витрати теплоносія та сумарне падіння тиску на ділянці. Потрібно знайти діаметр трубопроводу. Розрахунок складається з двох етапів – попереднього та перевірочного.

Попередній розрахунок.

Задаються часткою місцевих падінь тиску a=0.3...0.6.

Оцінюють питомі втрати тиску

. Якщо падіння тиску на ділянці невідоме, то задаються завбільшки R л < 20...30 Па/м.

Розраховують діаметр трубопроводу з умови роботи в турбулентному режимі. Для водяних теплових мереж щільність приймають рівною 975 кг/м 3 .

З (6.7) знайдемо

, (6.9)

де r- Середня щільність води на даній ділянці. За знайденим значенням діаметра вибирають по ГОСТ трубу з найближчим внутрішнім діаметром. При виборі труби вказують або d уі d, або d ні d.

2. Перевірочний розрахунок.

Для кінцевих ділянок слід перевірити режим руху. Якщо виявиться, що перехідний режим руху, то, якщо є можливість, потрібно зменшити діаметр труби. Якщо це неможливо, потрібно вести розрахунок за формулами перехідного режиму.

1. Уточнюються значення R л ;

2. Уточнюються типи місцевих опорів та їх еквівалентні довжини. Засувки встановлюються на виході та вході колектора, у місцях приєднання розподільчих мереж до магістральних, відгалужень до споживача та у споживачів. Якщо довжина відгалуження менша за 25 м, то допускається встановлювати засувку тільки у споживача. Засувки, що секціонують, встановлюються через 1 – 3 км. Крім засувок можливі й інші місцеві опори – повороти, зміни перерізу, трійники, злиття та розгалуження потоку тощо.

Для визначення кількості температурних компенсаторів довжини ділянок поділяються на допустиму відстань між нерухомими опорами. Результат заокруглюється до найближчого цілого числа. Якщо ділянці є повороти, всі вони можуть бути використані для самокомпенсації температурних подовжень. При цьому кількість компенсаторів зменшується кількість поворотів.

Визначаються втрати тиску дільниці. Для закритих систем Dp уч =2 R л (l+ l е ).

Для відкритих систем попередній розрахунок ведеться за еквівалентною витратою

При перевірочному розрахунку питомі лінійні втрати тиску розраховуються окремо для трубопроводу, що подає і зворотного, для дійсних витрат.

,

.

Після закінчення гідравлічного розрахунку будується п'єзометричний графік.

П'єзометричний графік теплової мережі

На п'єзометричному графіку в масштабі нанесено рельєф місцевості, висота приєднаних будівель, натиск у мережі. За цим графіком легко визначити напір і наявний напір у будь-якій точці мережі та абонентських системах.

За горизонтальну площину відліку напорів прийнято рівень 1 – 1. Лінія П1 – П4 – графік напорів лінії подачі. Лінія О1 – О4 – графік натисків зворотної лінії. Н о1 - повний натиск на зворотному колекторі джерела; Нсн - напір мережевого насоса; Нст - повний напір підживлювального насоса, або повний статичний напір в тепловій мережі; Нк – повний натиск у т.к на нагнітальному патрубку насоса; DHт – втрата напору в теплоприготувальній установці; Нп1 – повний натиск на колекторі, Нп1= Нк - DHт. Натиск мережевої води на колекторі ТЕЦ Н1=Нп1-Но1. Напір у будь-якій точці мережі i позначається як Нпi, Hoi – повні напори у прямому та зворотному трубопроводі. Якщо геодезична висота у точці i є Zi, то п'єзометричний напір у цій точці є Нпi – Zi, Hoi – Zi у прямому та зворотному трубопроводах, відповідно. Натиск в точці i є різниця п'єзометричних напорів у прямому і зворотному трубопроводах - Нпi - Hoi. Натиск на ТЗ у вузлі приєднання абонента Д є Н4 = Нп4 – Но4.

Рис.6.2. Схема (а) та п'єзометричний графік (б) двотрубної теплової мережі

Втрата напору в лінії подачі на ділянці 1 – 4 є

. Втрата натиску у зворотній лінії дільниці 1 – 4 є

. При роботі насоса напір Нст підживлювального насоса регулюється регулятором тиску до Но1. При зупинці мережевого насоса в мережі встановлюється статичний напір Нст, що розвивається підживлювальним насосом. При гідравлічному розрахунку паропроводу можна не враховувати профіль паропроводу через малу щільність пари. Втрати напору в абонентів, наприклад

залежить від схеми приєднання абонента. При елеваторному змішуванні D Не= 10…15 м, при безелеваторному введенні – D нбе =2…5 м, за наявності поверхневих підігрівачів D Нп = 5 ... 10 м, при насосному змішуванні D Ннс = 2 ... 4 м.

Вимоги до режиму тиску в тепловій мережі:

у будь-якій точці системи тиск не повинен перевищувати максимально допустимої величини. Трубопроводи системи теплопостачання розраховані на 16 ат, трубопроводи місцевих систем - на тиск 6-7 ат;

щоб уникнути підсмоктування повітря в будь-якій точці системи тиск повинен бути не менше 1.5 ата. Крім того, ця умова необхідна для попередження кавітації насосів;

у будь-якій точці системи тиск має бути не меншим за тиск насичення при даній температурі, щоб уникнути закипання води;

6.5. Особливості гідравлічного розрахунку паропроводів.

Діаметр паропроводу розраховують виходячи з допустимих втрат тиску, або з допустимої швидкості пари. Попередньо задається щільність пари на розрахунковій ділянці.

Розрахунок за допустимими втратами тиску.

Оцінюють

, a= 0.3...0.6. По (6.9) розраховують діаметр труби.

Задаються швидкістю пари у трубі. З рівняння для витрати пари – G= wrFзнаходять діаметр труби.

За ДСТУ підбирається труба з найближчим внутрішнім діаметром. Уточнюються питомі лінійні втрати та види місцевих опорів, розраховуються еквівалентні довжини. Визначається тиск на кінці трубопроводу. Розраховуються втрати тепла на розрахунковій ділянці за нормованими втратами тепла.

Qпіт= q l l, де q l– втрати тепла на одиницю довжини при заданій різниці температур пари та довкілляз урахуванням втрат тепла на опорах, засувках тощо. Якщо q lвизначено без урахування втрат тепла на опорах, засувках і т.п.

Qпіт= q l (tср – to)(1+ b), де tср- середня температура пари на ділянці, to- Температура навколишнього середовища, що залежить від способу прокладання. При наземній прокладці to = tнoпри підземній безканальній прокладці to = tгр(температура ґрунту на глибині укладання), при прокладанні в прохідних та напівпрохідних каналах to= 40 ... 50 0 С. При прокладанні в непрохідних каналах to= 5 0 С. За знайденими втратами тепла визначають зміну ентальпії пари на ділянці та значення ентальпії пари в кінці ділянки.

Diуч= Qпіт/ D, iдо= iн - Diуч .

За знайденими значеннями тиску та ентальпії пари на початку та в кінці ділянки визначається нове значення середньої щільності пари rср = (rн + rдо)/2 . Якщо нове значення щільності відрізняється від раніше заданого більш ніж на 3%, то перевірочний розрахунок повторюють з уточненням одночасно Rл.

Особливості розрахунку конденсатопроводів

При розрахунку конденсатопроводу необхідно враховувати можливе пароутворення при зниженні тиску нижче тиску насичення (вторинна пара), конденсацію пари за рахунок теплових втрат і пар після конденсатовідвідників. Кількість прогонової пари визначається за характеристикою конденсатовідвідника. Кількість пари, що сконденсувалася, визначається по втраті тепла і теплоті пароутворення. Кількість вторинної пари визначається за середніми параметрами на розрахунковій ділянці.

Якщо конденсат близький до стану насичення, то розрахунок потрібно вести як паропроводу. При транспорті переохолодженого конденсату розрахунок виконується як і, як й у водяних мереж.

Режим тиску в мережі та вибір схеми абонентського введення.

Статичний тиск – це тиск, який встановлюється після відключення циркуляційних насосів. Рівень статичного тиску (напору) обов'язково вказується на п'єзометричному графіку. Величина цього тиску (напору) встановлюється з обмеження величини тиску для опалювальних приладів і має перевищувати 6 ати (60 м). При спокійному рельєфі місцевості рівень статичного тиску то, можливо одним і тим самим всім споживачів. При великих коливаннях рельєфу місцевості може бути два, але не більше трьох статичних рівнів.

Рис.6.3. Графік статичних напорів системи теплопостачання

На рис.6.3 зображено графік статичних напорів та схема системи теплопостачання. Висота будівель A, B і С однакова і дорівнює 35 м. Якщо провести лінію статичного натиску на 5 метрів вище за будівлю С, то будівлі В і А опиняться в зоні натиску в 60 і 80 м. Можливі наступні рішення.

Опалювальні установки будівель А приєднуються за незалежною схемою, а в будівлях В та С – залежною. У цьому випадку всім будівель встановлюється загальна статична зона. Водо-водяні підігрівачі будуть знаходитись під натиском у 80 м, що допустимо з погляду міцності. Лінія статичних натисків - S - S.

Опалювальні установки будівлі приєднуються за незалежною схемою. В цьому випадку повний статичний натиск можна вибрати за умовами міцності установок будівель А та В – 60 м. Цей рівень позначений лінією М – М.

Опалювальні установки всіх будівель приєднані за залежною схемою, але зона теплопостачання розділена на дві частини – одна на рівні М-М для будівель А та В, інша на рівні SS для будівлі С. Для цього між будинками В і С встановлюється зворотний клапан 7 на прямий лінії та підживлювальний насос верхньої зони 8 та регулятор тиску 10 на зворотній лінії. Підтримка заданого статичного напору в зоні здійснюється підживлювальним насосом верхньої зони 8 і регулятором підживлення 9. Підтримання заданого статичного напору в нижній зоні здійснюється насосом 2 і регулятором 6.

При гідродинамічному режимі роботи мережі вищеперелічені вимоги теж повинні дотримуватися будь-якої точки мережі при будь-якій температурі води.

Рис.6.4. Побудова графіка гідродинамічних напорів системи теплопостачання

Побудова ліній максимальних та мінімальних п'єзометричних напорів.

Лінії допустимих натисків слідують за рельєфом місцевості, т.к. прийнято, що трубопроводи прокладаються відповідно до рельєфу. Відлік – від осі труби. Якщо обладнання має суттєві розміри по висоті, то мінімальний тиск відраховують від верхньої точки, а максимальний – від нижньої.

1.1. Лінія Пmax - лінія максимально допустимих напорів в лінії подачі.

Для пікових водогрійних котлів максимально допустимий напір відраховують від нижньої точки котла (приймають, що вона знаходиться на рівні землі), а мінімально допустимий напір – від верхнього колектора котла. Допустимий тиск для сталевих водогрійних котлів 2.5 МПа. З урахуванням втрат прийнято на виході з котла Hmax=220 м. Максимально допустимий напір у лінії подачі обмежений міцністю трубопроводу (рmax=1.6 Мпа). Тому на вході в лінію, що подає Нmax=160 м.

Лінія Оmax - лінія максимально допустимих натисків у зворотній лінії.

За умовою міцності водоводяних підігрівачів максимальний тиск не повинен перевищувати 1.2 Мпа. Тому максимальне значення тиску дорівнює 140 м. Величина тиску для опалювальних установок не може перевищувати 60 м.

Мінімально допустимий п'єзометричний напір визначають за температурою кипіння, що перевищує на 30 0 З розрахункову температуру на виході з казана.

Лінія Пmin - лінія мінімально допустимого натиску в прямій лінії

Мінімально допустимий напір на виході з котла визначається з умови нескипання у верхній точці – для температури 180 0 С. Встановлюється 107 м. З умови нескипання води при температурі 150 0 С мінімальний напір має бути 40 м.

1.4. Лінія Оmin – лінія мінімально допустимого натиску у зворотній лінії. З умови неприпустимості підсмоктування повітря та кавітації насосів прийнято мінімальний напір у 5 м.

Дійсні лінії напорів у прямій та зворотній лініях ні за яких режимів не можуть виходити за межі ліній максимальних та мінімальних напорів.

П'єзометричний графік дає повне уявлення про діючі напори при статичному та гідродинамічному режимах. Відповідно до цієї інформації обирається той чи інший метод приєднання абонентів.

Рис.6.5. П'єзометричний графік

Будівля 1. Натиск, що розташований більше 15 м, п'єзометричний - менше 60 м. Можна опалювальну установку приєднати за залежною схемою з елеваторним вузлом.

Будівля 2. І тут також можна застосувати залежну схему, але т.к. Натиск у зворотній лінії менше висоти будівлі у вузлі приєднання потрібно встановити регулятор тиску "до себе". Перепад тиску на регуляторі повинен бути більшим від різниці між висотою установки і п'єзометричним натиском у зворотній лінії.

Будівля 3. Статичний натиск тут більше 60 м. Найкраще застосувати незалежну схему.

Будівля 4. Натиск, що знаходиться в цьому місці менше 10 м. Тому елеватор працювати не буде. Потрібно встановлювати насос. Його натиск повинен дорівнювати втратам напору в системі.

Будівля 5. Потрібно використовувати незалежну схему – статичний натиск тут більше 60 м.

6.8. Гідравлічний режим теплових мереж

Втрати тиску в мережі пропорційні квадрату витрати

. Користуючись формулою розрахунку втрат тиску, знайдемо S.

.

Втрати напору у мережі визначаються як

, де

.

При визначенні опору всієї мережі діють такі правила.

1. При послідовному з'єднанні елементів мережі сумуються їх опори S.

S S = S si.

При паралельному з'єднанні елементів мережі сумуються їх провідності.

.

.

Одне із завдань гідравлічного розрахунку ТЗ – визначення витрати води у кожного абонента та в мережі в цілому. Зазвичай відомі: схема мережі, опір ділянок і абонентів, натиск на колекторі ТЕЦ або котельні.

Мал. 6.6. Схема теплової мережі

Позначимо S I – S V – опору ділянок магістралі; S 1 – S 5 – опору абонентів разом із відгалуженнями; V- Сумарна витрата води в мережі, м 3 / с; Vm- Витрата води через абонентську установку m; SI-5 - Опір елементів мережі від ділянки I до відгалуження 5; SI-5 =S I+ S 1-5, де S 1-5 – сумарний опір абонентів 1-5 із відповідними відгалуженнями.

Витрата води через установку 1 знайдемо з рівняння

, звідси

.

Для абонентської установки 2

. Різниця витрат

знайдемо з рівняння

, де

. Звідси

.

Для встановлення 3 отримаємо

- опір теплової мережі з усіма відгалуженнями від абонента 3 до останнього абонента 5 включно;

,

- Опір ділянки III магістралі.

Для деякого m-го споживача з nвідносна витрата води знаходиться за формулою

. За цією формулою можна знайти витрату води через будь-яку абонентську установку, якщо відома сумарна витрата в мережі та опору ділянок мережі.

Відносна витрата води через абонентську установку залежить від опору мережі та абонентських установок та не залежить від абсолютного значення витрати води.

Якщо до мережі приєднано nабонентів, то відношення витрат води через установки dі m, де d < mзалежить тільки від опору системи, починаючи від вузла dдо кінця мережі, і не залежить від опору мережі до вузла d.

Якщо на якійсь ділянці мережі зміниться опір, то у всіх абонентів, розташованих між цією ділянкою та кінцевою точкою мережі, витрата води зміниться пропорційно. У цій частині мережі достатньо визначити ступінь зміни витрати лише одного абонента. При зміні опору будь-якого елемента мережі зміниться витрата як у мережі, так і у всіх споживачів, що призводить до розрегулювання. Розрегулювання в мережі бувають відповідні та пропорційні. При відповідному регулюванні збігається знак зміни витрат. При пропорційному розрегулюванні збігається рівень зміни витрат.

Мал. 6.7. Зміна напорів мережі при відключенні одного із споживачів

Якщо від теплової мережі відключиться абонент Х, сумарний опір мережі збільшиться (паралельне з'єднання). Витрата води в мережі зменшиться, втрати напору між станцією та абонентом Х зменшаться. Тому графік натиску (пунктир) піде покладніше. Натиск в точці Х збільшиться, тому витрата в мережі від абонента Х до кінцевої точки мережі збільшиться. У всіх абонентів від точки Х до кінцевої точки рівень зміни витрати буде однаковий – пропорційне розрегулювання.

У абонентів між станцією та точкою Х ступінь зміни витрати буде різним. Мінімальний ступінь зміни витрати буде у першого абонента безпосередньо біля станції – f=1. У міру віддалення від станції f > 1 та збільшується. Якщо на станції зміниться наявний напір, то сумарна витрата води в мережі, а також витрати води у всіх абонентів зміняться пропорційно до кореня квадратного з напору на станції.

6.9. Опір мережі.

Сумарна провідність мережі

, звідси

.

За аналогією

і

. Розрахунок опору мережі ведеться від найвіддаленішого абонента.

Увімкнення насосних підстанцій.

Насосні підстанції можуть встановлюватися на трубопроводі, що подає, зворотному,

а також на перемичці між ними. Спорудження підстанцій викликається несприятливим рельєфом, великою дальністю передачі, необхідністю збільшення пропускну здатність тощо.

а). Встановлення насоса на лінії, що подає або зворотній.

Рис.6.8. Встановлення насоса на лінії подачі або послідовності (послідовна робота)

При встановленні насосної підстанції (НП) на лінії подачі або зворотній лінії витрати води у споживачів, розташованих між станцією і НП зменшуються, а у споживачів після НП – зростають. У розрахунках насос враховується як деякий гідравлічний опір. Розрахунок гідравлічного режиму мережі з НП ведуть шляхом послідовних наближень.

Визначаються негативним значенням гідравлічного опору насоса

(*)

Розраховують опір у мережі, витрати води у мережі та у споживачів

Уточнюються витрати води та напір насоса та його опір (*).

Рис.6.10. Сумарні характеристики послідовно та паралельно включених насосів

При паралельному включенні насосів сумарна характеристика утворюється шляхом підсумовування абсцис характеристик. При послідовному включенні насосів сумарна характеристика виходить підсумовуванням ординат характеристик. Ступінь зміни подачі при паралельному увімкненні насосів залежить від виду характеристики мережі. Чим менший опір мережі, тим ефективніше паралельне включення і навпаки.

Рис.6.11. Паралельне увімкнення насосів

При послідовному включенні насосів сумарна подача води завжди більша, ніж подача води кожним із насосів окремо. Чим більший опір мережі, тим ефективніше послідовне увімкнення насосів.

б). Встановлення насоса на перемичці між лініями, що подає і зворотною.

У разі встановлення насоса на перемичці температурний режим до і після НП неоднаковий.

Для побудови сумарної характеристики двох насосів попередньо характеристику насоса А переносять у вузол 2 де встановлений насос Б (див.рис.6.12). На наведеній характеристиці насоса А2 - 2 напори при будь-якій витраті рівні різниці дійсного напору цього насоса і втрати напору в мережі для цього ж витрати.

. Після приведення характеристик насосів А і Б до того самого загального вузла вони складаються за правилом складання паралельно працюючих насосів. При роботі одного насоса Б напір у вузлі 2 дорівнює

, витрати води . При підключенні другого насоса А натиск у вузлі 2 зростає до



, а сумарна витрата води збільшується до V> . Однак безпосередня подача насоса Б при цьому зменшується до

.

Рис.6.12. Побудова гідравлічної характеристикисистеми з двома насосами у різних вузлах

Робота мережі з двома джерелами живлення

Якщо ТС живиться від кількох джерел тепла, то магістральних лініях виникають точки зустрічі потоків води від джерел. Положення цих точок залежить від опору ТЗ, розподілу навантаження вздовж магістралі, напорів на колекторах ТЕЦ. Сумарна витрата води в таких мережах зазвичай задано.

Рис.6.13. Схема ТЗ, що живиться від двох джерел

Крапка вододілу знаходиться в такий спосіб. Визначаються довільними значеннями витрати води на ділянках магістралі виходячи з 1-го закону Кірхгофа. Визначають нев'язки натиску з урахуванням 2-го закону Кірхгофа. Якщо за попередньо обраному розподілі витрати вододіл вибраний т.к, друге рівняння Кирхгофа запишеться як

,

.

За 2-м законом Кірхгофа визначається нев'язка втрат тиску Dp. Щоб зробити нев'язку тиску рівною нулю, потрібно ввести до уваги поправку витрати - ув'язувальна витрата. Для цього в рівнянні вважають Dp=0 і замість Vвводять V+ dVабо V- dV. Отримаємо

. Знак Dpдорівнює знаку dV. Далі уточнюється розподіл витрати на ділянках мережі. Для пошуку точки вододілу перевіряються два розташованих поруч споживача.

Рис.6.14. Визначення положення точки вододілу

а). Крапка вододілу знаходиться між споживачами mі m+1 . В цьому випадку

. Тут

- перепад тиску у споживача m при живленні станції А.

- перепад тиску у споживача m+1 при живленні станції В.

Нехай точка вододілу знаходиться між споживачами 1 та 2. Тоді

;

. Якщо ці два перепади тиску дорівнюють, то точка вододілу знаходиться між споживачами 1 і 2. Якщо ні, то перевіряється наступна пара споживачів, і т.д. Якщо для жодної пари споживачів не виявлено рівність наявних напорів, це означає, що точка вододілу знаходиться в одного зі споживачів.

б). Крапка вододілу знаходиться у споживача m, у якого

,

.

Розрахунок ведеться у такому порядку.

,

.

Кільцева мережа.

Кільцеву мережу можна як мережу з двома джерелами живлення з рівними напорами мережевих насосів. Положення точки вододілу в магістралі, що подає і зворотній, збігається, якщо опори лінії і зворотної ліній однакові і немає насосів, що підкачують. В іншому випадку положення точки вододілу в лінії подачі та зворотній лініях потрібно визначати окремо. Установка насоса, що підкачує, призводить до зміщення точки вододілу тільки в тій лінії, на якій він встановлений.

Рис.6.15. Графік напорів у кільцевій мережі

В цьому випадку НА= НУ.

Увімкнення насосних підстанцій у мережі з двома джерелами живлення

Для стабілізації режиму тиску за наявності насоса, що підкачує, на одній зі станцій напір на вхідному колекторі підтримується постійним. Цю станцію називають фіксованою, інші станції – вільними. При установці насоса, що підкачує, напір у вхідному колекторі вільної станції змінюється на величину

.

Гідравлічний режим відкритих систем теплопостачання

Основна особливість гідравлічного режиму відкритих систем теплопостачання полягає в тому, що за наявності водорозбору витрата води у зворотній лінії менша, ніж у подаючій. Практично ця різниця дорівнює водорозбору.

Рис.6.18. П'єзометричний графік відкритої системи

П'єзометричний графік лінії подачі залишається постійним при будь-якому водорозборі з зворотної лінії, так як витрата в лінії подачі підтримується постійним за допомогою регуляторів витрати на абонентських вводах. Зі збільшенням водорозбору зменшується витрата у зворотній лінії та п'єзометричний графік зворотної лінії стає більш пологім. Коли водорозбір дорівнює витраті лінії подачі, витрата зворотної дорівнює нулю і п'єзометричний графік зворотної лінії стає горизонтальним. При однакових діаметрах прямої та зворотної ліній та відсутності водорозбору графіки напору у прямій та зворотній лініях симетричні. За відсутності водорозбору на ГВП витрата води дорівнює розрахунковій витраті на опалення – V o – у прямому та зворотному трубопроводах. При водорозборі повністю з прямої лінії витрата води у зворотній лінії дорівнює витрати на опалення, а в лінії подачі – сумі витрат на опалення та ГВП. При цьому знижується напір на системі опалення і витрата води Voменше за розрахунковий. При водорозборі тільки з зворотної лінії напір на систему опалення вище розрахункового. Втрати тиску складаються із втрат тиску в лінії подачі, системі опалення та зворотної лінії.

За відсутності навантаження ГВП

За наявності водорозбору на ГВП

Ділимо (**) на (*). Позначимо

;

;

;

.

З рівняння (***) можна знайти f.

При розборі води на ГВП з лінії подачі витрата через систему опалення падає. При розборі із зворотної лінії – росте. При b=0.4 витрата води через систему опалення дорівнює розрахунковому.

Ступінь зміни витрати води через систему опалення –

1. Ступінь зміни витрати води через систему опалення тим більший, чим менше опір системи.

Збільшення водорозбору на ГВП може спричинити ситуацію, коли вся вода після системи опалення надходитиме на водорозбір ГВП. При цьому витрата води у зворотному трубопроводі дорівнюватиме нулю.

. З (***):

, звідки

(****)

Підставимо (****) у (***) і знайдемо .

.

При

вода на ГВП починає надходити зі зворотної лінії та після системи опалення. При цьому тиск у системі опалення падає і при деякому значенні навантаження ГВП надлишковий тиск стане рівним 0. У цьому випадку вода в систему опалення надходити не буде, а на ГВП вода надходитиме з лінії подачі та зворотної лінії. Це – критичний режим для системи опалення. f=0. З (***):

. Знак "-" означає, що напрямок руху в зворотній лінії змінилося на протилежне. Звідси знайдемо

.

Умови вирівнювання режиму -

. Для підтримки V o на розрахунковому рівні доцільно працювати зі змінним натиском мережевих насосів на станції.

Конс_7.doc

7. Гідравлічний режим теплових мереж

7.1. Гідравлічна характеристика системи

.

Втрати напору у мережі визначаються як

, де

. При зміні температури теплоносія опір мережі змінюється пропорційно до зміни щільності –

. При зміні частоти обертання відцентрового насосазмінюється та її характеристика (див. рис. 7.2). Об'ємний

Мал. 7.2. Гідравлічний режим системи за різної частоти обертання насосів

витрата насоса та його напір залежно від частоти обертання визначається як При частоті обертання . При опорі мережі у точці А ; . При зміні частоти обертання з на при V=0 і в точці В

Часто на станції працюють разом кілька насосів. Їхня сумарна характеристика залежить від способу їх включення (див. рис.7.3). Якщо насоси включені паралельно, сумарна характеристика будується підсумовуванням витрат при постійному натиску (рис. 7.3а). При послідовному включенні насосів сумарна характеристика виходить додаванням напорів при тих самих витратах (рис.7.3б).

а) паралельне включення; б) послідовне включення

На рис. 7.3а АВ- Характеристика насоса 1, АС- Характеристика насоса 2 . AD- Їх сумарна характеристика. Кожна абсциса крива ADдорівнює сумі абсцис кривих АВі АС, ad=ab ac. Приблизно для групи mпаралельно включених насосів

, де

- Натиск групи насосів;

- Умовний внутрішній опір групи насосів;

- Сумарна витрата.

На рис. 7.3б АВ- Характеристика насоса 1, CD- Характеристика насоса 2, KL– сумарна характеристика насосів 1 та 2. При цьому al=ab ac. Приблизно для групи nпослідовно включених насосів

.

Чим менший опір мережі, тим ефективніше паралельне включення насосів, тобто тим більше витрата. При послідовному включенні насосів що більше опір мережі, то ефективніше включення. На рис.7.4 наведено сумарну характеристику двох однакових паралельно включених насосів.

Мал. 7.4. Зміна витрати води у мережі при паралельному включенні насосів

Якщо характеристика мережі має вигляд OK, то при роботі одного насоса подається витрата , а під час роботи двох насосів – витрата . Якщо ж характеристика мережі має вигляд OL, то витрата води залишається однаковим під час роботи як одного, так і двох насосів. При паралельному включенні насосів слід вибирати однакові насоси, а витрати кожного насоса приймати

Визначення сумарної характеристики мережі можна виконати графічно та аналітично. При визначенні опору всієї мережі діють такі правила.

1. При послідовному з'єднанні елементів мережі підсумовуються їх опори – S S = S s i .

2. При паралельному з'єднанні елементів мережі сумуються їх провідності.

.

.

Рис.7.5. Побудова гідравлічної характеристики системи з насосами, включеними до різних вузлів; а – принципова схема; б - приведення характеристики насоса до вузла 2-2; в) визначення витрат води та напорів при паралельній роботі насосів

Наведений на рис. 7.3 Спосіб побудови сумарної характеристики справедливий при розміщенні насосів в одному вузлі. Якщо паралельно працюючі насоси розташовані в різних вузлах системи, то для побудови їх сумарних показників необхідно привести властивості насосів до одного загального вузла (див. рис.7.5). Від насосу Авода по мережі Знадходить до споживача П. Попередньо характеристику насоса Аз вузла 1-1 призводять до вузла 2-2 де встановлений насос Б. Наведена характеристика насоса , тобто, насоса Ау вузлі 2–2, напір дорівнює напору цього насоса у вузлі 1–1 (характеристика ) мінус втрати напору в мережі З. Після приведення до одного вузла характеристики насосів складаються як при паралельному включенні.

Рис.7.6. Паралельна робота двох насосів І та ІІ на загальну систему П

, а сумарна витрата збільшується до . Однак безпосередня подача насоса Бпри цьому зменшується до . На рис.7.6 наведено характеристики насосів I та II, їх сумарна характеристика I II та характеристика мережі П. При роботі одного насоса I на мережу П напір дорівнює та витрата – . При роботі одного насоса II натиск та витрата є і відповідно. При одночасної роботі натиск і витрата рівні Hі Vвідповідно.

S I-5 = S I S 1-5 , де S 1-5 – сумарний опір абонентів 1-5 із відповідними відгалуженнями.

Витрата води через установку 1 знайдемо з рівняння

, звідси

.

Для абонентської установки 2

. Різниця витрат

знайдемо з рівняння

, де

. Звідси

.

Для встановлення 3 отримаємо

,

де

– опір теплової мережі з усіма відгалуженнями від абонента 3 до останнього абонента 5 включно;

,

- Опір ділянки III магістралі.

Для деякого m-го споживача з nвідносна витрата води знаходиться за формулою

. (7.1)

За цією формулою можна знайти витрату води через будь-яку абонентську установку, якщо відома сумарна витрата в мережі та опору ділянок мережі. З (7.1) випливає:

1. Відносна витрата води через абонентську установку залежить від опору мережі та абонентських установок та не залежить від абсолютного значення витрати води.

2. Якщо до мережі приєднано nабонентів, то відношення витрат води через установки dі m, де d < mзалежить тільки від опору системи, починаючи від вузла dдо кінця мережі, і не залежить від опору мережі до вузла d.

Якщо в мережі працюють насосні підстанції, то насос враховується як негативний опір

, де

– напір та витрата насосної підстанції. Сумарна витрата води в мережі визначається за формулою

, де Н- Натиск на колекторах ТЕЦ, а

- Сумарний опір теплової мережі.

Якщо на якійсь ділянці мережі зміниться опір, то у всіх абонентів, розташованих між цією ділянкою та кінцевою точкою мережі, витрата води зміниться пропорційно. У цій частині мережі достатньо визначити ступінь зміни витрати лише одного абонента. При зміні опору будь-якого елемента мережі зміниться витрата як у мережі, так і у всіх споживачів, що призводить до розрегулювання. Розрегулювання в мережі бувають відповідні та пропорційні. При відповідному регулюванні збігається знак зміни витрат. При пропорційному розрегулюванні збігається рівень зміни витрат.

Якщо від теплової мережі відключиться абонент Х, сумарний опір мережі збільшиться (паралельне з'єднання). Витрата води в мережі зменшиться, втрати напору між станцією та абонентом Х зменшаться. Тому графік напору

Мал. 7.8. Зміна напорів мережі при відключенні одного із споживачів

(Пунктир на рис. 7.8) піде покладніше. Натиск в точці Х збільшиться, тому витрата в мережі від абонента Х до кінцевої точки мережі збільшиться. У всіх абонентів від точки Х до кінцевої точки рівень зміни витрати буде однаковий – пропорційне розрегулювання. , де – витрати води до та після відключення абонента Х. У абонентів між станцією та точкою

Кількісно гідравлічна стійкість характеризується коефіцієнтом гідравлічної стійкості

,

де

розрахунковий та максимально можливий витрати води в абонентській установці, відповідно. Приблизно, під час роботи системи у квадратичній області

,

де

– наявний напір на станції та втрати напору в тепловій мережі відповідно;

- Напір на станції, що розташовується. Таким чином, чим менше втрати напору в тепловій мережі та чим більше втрати напору на абонентському вводі, тим більша гідравлічна стійкість абонентської системи.

Стійкість гідравлічного режиму системи залежить не тільки від її початкового регулювання, а й від режиму витрати води у окремих групабонентів. Доцільно вирівнювати теплове навантаження абонентів за допомогою теплових акумуляторів, а також обмежувати можливі зміни тиску теплової мережі в потрібних межах. Для цього в одній або кількох точках мережі штучно змінюють тиск за заданим законом, залежно від витрати води. Такі точки називають точками регульованого тиску. Якщо тиск у цих точках підтримуються постійними у статичному та динамічному режимах, то такі точки називаються нейтральними. Нейтральну точку зазвичай розміщують на перемичці між колекторами станції.

На рис. 7.10, анаведена схема підживлювального пристрою. Регулятори керуються від нейтральної точки О. Ступінь відкриття клапанів 2 та 3 встановлюється мембранними клапанами. При збільшенні витоку системи тиск падає і мембранний привід клапана 2 відкриває його, збільшуючи підживлення мережі насосом 1. При підвищенні тиску мембранний клапан прикривається і зменшує підживлення. Якщо клапан 2 повністю закритий, а тиск зростає, відкривається дренажний клапан 3, наповнюючи частину води в бак.

На рис. 7.10, бпредставлений п'єзометричний графік системи. Тут ABCDі AKLD– п'єзометричні графіки магістральної теплової мережі; AOD– п'єзометричний графік перемички; Про- Нейтральна точка на перемичці.
^

7.4. Опір мережі

,

.

За аналогією

;

.

Розрахунок опору мережі ведеться від найвіддаленішого абонента.
^

7.5. Гідравлічний режим мережі з насосними та дроселюючими

підстанціями

На рис.7.13 показана схема теплової мережі з дроселюючою підстанцією та її п'єзометричний графік. Якщо район має складний рельєф з великим перепадом висот (у прикладі 40 м), то за залежною схемою приєднання необхідно встановити різні гідростатичні натиски для абонентів на різних геодезичних позначках. У статичному режимі витік води із верхньої зони заповнюється

Мал. 7.13. Схема двотрубної теплової мережі із двома статичними зонами (а)та її п'єзометричний графік ( б). 1-зворотний затвор; 2-насоси на ТЕЦ; 3-регулятор тиску "до себе"; 4-підживлювальний насос; 5-регулятор підживлення верхньої зони

Рис.7.14. Схема двотрубної теплової мережі з НП на зворотній лінії та її п'єзометричний графік; а-схема; б, в-П'єзометричні графіки при автоматизованому та неавтоматизованому вводах; 1 - зворотний затвор на НП; 2-зворотний затвор на зворотній лінії; 3-НП; 4-насос на ТЕЦ

На рис. 7.14 показано схему двотрубної теплової мережі з НП на зворотній лінії. НП знижує тиск у зворотній лінії абонентів групи II на кінцевих ділянках мережі. При вимкнених насосах НП вода проходить по зворотній лінії між точками 5 і 6 через затвор 2, минаючи насоси. При включенні насосів між 3 точками 5 і 6 виникає різниця тисків, рівна різниці тисків насосів. Затвор 2 закривається, весь потік води проходить від точки 5 до 6. За наявності регуляторів витрати на абонентських вводах включення НП не викликає зміни витрати води теплової мережі.

Якщо регулятори витрати на абонентських вводах відсутні, то під час включення НП виникає розрегулювання. Витрати води у споживачів, розташованих між станцією та НП зменшуються, а у споживачів після НП – зростають. У розрахунках насос враховується як деякий гідравлічний опір.

Розрахунок гідравлічного режиму мережі з НП ведуть методом послідовних наближень, оскільки заздалегідь гідравлічний опір НП невідомий. Задаються попередньо витрати води через НП, визначають (негативне) значення гідравлічного опору НП, визначають сумарний опір мережі і витрата води на окремих ділянках. За потреби коригують витрату води через НП.
^

7.6. Розрахунок розподілу потоків води у кільцевих теплових мережах

Якщо мережа обладнана автоматичними регуляторами, розрахунок полягає у визначенні витрат води на окремих ділянках при заданих опорах і витрат води у абонентів.

Якщо мережа не обладнана автоматичними регуляторами, то розрахунок полягає у визначенні витрати води в системі в цілому та розподіл його на ділянках кільцевої мережі за заданим натиском у вузлі підведення води до кільцевої мережі.

Розглянемо розрахунок потокорозподілу в кільцевій мережі із регуляторами витрати. На рис. 7.15 представлена ​​схема однокільцевої теплової мережі. Вода пос-

Задаються розподілом витрат за дільницями, що задовольняють перший закон Кірхгофа, наприклад:

За другим законом Кірхгофа визначають нев'язку втрат тиску (напору) у контурі

Будемо вважати витрату у вузлі позитивним, якщо він входить у вузол, і негативним, якщо він виходить із вузла. Втрату напору потоку вважатимемо позитивним, якщо потік направлений у контурі за годинниковою стрілкою, і негативним, якщо потік направлений проти годинникової стрілки.

В даному випадку

означає, що , або, що те саме, . П'єзометричний графік, що відповідає даному випадку, показаний на рис. 7.16 пунктирною лінією. Розташований натиск у вузлі 3 в позитивному потоці, (тобто рухається за годинниковою стрілкою), менше, ніж у цьому ж вузлі під час руху проти годинникової стрілки, тобто, в негативному потоці –

. Щоб наявні напори

збігалися, потрібно витрати води у позитивному потоці знизити на величину

(ув'язувальний витрата), а негативному потоці – збільшити з цього ж величину.

Ув'язувальна витрата визначається за рівнянням (7.5).

Звідси, нехтуючи членами, які містять

, отримаємо

, (7.7)

де.

завжди, тому знаки та збігаються. Знайшовши, уточнюють витрати на ділянках і так доти, доки не буде досягнуто потрібної точності.

Якщо ТС живиться від кількох джерел тепла, то магістральних лініях виникають точки зустрічі потоків води від різних джерел – точки вододілу. Положення цих точок залежить від опору ТЗ, розподілу навантаження вздовж магістралі, напорів на колекторах ТЕЦ. Сумарна витрата води в таких мережах зазвичай задано.

На рис. 7.17 показана схема та п'єзометричний графік ТЗ, що живиться від двох станцій. Крапка вододілу знаходиться в такий спосіб.

Мал. 7.17. Схема (а)та п'єзометричний графік (б)двотрубної ТЗ, що живиться від двох станцій; пунктир - при попередньому розподілі витрати; суцільна лінія – після обліку ув'язувальної витрати

Задаються витратами води на ділянках мережі, виходячи з 1-го закону Кірхгофа. Приймемо витрату від станції ^ Апозитивним, а від станції У- Негативним. Нехай точкою вододілу є точка До. Тоді в позитивному потоці перепад тиску в точці До є а в негативному потоці

де

. Ув'язувальна витрата визначається за (7.7). Далі уточнюється розподіл витрати на ділянках мережі.

Магістральна кільцева ТС може розглядатися як ТС, що живиться від двох джерел з однаковими напорами на колекторах. Схема такої мережі представлена ​​на рис. 7.18.Напрямок подачі теплоти за годинниковою

Мал. 7.18. Схема двотрубної кільцевої мережі та її п'єзометричний графік; а- Схема мережі; б- Розгорнута схема; в– п'єзометричний графік; Sпро = Sп; Sпро<Sп;

стрілці вважатимемо від колектора А, а проти годинникової стрілки – від колектора У. та  H=0. Метод розрахунку такий МС такий самий, як і для мережі, що живиться від двох джерел живлення. Якщо опори подавальної та зворотної ліній неоднакові, то положення точок вододілу в них може бути різним. У всіх випадках розрахунок виконується на основі 1-го та 2-го законів Кірхгофа. При встановленні насосів на будь-якій ділянці магістральної лінії їх напори сумуються з напором на станції у напрямку руху теплоносія. Крапка водо-

Рис.7.19. П'єзометричний графік відкритої системи

За відсутності навантаження ГВП

За наявності водорозбору на ГВП

Ділимо (7.10) на (7.9). Позначимо

;

;

;

.

З рівняння (7.11) можна знайти .

1. При розборі води на ГВП з лінії подачі витрата через систему опалення падає. При розборі із зворотної лінії – росте. При =0.4 витрата води через систему опалення дорівнює розрахунковому.

2. Ступінь зміни витрати води через систему опалення –

Ступінь зміни витрати води через систему опалення тим більший, чим менше опір системи. Збільшення водорозбору на ГВП може спричинити ситуацію, коли вся вода після системи опалення надходитиме на водорозбір ГВП. При цьому витрата води у зворотному трубопроводі дорівнюватиме нулю.

Рис.6.22. Вплив ступеня витрати води в системі опалення на витрату у зворотному трубопроводі

При

з (7.11) знайдемо

, звідки

(7.12)

Підставивши (7.12) у (7.11), знайдемо

.

.

При

вода на ГВП починає надходити зі зворотної лінії та після системи опалення. При цьому тиск у системі опалення падає і при деякому значенні навантаження ГВП надлишковий тиск стане рівним 0. У цьому випадку вода в систему опалення надходити не буде, а на ГВП вода надходитиме з лінії подачі та зворотної лінії. Це – критичний режим системи опалення – f=0. З (7.11)

. Знак "-" означає, що напрямок руху в зворотній лінії змінилося на протилежне. Звідси знайдемо

.

Умови вирівнювання режиму –

. Для підтримки V o на розрахунковому рівні доцільно працювати зі змінним натиском мережевих насосів на станції.

ГІДРАВЛИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМИ

Водяні системи теплопостачання є складними гідравлічними системами, в яких робота окремих ланок перебуває у взаємній залежності. Для правильного керування та регулювання необхідно знати гідравлічні характеристики працюючого обладнання – циркуляційних насосів та мережі.

Гідравлічний режим системи визначається точкою перетину гідравлічних характеристик насоса та мережі.

Рис.1. Гідравлічна характеристика насоса та теплової мережі

На рис. 1 крива 1 – характеристика насоса; крива 2 - характеристика теплової мережі; точка А - перетин цих характеристик, що визначає гідравлічний режим системи; Н- напір, що розвивається насосом, рівний втраті напору в замкнутій системі; V-об'ємна подача насоса, що дорівнює витраті води в системі.

Гідравлічною характеристикою насоса називається залежність напору Н або перепаду тиску Δр, створюваного насосом, від об'ємної подачі насоса V. Характеристики насосів зазвичай визначаються заводами-виробниками або можуть бути побудовані за даними випробування.

При постійній частоті обертання робочого колеса робоча ділянка характеристики відцентрового насоса може бути наближено описана рівнянням

Потужність, Вт, що споживається насосом при номінальному режимі, визначається за формулою

При номінальному режимі в середньому . Так як втрата напору в теплових мережах, як правило, підпорядковується квадратичному закону, то характеристика теплової мережі є квадратичною параболою, що описується рівнянням

Як видно з (6.5), опір мережі залежить від її геометричних розмірів, абсолютної шорсткості внутрішньої поверхні трубопроводів, еквівалентної довжини місцевих опорів та щільності теплоносія, але не залежить від витрати теплоносія. Для цього стану мережі її характеристика може бути побудована за одним відомим режимом. Для визначення опору sдосить знати для одного якого-небудь режиму витрата води і падіння тиску Δр, що відповідає цій витраті.

Часто на станції працює разом кілька насосів. Для визначення режиму їхньої спільної роботи необхідно побудувати сумарну характеристику. Порядок підсумовування параметрів насосів залежить від способу їх включення. Якщо насоси включені паралельно, то сумарна характеристика будується за допомогою складання витрат (подач) при тих самих напорах.

Мал. 2. Побудова сумарної характеристики насосів

а - паралельно включених, б - послідовно включених

Сумарна характеристика групи mпаралельно включених насосів, що мають однакові характеристики, описується наближеним рівнянням

Побудова сумарної характеристики послідовно включених насосів проводиться шляхом складання напорів при тих самих витратах.

Сумарна характеристика групи послідовно включених насосів, що мають однакові характеристики, описується наближеним рівнянням

Ступінь зміни подачі при паралельному увімкненні насосів залежить від виду характеристики мережі. Чим пологіший вигляд має характеристика мережі, тим ефективніше паралельне включення насосів. Чим крутіша характеристика мережі, тим менший ефект дає паралельне включення.

При проектуванні насосних установок, що з кількох паралельно працюючих насосів, слід вибирати все насоси з однаковими характеристиками, а розрахункову подачу кожного їх приймати рівної сумарному витраті води, поділеному на кількість працюючих насосів, крім резервних. Подача насосів при послідовному включенні також залежить від типу характеристики мережі. Чим крутіша характеристика мережі, тим ефективніше послідовне включення.

ГІДРАВЛИЧНИЙ РЕЖИМ ЗАКРИТИХ СИСТЕМ

Одна з важливих умов нормальної роботи систем теплопостачання полягає у забезпеченні в тепловій мережі перед груповими або місцевими тепловими пунктами (ГТП або МТП) напорів, достатніх для подачі в абонентські установки витрат води, що відповідають їх тепловому навантаженню.

Завдання розрахунку гідравлічного режиму мережі полягає у визначенні витрат мережної води в абонентів і на окремих ділянках мережі, а також тисків (напорів) і перепадів тисків (напорів) у вузлових точках мережі, на групових і місцевих теплових пунктах (абонентських вводах) при заданому режимі. роботи мережі.

Заданими зазвичай є схема теплової мережі, опору sвсіх її ділянок, тиску (напіри) на колекторах ТЕЦ, що подає і зворотному, або перепад тисків (напірів) на колекторах ТЕЦ, що розташовується, і тиск (напір) в нейтральній точці мережі. За наявності на абонентських вводах авторегуляторів відомі також витрати мережної води абонентів, оскільки ці витрати підтримуються за допомогою авторегуляторів на заданому рівні. У цьому випадку за відомими витратами мережної води у абонентів знаходять витрати води на всіх ділянках теплової мережі, а потім втрати тиску (напору) на всіх ділянках мережі та будують п'єзометричний графік, за яким визначають тиск (напори) у вузлових точках теплової мережі та на абонентських введеннях.

За відсутності у ГТП або на МТП авторегуляторів витрата мережної води в абонентів заздалегідь невідома і визначення їх є одним із основних завдань розрахунку гідравлічного режиму теплової мережі. Для вирішення цього завдання необхідно знати окрім опорів усіх ділянок теплової мережі також опору всіх МТП і абонентських установок. Розглянемо метод розрахунку витрати води у абонентів теплової мережі за відсутності авторегуляторів на абонентських вводах.

РНР. 3. Схема теплової мережі

а – однолінійне зображення; б - дволінійне зображення

Ділянки магістралі нумеруються римськими цифрами, а відгалуження до абонентів та абоненти – арабськими.

Сумарна витрата води в мережі позначимо буквою V без індексу. Витрата води через абонентську систему - буквою Vз індексом, рівним номеру абонента. Наприклад, V m - Витрата води через абонентську систему m.

Відносний витрата води через абонентську систему, тобто. відношення витрати через абонентську систему до сумарної витрати води в мережі, позначимо V з індексом. Наприклад, відносна витрата води у абонента

Витрата води у абонента 1 може бути знайдена з рівняння

.

Отже

Знайдемо витрату води через абонентську установку 2, для якої справедливе наступне рівняння:

Аналогічно знаходять відносну витрату води через абонентську установку 3:

Якщо до теплової мережі приєднано nабонентів, то відносна витрата води через систему будь-якого абонента

За цією формулою можна знайти витрату води через будь-яку абонентську систему, якщо відомі сумарна витрата води та опору ділянок мережі. З (6.20) випливає, що відносна витрата води через абонентську систему залежить лише від опору мережі та абонентських установок і не залежить від абсолютної витрати води у мережі.