10585
.pdf
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание таблицы 12 |
|
||
1 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|
|
4 |
387 |
– |
1 |
387 |
0,4 К |
У1 |
400 |
+3,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
396 |
– |
1 |
396 |
0,4 К |
У1 |
400 |
+1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
406 |
– |
1 |
406 |
0,4 К |
У1 |
400 |
–1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
415 |
– |
1 |
415 |
0,4 К |
У1 |
400 |
–3,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
425 |
– |
1 |
425 |
0,4 К |
У1 |
400 |
–5,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
1190 |
– |
1 |
1190 |
1,18 К |
У7 |
1180 |
–0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
1199 |
– |
1 |
1199 |
1,18 К |
У7 |
1180 |
–1,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
471 |
– |
1 |
471 |
0,479 К |
У2 |
479 |
+1,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
480 |
– |
1 |
480 |
0,479 К |
У2 |
479 |
–0,2 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6 |
488 |
– |
1 |
488 |
0,479 К |
У2 |
479 |
–1,8 |
||
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
497 |
– |
1 |
497 |
0,479 К |
У2 |
479 |
–3,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
504 |
– |
1 |
504 |
0,479 К |
У2 |
479 |
–4,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
513 |
– |
1 |
513 |
0,479 К |
У2 |
479 |
–6,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
521 |
– |
1 |
521 |
0,479 К |
У2 |
479 |
–8,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
921 |
– |
1 |
921 |
0,918 К |
У5 |
918 |
–0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
81
17. ВОДОВОДЯНЫЕ ЭЛЕВАТОРЫ
Водоводяные элеваторы применяются в системах отопления для понижения температуры воды в наружном подающем трубопроводе до температуры, допустимой в системе отопления, tг, и частичной передачи давления, создаваемого центральным насосом на тепловой станции, в местную систему отопления для создания циркуляции воды. Таким образом, водоструйный элеватор в системе отопления выполняет одновременно две функции, заменяя смесительный и циркуляционный насосы.
Водоструйный элеватор устанавливается в индивидуальном тепловом пункте здания. Принципиальная схема индивидуального теплового пункта системы отопления с водоводяным элеватором приведена на рис. 25.
Одним из недостатков водоструйного элеватора является его низкий коэффициент полезного действия (КПД). Статический КПД стандартного элеватора практически не превышает 10 %. Следовательно, циркуляционное давление на вводе теплопроводов наружных тепловых сетей в здание должно не менее чем в 10 раз превышать потери давления в системе отопления pc.
Это условие устанавливает верхний предел потери давления при использовании элеваторной смесительной установки величиной pc ≤ 1,2·104 Па. Другим недостатком водоструйного элеватора является постоянство коэффициента смешения, исключающее местное качественное регулирование теплопередачи отопительных приборов.
Горячая вода из тепловой сети G1, кг/с, (в зимний период с температурой Т1 = 130…150 ° С) поступает в насадку. Обратная вода из системы отопления G0 , кг/с, с температурой t0 = 70 ° С смешивается в элеваторе с горячей водой до температуры tг = 95 ° С и в количестве Gг, кг/с, поступает в подающую магистраль системы отопления. Часть обратной воды в количестве (Gг - G0), кг/с, с температурой t0 = 70 ° С удаляется в тепловую сеть. Следовательно, элеватор работает на замкнутое кольцо системы отопления.
82
Рис. 25. Элеваторный ввод: 1 – задвижка; 2 – термометр; 3 – манометр; 4 – регулятор расхода; 5 – обратный клапан; 6 – грязевик; 7 – тепломер; 8 – регулятор давления; 9 – водоструйный элеватор; 10 – ответвления для систем приточной вентиляции и кондиционирования воздуха; 11 – регулятор температуры
Схема давлений при установившейся работе элеватора приведена на рис. 26. Постоянство гидродинамического давления в начале смесительной камеры элеватора изобразим горизонтальной линией al. Далее происходит повышение давления при внезапном расширении потока от площади сечения f'3 до f3 (кри-
вая l-o ), (условные обозначения в формулах 1…4 будут приведены ниже). |
|
pн = V3ρг (V'3 - V3). |
(46) |
От точки l отложим вверх величину динамического давления, отвечающего осредненной скорости V'3 потоков в самом начале камеры (ордината l-m), Па:
|
(V3′) |
ρг . |
|
(47) |
|
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
||
От точки m проведем наклонную линию m-n – |
потери полного давления |
||||
при внезапном расширении смеси потоков, Па: |
|
|
|||
p = |
(V3′ − V3 )2 |
ρг . |
(48) |
||
2 |
|||||
|
|
|
|||
83
Рис. 26. Схема давлений в водоструйном элеваторе для водоводяного отопления
Далее от точки n проведем линию n-p – потери полного давления в диффузоре, Па:
p |
д |
= (1 − η |
д.у. |
) |
V32 |
ρ |
г |
= ξ |
V32 |
ρ |
г |
. |
(49) |
|
|
||||||||||||
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Затем проведем линию падения полного давления в системе отопления (p- r) и линию изменения гидродинамического давления (k-g). Уменьшению полного давления в подсасывающей части элеватора отвечает линия f-b.
Уменьшению гидродинамического давления при увеличении скорости подсасываемого элеватором потока до наивыгоднейшей скорости V0 отвечает линия ya. Увеличению гидродинамического давления в диффузоре отвечает линия o-k. Отношение двух потоков воды в элеваторе составит:
u = |
G0 |
, |
(50) |
|
G1 |
||||
|
|
|
называется коэффициентом смешения (подмешивания).
В приложениях 20 и 21 приведены элеваторы различных конструкций и размеров серийного производства.
84
18. РАСЧЕТ И ПОДБОР ВОДОСТРУЙНОГО ЭЛЕВАТОРА
Расчет проводим, используя теорию смешения потоков профессора, доктора технических наук П.Н. Каменева (Гидроэлеваторы в строительстве. М., Стройиздат, 1970).
Исходные данные для расчета:
-теплопотери здания Q = 728000 Вт;
-температура воды в подающей магистрали системы отопления tг = 95 ° С;
-температура воды в обратной магистрали tо = 70 ° С;
-температура воды, поступающей из насадки T1 = 130 ° С;
-плотность воды
ρ1 = 935 кг/м3 при 130 ° С; ρ0 = 977,81 кг/м3 при 70 ° С; ρг = 961,9 кг/м3 при 95 ° С;
- потери давления в системе отопления pс = 10000 Па (определяются из гидравлического расчета системы отопления).
Примечание: при T1= 150 ° С плотность воды ρг = 916,9 кг/м3.
Решение
Расчетная схема элеватора изображена на рис. 27. Объемный расход воды, проходящий через горловину при температуре воды tг = 95 ° С:
Рис. 27. Расчетная схема элеватора
85
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qг = |
|
|
Q |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(51) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(tг |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− t0 )ρгcв |
|
|||
где св = 1,163 Вт·ч/(кг·град) – удельная теплоемкость воды. |
|
|||||||||||||||||
qг |
= |
|
|
|
|
|
|
728000 |
|
= 25,99 м3/ч = 0,007219 м3/с. |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
(95 - 70) × 961,9 ×1,163 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Массовый расход: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Gг = qг · ρг = 0,007219 · 961,9 = 6,944 кг/с. |
|
|||||||||||||||||
Массовый расход воды, нагнетаемой из насадки: |
|
|||||||||||||||||
G1 |
= |
|
|
|
|
Q |
|
= |
|
72800 |
|
|
= 10417 кг/ч = 2,894 кг/с. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
- 70) ×1,163 |
|
||||||||||
|
|
|
|
(T1 |
- t0 )cв (130 |
|
|
|
||||||||||
Объемный расход этой воды при температуре T1 = 130 ° С: |
|
|||||||||||||||||
q = |
G1 |
|
= |
2,894 |
= 0,003095м3/с. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
1 |
|
|
r1 |
|
|
935 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Массовый расход воды, подсасываемой элеватором равен:
G0 = Gг – G1 = 6,944 – 2,894 = 4,05 кг/с.
Объемный расход её при температуре в обратной магистрали t0 = 70 ° С:
q0 |
= |
G0 |
= |
4,05 |
= 0,004142 м3/с. |
|
|
||||
|
|
r0 |
977,81 |
||
Коэффициент смешения u по формуле (5) составляет :
u = G0:G1 = 4,05:2,894 = 1,4. Этот же коэффициент смешения получим из теплового баланса элеватора:
1 T1 + u t0 = (1 + u) tг, |
(52) |
или |
|
1 · 130 + u · 70 = (1 + u) · 95, |
(53) |
откуда u = 1,4. |
|
Примечание. При температуре воды в наружной тепловой сети T1 = 150 ° С имеем баланс: 1 · 150 + u · 70 = (1 + u) · 95, откуда u = 2,2.
Во избежание засорения элеватора примем сравнительно большое расстояние от насадки до начала смесительной камеры. В таком случае условный коэффициент полезного действия диффузора ηд.у. = 0,65 и ξ0 = 0. Здесь ηд.у = 1 –
86
∑ξ3; где ∑ξ3 – коэффициент местного сопротивления смесительной камеры и диффузора; ξ0 – коэффициент местного сопротивления при входе подсасываемого потока в смесительную камеру.
Зная ηд.у. и u, примем по приложению 23 наивыгоднейшее отношение скорости подсасываемого потока в кольцевом пространстве в начале камеры к скорости в горловине nнаив. = 0,5045.
Определим осредненную скорость смешивающихся потоков в начале
смесительной камеры V'3: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V3′ = |
2 pс (1 + ∑ξ3 ) |
, |
(54) |
||
|
|
ρг − (1 + ξ0 )ρ0 (1 + ∑ξ3 )n2 наив |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
V3¢ = |
|
|
2 ×10000 × (1 + 0,35) |
= 6,51 |
м/с. |
||
961,9 - (1 + 0) × 977,81× (1 + 0,35) × 0,352 |
|||||||
Скорость в горловине элеватора: |
|
|
|
||||
|
|
|
|
V3 = V'3 / (1 + ∑ξ3), |
|
|
(55) |
V3 =6,51 / (1 + 0,35) = 4,822 м/с.
Наивыгоднейшая скорость подмешиваемого потока в начале смесительной камеры:
V0 наив. = nнаив.· V'3, |
(56) |
V0 наив.= 0,5045 · 6,51 = 3,284 м/с.
Проверим основные правила работы элеватора с высоким КПД. Повышение давления при внезапном расширении потока от площади сечения f3 до f'3 в смесительной камере (по формуле 46):
pк = 4,822 (6,51 – 4,822) · 961,9 = 7970 Па.
Повышение давления в диффузоре (по формуле 4):
pд = (1 – 0,35) · 4,822 2 /2 · 961,9 = 7422 Па.
Динамическое давление подсасываемого потока в начале смесительной камеры (не потери):
|
|
|
V 2 |
|
|
||
p |
|
= |
|
0 наив |
ρ |
|
, |
|
д.о |
|
2 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
87
Dpд.о = 3,2842 × 977,81 = 5372 Па. 2
Запишем основное уравнение для определения полного давления, развиваемого элеватором:
∑ |
p0 |
= pс |
= V3 (V3′ − V3 )ρг |
+ ηд.у |
V3 |
2 |
ρг |
− (1 + ξ0 |
) |
V0 |
2 |
ρ0 , |
(57) |
2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||
или конкретно
10000 = 7970 + 7422 – 5372 Па. Получаем: 10000 ≈ 10020 Па.
Проверяем закон сохранения энергии при установившейся работе элеватора. Необходимая скорость в выходном сечении насадки определяется из уравнения:
V1 = (1 + u – nнаив. u cosα0) V'3, |
(58) |
где α0 – угол между векторами скоростей V1 и Vо наив в начале смесительной камеры, град.
Считая α0 = 0°, имеем
V1 = (1 + 1,4 – 0,5045 · 1,4 · 1) · 6,51 = 11,02 м/с.
Давление, затрачиваемое в выходном сечении насадки (без потерь в самой насадке), равно динамическому давлению в выходном сечении насадки минус динамическое давление подмешиваемого потока в начале смесительной камеры:
Dpн = |
11,022 |
× 935 - 5372 = 52465 Па. |
|
|
|
||
2 |
|
|
|
Определим основные размеры элеватора. |
|
||
Площадь выходного сечения насадки: |
|
||
|
|
f1 = q1 / V1, |
(59) |
f1 = 0,003095 / 11,02 = 0,000281 м2 = 2,81 см2.
Площадь кольцевого сечения для подсасываемого потока в начале смесительной камеры:
f0 = 0,004142 / 3,284 = 0,00126 м2 = 12,6 см2.
88 |
|
Общая площадь сечения в начале смесительной камеры: |
|
fз н = f1 + f0, |
(60) |
fз н = 2,81 + 12,6 = 15,41 см2, откуда dз н = 4,43 см = 44,3 мм. |
|
Площадь сечения горловины: |
|
f3 = 0,007219 / 4,822 = 0,001496 м = 14,96 см2, откуда dз н = 43,7 см ≈ 44,3 мм. Примем dз = (43,7+44,3) / 2 = 44 мм.
Водоструйный элеватор Госсантехстроя № 6 (см. приложение 22) имеет dзp= 47 мм. Если принять этот элеватор, то при заданном расходе qг = 0,007219 м3/с будем иметь скорость в смесительной камере
Vзp = 4,822 (44 / 47)2 = 4,22 < 4,822 м/с.
Оставляя в качестве приближения ту же площадь выходного сечения
насадки f1 = |
2,81 см2, получим из (60) площадь для подсасываемого потока в |
||||||
начале смесительной камеры: |
|
|
|
||||
f0 = |
pd |
32р |
- f1 = |
3,14 × 4,7 |
2 |
- 2,81 |
2 |
|
|
|
|
= 14,53 см . |
|||
4 |
4 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
Скорость подсасываемого потока в начале смесительной камеры:
V = |
q0 |
= |
0,004142 ×104 |
= 2,85 м/с. |
|
|
|||
0 |
f0 |
14,53 |
|
|
|
|
|||
Полное давление, создаваемое элеватором, определится на основании формулы (57) при замене скоростей воды в смесительной камере и подсасываемого потока на действительные в выбранном элеваторе. В связи с отличием действительной скорости подсасываемого потока V0 от наивыгоднейшей V0 наив. Коэффициент местного сопротивления при входе подсасываемого потока в смесительную камеру принимаем равным ξ0 = 0,1.
Имеем:
|
V 2 |
|
|
|
V 2 |
|
|
|
||
|
3 |
|
|
|
0 |
|
|
|
||
V3р(V3′р − V3р )ρг + ηд.у |
|
ρг − (1 + ξ0 |
) |
|
|
ρ0 = pс |
|
|||
2 |
2 |
|
||||||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,22 ×( V ¢ |
- 4,22 ) × 961,9 + 0,65 × |
4,222 |
× 961,9 - (1 + 0,1) |
2,852 |
× 977,81 = 10000Па |
|||||
|
|
|||||||||
3р |
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
откуда V'3p = 6,292 м/с.
89
Необходимую скорость в выходном сечении насадки получим из равенства:
V1 + V0u = (1+ u) V'3p, (61)
V1 = (1+ u) V'3p - V0u = (1 + 1,4) · 6,292 – 2,85 · 1,4 = 11,1 > 11,02 м/с.
Площадь выходного сечения насадки:
f1 |
= |
q1 |
= |
0,003095 |
= 0,0002785 м2 = 2,785 см2 < 2,81 см2, откуда d1 = 18,8 мм. |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
V1 |
|
11,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Уточненная величина давления, затрачиваемого в выходном сечении |
|||||||||||||||||
насадки: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V 2 |
|
V 2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
= |
|
1 |
r - |
0 |
r |
|
, |
(62) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
0 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
pн |
= |
11,12 |
× 935 - |
2,852 |
× 977,81= 54650 Па > 52467 Па. |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Принимая коэффициент местного сопротивления насадки ξ1 = 0,06, получим необходимое минимальное давление в наружной тепловой сети перед элеватором: pнаг = (1 + ξ1) pн = (1 + 0,06) · 54650 = 57900 Па.
19. ПРИСОЕДИНЕНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ К ВОДЯНЫМ ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ
Отопительные системы зданий присоединяют к водяным тепловым сетям по зависимым и независимым гидравлическим схемам.
Зависимое (непосредственное) присоединение системы отопления без смешения применяют, когда температура поверхности отопительных приборов не ограничена, либо она соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, а также системы воздушного отопления, эта схема приемлема, если давление в теплосети не превышает допустимого давления Р = 0,6 МПа для чугунных радиаторов и Р = 1,0 МПа – для стальных конвекторов (рис. 28).
Зависимое (непосредственное) присоединение с водоструйным элеватором для подмешивания охлажденной воды используют в жилых х общественных зданиях до 12 этажей. Эту схему выбирают, когда в системе отопления требуется температура воды ниже, чем в тепловой сети и допускается повыше-