pdf.php@id=6162
.pdfнеобходимы для получения достаточного запаса. Поэтому необходимо умень шить общие потери на величину порядка 20 кг/м2-. Просматривая все участ ки, можно заметить, что понижения потерь давления наиболее просто можно достигнуть изменив диаметр участка 7 с 32 до 40 мм (следующий стандарт ный размер трубы). Действительно, такое изменение оказалось достаточным для получения необходимого запаса давления в 7,6%.
И. После расчета главного циркуляционного кольца приступаем к рас чету и увязке полуколец I и VII стояков. Главное циркуляционное кольцо, как указывалось выше, является опорным для гидравлической увязки с ним всех остальных колец системы. Обычно для определения диаметров всех уча стков горячей и обратной магистралей рассматривают ответвления через ниж ние приборы ближнего и дальнего стояков. Допускаемая невязка для систем с попутным движением с верхней разводкой составляет ± 15% .Для ближнего I стояка потери давления на полукольце участков главного циркуляцион ного кольца без общих участков равны сумме потерь давления на участках
7, 2, 11—16 и составляют: |
|
S ( / ? / + Z ) li2§ j i __ i6 —0,75 + |
0,84-)- 10,0 + 2,71 + 19,5 + 4 ,5 + 2 7 ,5 + |
+ 3,4+15,0 + 2,9 + 1 2 ,5 + 5 ,4 + 4,2+1,0 + 0,75 + 0,9 = 96,62 кг/м2. |
|
Протяженность участков с 17 по 23 полукольца, проходящего через ниж |
|
ний прибор стояка /, равна: 2 /= |
19,3 м. Если не учитывать небольшую раз |
ницу в дополнительном естественном давлении от охлаждения в трубах для стояков IV и /, то ориентировочное располагаемое давление на трение R0р для новых участков будет равно:
Л96,62-0,65
* ор “ |
19,3 |
3,17. |
= |
По этой величине подбираем диаметры участков 17—23, добиваясь полу чения невязки в потерях давления на полукольцах в допустимых пределах (см. табл. V.2).
Таким же образом рассчитывают участки полукольца через нижний при бор дальнего стояка VII (см. табл. V.2).
12. Имея данные о потерях давления на всех участках горячей и обрат ной магистралей, можно построить график (см. рис. V.9) падения давлений в них. Верхняя кривая — падения давления в подающей магистрали, ниж няя — падения давления в обратной магистрали от стояка I до стояка V II. Этот график позволяет определить располагаемые перепады давлений для каждого стояка. В случае, если перепады на отдельных стояках заметно раз нятся или в конструкции отдельных стояков имеется своеобразие (стояки лестничных клеток, ответвления и др.), необходимо выполнить гидравличес кий расчет через такой стояк. Такой расчет аналогичен изложенному выше.
13. Рассчитываем трубопроводы, подводящие теплоноситель к приборам верхних этажей на примере стояка IV. Располагаемое давление для новых участков полукольца через прибор II этажа равно потерям на параллельном полукольце главного циркуляционного кольца (на участках 75, 16 и 7) плюс дополнительное гравитационное давление для прибора II этажа за счет его превышения над прибором I этажа на Ah:
2 ( W + Z ) i 5 . 1 6 . 1 + A M Y o - Y r ) = ( 4 , 2 + 1 , 0 + 0 . 7 5 + 0 , 9 +
+ 0,75+ 0,84) + 3,0-15,9 = 55,06.
Задаваясь на участках 31, 32, 33 минимальным диаметром труб 15 мм, получаем потери давления, равные 7,44 кг/м2. Уменьшить диаметры на этих участках для повышения потерь давления нельзя, поэтому избыточное дав ление 55,06—7,54 = 47,52 кг/м2должно быть погашено краном двойной регу лировки у прибора II этажа при монтажной регулировке системы.
1П
§ 23. ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ ОДНОТРУБНЫХ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Последовательное прохождение теплоносителя через нагрева тельные приборы создает определенное своеобразие гидравличе ского и теплового режима однотрубных систем отопления.
В связи с этим имеется некоторое отличие в методике расчета однотрубных систем по сравнению с двухтрубной, пример расчета которой рассмотрен выше. Особую сложность имеет расчет распро
страненных |
однотрубных систем с замыкающими участками. Рас |
||||||||||||
|
|
|
|
смотрим пример такого расчета. Последова |
|||||||||
|
|
|
|
тельность расчета не отличается от рассмот |
|||||||||
Ъ * \ |
|
ренной на |
примере |
двухтрубной |
системы. |
||||||||
г г |
■ |
■ |
НП. |
Так |
же |
производится |
определение |
# р.ц |
|||||
h УзК |
|
^t 2- - |
© |
[в данном |
случае |
по формулам |
(V.16) |
и |
|||||
Ч |
£нл. |
||||||||||||
-I-----еГ |
------ |
|
(V .12)], |
выбор |
и расчет |
главного циркуля |
|||||||
|
|
|
|
ционного кольца и увязка |
с ним остальных |
||||||||
|
|
|
|
циркуляционных колец ответвлений. Особен |
|||||||||
Рис. |
V.J10. |
Кольцо |
ность |
расчета связана только со |
своеобра |
||||||||
малой |
|
" циркуляции |
зием |
схемы |
однотрубного стояка |
системы. |
|||||||
стояка ^ однотрубной |
На рис. |
V.10 показан элемент стояка с |
при |
||||||||||
системы |
отопления с |
||||||||||||
замыкающими |
участ |
соединенным к нему нагревательным при |
|||||||||||
|
|
ками |
|
бором. Из рисунка видно, что часть воды, |
|||||||||
тельный прибор, а |
идущей по стояку, проходит через |
нагрева |
|||||||||||
остальная |
часть |
проходит, |
минуя прибор, |
по |
|||||||||
замыкающему участку. |
главного |
циркуляционного |
кольца |
и |
|||||||||
Гидравлический |
расчет |
увязку с ним остальных основных колец системы обычно производят, принимая трассу циркуляционных контуров через замыкающие участки стояка без захода в нагревательные приборы. Диаметры всех трубопроводов, кроме замыкающих участков, могут быть по добраны по известным расходам воды на участках и величине удель ного ориентировочного падения давления на трение Rop.
Расход воды по замыкающим участкам стояков на этом этапе расчета еще не известен. Для его определения поступают следую щим образом. Принимают определенные диаметры труб замыкаю щего участка и подводок к нагревательным приборам, т. е. труб кольца малой циркуляции (рис. V.10). Так обычно называют цир куляционное кольцо, образованное из замыкающего участка, подводок к прибору и самого нагревательного прибора. Диаметр стоя ка известен. Диаметр замыкающего участка принимают равным ди аметру стояка или меньше его на один размер.
Диаметр подводок может быть меньше диаметра стояка на не сколько номеров принятого сортамента труб.
В системе с замыкающими участками долю расхода воды в стоя
ке, затекающую в нагревательный |
прибор, называют к о э ф ф и |
ц и е н т о м з а т е к а н и я ($. |
Количество проходящей через |
112
прибор воды равно:
6 ’пр = Р^СТ* |
(V .3 4 ) |
где GCT = 7 ^ 7 -----расход воды в стояке в кг!ч\ |
|
tr—10 |
приборов стояка |
Q C T — суммарная теплоотдача всех |
|
в ккал/н. |
|
Коэффициент р <С 1, его величина зависит от соотношения диамет ров труб всех участков кольца малой циркуляции и стояка, от вида прибора, его теплоотдачи, направления движения тепло носителя и пр.
Определение этого коэф фициента является сложной задачей гидравлики трубопро водов, которая с учетом воз можного многообразия слу чаев успешно решена профес сор ом П. Н. Каменевым.
На рис. V.11 приведен, как пример, график зависи мости коэффициента затека ния Р/ 2 (для каждого нагре вательного прибора при дву
стороннем |
присоединении) от |
|||
соотношения диаметров |
dCTx |
|||
X |
d3.y •4 |
.п и |
скорости |
воды |
в |
стояке |
vCT> |
составленный |
М. П. Кисейным по экспери ментальным данным.
С помощью этого графика можно определить р и уста новить расходы воды через приборы и замыкающий уча сток. Зная расход воды по замыкающему участку
G3.y = ( l - P ) G CT, (V.35)
можно обычным порядком провести гидравлический расчет основ ных колец (по стоякам через замыкающие участки). Значения (3, определенные по графику рис. V.11, являются ориентировочными. При пользовании этим графиком нельзя учесть изменения |3 от гравитационного давления, длины подводок и прочих факторов. Поэтому задачей последующего расчета может быть проверка гид равлической увязки участков кольца малой циркуляции (рис. V.10). Расход воды по стояку GCT разделится на потоки воды через по лукольцо приборов и полукольцо замыкающего участка. Гид равлические потери на этих полукольцах с учетом гравитационных
5 Зак 62J |
113 |
давлений должны быть по общему правилу равны, т. е. должно удовлетворяться равенство
2 (RI + |
2)з у + Ан. П (7н. п- Тз. у) = 2 |
+ 2)н. П. |
(V.36) |
Диаметры труб |
кольца малой циркуляции |
известны, |
поэтому |
в данном случае проверочный расчет состоит в определении такого
фактического значения |3 (т. е. такого распределения потоков), |
при |
||||||||
котором |
удовлетворится равенство (V.36). Следует |
помнить, |
что |
||||||
tr- 95й |
|
с изменением расходов |
наряду |
с |
изменением |
||||
|
гидравлических потерь |
меняется |
и |
гравита |
|||||
^ _____ |
|
|
ционное давление за счет изменения объем |
||||||
|
|
- 25мм |
ного веса при средней температуре воды в на |
||||||
йи„ = гош |
|
|
гревательном приборе. Приборы однотрубного |
||||||
г - А |
Ч \Щ |
стояка, |
расположенные на разных |
этажах, |
|||||
|
имеют разные значения средней |
|
температуры |
||||||
|
&зу= 25мм |
воды /н.п- |
Температура |
затекающей в прибор |
|||||
|
|
|
воды в общем случае равна температуре смеси |
||||||
\Ш] |
|
|
tcм.х на участке стояка |
выше |
данного |
при |
|||
|
|
|
бора. Понижение температуры воды в нагре |
||||||
1/050Г1 |
Т f ' |
« |
вательном приборе Л/н.п равно: |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
^ щ |
1 |
|
QH. п |
|
|
(V.37) |
|||
|
—L., |
|
п : |
|
|
|
JH. п
----- г |
1 г- ■ |
1050 |
1050 |
Iщ |
[ющ |
1_______ Г 1 |
|
to =70° |
|
Z . ____ |
|
Рис. V. 12. 1< примеру гидравличес]кого расчета однотр]^бной системы ото пления
где QH.II — теплоотдача нагревательного при бора в ккал/ч. Обычно считают, что /н.п равна средней температуре входящей в прибор и выходящей из прибора воды, поэтому
= |
= |
(V.38) |
Проверочный расчет гидравлической увязки участков кольца малой циркуляции обычно выполняют методом последовательного при ближения.
Пример V.3. Провести гидравлический расчет труаопроводов стояка однотрубной системы водяного отопления (*г = 95°С; /о=70°С ) с замыкаю щими участками согласно схеме, приведенной на рис. V.12.
Суммарная тепловая нагрузка стояка равна:
QCT = 11 000 ккал/ч.
Количество воды, циркулирующее по стояку,
_ 11 000
440 кг/ч.
ст“ 9 5 -7 0
Диаметр стояка согласно предварительному расчету по # ор для системы равен 25 мм. Диаметры труб замыкающих участков приняты равными 25 мм% а диаметр подводок к приборам — 20 мм.
И 4
По приложению 8 находим, что при dCT= 25 мм и GCT = 440 кг/ч скорость движения воды по стояку равна: vCT= 0,21 м/сек. При этой ско рости vCT и принятых соотношениях диаметров труб стояка, замыкающего
участка и подводок 25 X |
25 X 20 |
/ |
3" \ |
мм f 1 X 1 X —— ), по графику рис. V.11 |
|||
определяем коэффициент |
затекания воды в каждый нагревательный при |
||
бор р/2 = 0,17. Таким |
образом, |
в каждый |
из попарно присоединенных |
приборов затекает 0,17 общего количества воды, проходящей по стояку, т. е.
|
Сн.п = 0,17-440 = 75 кг/ч. |
|
|
|
При этом условии по замыкающему участку проходит |
|
|
||
|
G3, у = 440 — 2*75 = 290 кг/ч. |
|
|
|
Гидравлические потери по стояку будут следующие. |
участков |
15 м. |
||
Протяженность трубопроводов стояка без замыкающих |
||||
Фактические удельные потери на трение (приложение 8) |
R = 3,6 |
кг/ж2. |
||
Следовательно, общие |
потери на трение по стояку |
|
|
|
|
# / = 3,6-15 = 54 кг/м2. |
|
|
|
По приложению |
9 определим коэффициенты |
местных |
сопротивлений: |
|
2 отвода — 2£ = 2. Согласно таблице приложения |
10 при vCT = 0,21 м/сек |
и 2 £ = 2, потеря давления Z = 4,4 кг/м2. Потери давления в каждом замы кающем участке состоят из потерь на местные сопротивления и трение.
На замыкающем участке — два местных сопротивления (две крестовины). Верхняя крестовина на проходе при делении потока по рекомендуемому для однотрубных систем уточненному расчету при соотношении расходов G3.y/GcT = 290 : 440 = 0,66 имеет величину коэффициента местного сопро тивления, равную 1*.
Нижняя крестовина на проходе при слиянии потоков имеет величину £ =2. Таким образом, 2£ = 3. При длине замыкающего участка / = 0,5 ж, диа метре d = 25 мм и расходе G3.y = 290, согласно таблице приложения 8 на ходим: v = 0,141 м/сек и R = 1,6 кг/м2-м. Общие потери давления для каж дого замыкающего участка стояка при указанных величинах R и убудут равны:
2 (RI + Z)з. у = 1,6*0,5+2,95 = 3,75 кг/м2,
а в целом для стояка
2 (/?/ + Z)CT = 54+ 4,4+ 3,75*5 = 77,15 кг/м2.
Проверяем расчет увязки полуколец малого циркуляционного кольца верх него этажа. Температура воды на входе в прибор равна 95°С. Средняя темпе ратура воды в приборе по формуле (V.38) равна:
f 1300
^ср — 95— 2*0,17*440 = 86,35°С.
Расход воды в подводках к прибору Gnp = 75 кг/ч, диаметр 20 жж, длина горячей и обратной подводок задана равной 2 X 1,5 = 3 ж. Сумма местных сопротивлений в полукольце нагревательного прибора (крестовина в от ветвлении при делении, крестовина в ответвлении при слиянии потоков, кран двойной регулировки, две утки, нагревательный прибор) равна: 2£ =
= 19 + 4 + 2* 1,5 + 2 = 30. Потери давления на полукольце нагреватель
* Здесь и далее в этом примере коэффициенты местных сопротивлений для крестовин определены по уточненным данным, приведенным в Справоч нике проектировщика.
5* 115
ного прибора при GHU = 7 5 , v = 0,06 и R = 0,34 (по приложениям 8 и 10) равны:
S (R/ + Z)H.n = 0,34 -3+ 5,4 = 6,42 кг/м2.
Дополнительное гравитационное давление в кольце малой циркуляции равно:
^н.п (YH.II— Уз.у) = ^н.п*0>64 (tf3.y — ^н.п) =0,5*0,64 (95— 86,35) = 2,95 кг/м2.
В результате потери в замыкающем участке плюс |
гравитационное дав |
|||||
ление |
приблизительно |
равны |
потерям |
в полукольце нагревательного |
||
прибора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
3,75 + |
2,95 = 6 ,7 ^ 6 ,4 2 , |
|
|
|
Это отвечает условию (V.36). Потери |
2 ( # / + Z ) H.n все же |
несколько |
||||
меньше |
потерь 2 ( # / + |
Z)3<y |
+ Лн.п(7н.п— 7з.у)> |
поэтому |
фактически |
в прибор будет затекать несколько большее количество воды и действитель ный коэффициент затекания Р будет немного больше 0,17. Однако это нера венство в данном случае невелико, поэтому дальнейшего уточнения значе ния р в примере не делаем.
Г л а в а VI
СИСТЕМЫ ПАРОВОГО ОТОПЛЕНИЯ
§ 24. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ ПАРОВОГО ОТОПЛЕНИЯ
Если при кипении воды давление остается неизменным, тем пература воды будет постоянной. Тепло же, подводимое к ней, рас ходуется на ее испарение. Это тепло называется с к р ы т о й т е п л о т о й п а р о о б р а з о в а н и я .
Водяной пар, находящийся |
в термодинамическом равновесии |
с водой, называется с у х и м |
н а с ы щ е н н ы м п а р о м , а |
смесь сухого насыщенного пара с капельками воды во взвешенном
состоянии — в л а ж н ы м |
н а с ы щ е н н ы м п а р о м . |
|
|||
|
Полная теплота сухого насыщенного пара |
|
|||
|
|
X = q-}-r |
ккал/кг. |
(VIЛ) |
|
где |
q — теплота, затраченная на |
подогрев жидкости до |
темпера |
||
|
|
туры кипения, в |
ккал/кг; |
|
|
|
г — скрытая теплота парообразования в ккал/кг; |
|
|||
= |
При |
давлении пара в 0,1 кг/см2 q = 101,8 ккал/кг и |
г — |
||
538,1 |
ккал/кг. |
|
|
|
Полная теплота пара
^=101,8 + 538,1=639,9 ккал/кг.
При конденсации пара выделяется скрытая теплота парообра зования.
Температура конденсата в момент его образования равна тем пературе пара. Данные о температуре, теплосодержании и объемном весе сухого насыщенного пара в зависимости от давления приведены
вприложении 11.
Всистемах парового отопления применяется сухой насыщенный пар и используется свойство его при конденсации выделять скры тую теплоту парообразования. Пар из котлов по паропроводам по ступает в нагревательные приборы, установленные в помещениях.
Внагревательных приборах пар конденсируется, и тепло через стенки приборов передается в помещения. Конденсат отводится из приборов по трубопроводам в сборные конденсационные баки, откуда насосами перекачивается в котлы, а в отдельных случаях возвращается сразу в котлы (самотеком).
117
§ 25. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ
Системы парового отопления, как было указано в главе II, подразделяются на вакуум-паровые, паровые системы низкого дав ления и высокого. Паровые системы низкого и высокого давления в свою очередь подразделяются:
1) на открытые системы, сообщающиеся с атмосферой;
2 ) на закрытые системы, не сообщающиеся с атмосферой;
3) по способу возврата конденсата в котел:
а) на замкнутые системы с непосредственным возвратом конден сата в котел;
б) на разомкнутые системы с возвратом конденсата в конден сационный бак с последующей перекачкой конденсата из бака в котел.
По схеме расположения трубопроводов системы подразделяются на двухтрубные и однотрубные (те и другие с верхней, нижней и смешанной разводкой, с сухим и мокрым конденсатопроводом).
Сухими конденсатопроводами называются к о н д е н с а т о- п р о в о д ы , с е ч е н и е к о т о р ы х п р и р а б о т е с и с т е мы не п о л н о с т ь ю з а п о л н е н о к о н д е н с а т о м , а п р и п е р е р ы в а х в р а б о т е с и с т е м ы с в о б о д н о о т в о д ы . Мокрыми конденсатопроводами называют к о н д е н - с а т о п р о в о д ы , в с е г д а п о л н о с т ь ю з а п о л н е н н ы е в о д о й .
Конденсатопроводы могут быть напорными, в которых конденсат перемещается при помощи насосов или избыточного давления пара, и самотечными, в которых конденсат перемещается самотеком.
§ 26. ВИДЫ УСТРОЙСТВ ПАРОВОГО ОТОПЛЕНИЯ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
Системы парового отопления низкого давления устраиваются по открытой схеме. На рис. VI. 1 приведена система парового отопле ния низкого давления с верхней разводкой, двухтрубная, тупиковая, замкнутая, с непосредственным возвратом конденсата в котел, с су хим конденсатопроводом.
Перед пуском системы открывают вентиль на водопроводной ли нии и вода под давлением поступает в систему и заполняет ее до уровня / —/. Вентиль закрывают и начинают топить котел. Темпе ратура воды в котле поднимается, вода закипает. Пар из котла по главному стояку 1 поступает в магистральные паропроводы 2 , паровые стояки 3 и через ответвления 4 в нагревательные приборы 5, где конденсируется. Конденсат по ответвлениям 6 из приборов по ступает в конденсационный магистральный трубопровод 7 и из него в котел. Давление пара в котле со стороны конденсационной линии уравновешивается столбом воды h.
При давлении пара в котле 0,1 кг/см2 h = 1 м.
118
При стенании конденсата и£ горизонтальной конденсационной трубы в общий конденсационный стояк высота столба в последнем увеличивается, и часть конденсата выдавливается в котел. При пуске системы отопления воздух из нее вытесняется паром.
Воздух тяжелее пара, а поэтому он отводится через конденса ционную линию и воздушную трубу 10.
2
Рис. VI. 1. Система парового отопления низкого давления с верхней разводкой, с непосредственным возвратом конденсата в котел, с су хим конденсатопроводом
Точка присоединения воздушной трубы к конденсационному трубопроводу должна быть выше уровня воды в общем конденса ционном стояке на 200—250 мм.
Перед нагревательными приборами для регулирования коли чества пара, поступающего в приборы, устанавливают вентили 8.
Рис. VI. 2. Система паро вого отопления низкого давления с нижней развод кой
1 —распределительная паровая
магистраль; 2 —паровые |
стоя |
||
ки; 3 |
—нагревательные |
при |
|
боры; |
4 —конденсационные |
||
стояки; |
5 —сборная |
конденса |
|
ционная магистраль; |
6 —котел; |
7 — гидравлический затвор
Для того чтобы при регулировании убедиться, что пар не поступает из приборов в конденсатопровод, а полностью в них конденсирует ся, на ответвлениях от приборов рекомендуется устанавливать тройники 9 с пробкой.
На рис. VI.2 приведена система парового отопления низкого давления, с нижней разводкой, двухтрубная, тупиковая, замкнутая,
119
с непосредственным возвратом конденсата в котел, с сухим конденсатопроводом. Эта система работает аналогично системе с верхней разводкой. Пар из паровой распределительной магистрали поступает в паровые стояки снизу вверх и через ответвления —в нагреватель ные приборы. Конденсат по конденсационным стоякам и сборной конденсационной маги
страли стекает в котел.
Паровая магистраль прокладывается с уклоном 0,01—0,005 в сторону движения пара. Это делается для того, чтобы избежать возникновения шума, а также для того, чтобы обеспечить стекание конденсата по направле нию движения пара. Из конечной точки А конденсат отводится через петлю (рис. VI.3 ), представляющую собой гидравлический зат вор, не позволяющий пару проникнуть в кон денсационную магистраль.
При установившемся состоянии высота стояния воды в левой части петли соответст вует величине давления пара в точке Л, и сколько конденсата поступает в правую часть петли, столько переливается в конденса
ционную магистраль. Последняя прокладывается с уклоном 0,01—0,005 в направлении к котлу. Скорости движения пара в подъемных стояках не должны превышать 0,10—0,14 м/сек. При больших скоростях пар под хватывает образующийся в стояках конденсат, в связи с чем создаются шум и гидрав лические удары.
На рис. VI.4 приведена система парового отопления низкого давления со смешан ной разводкой (верхней и нижней), с непосредственным возвратом конденсата в ко тел, с сухим конденсатопроводом. Она может быть при менена при прокладке маги стрального паропровода над полом верхнего этажа, а так же над полом или под потол ком одного из средних эта жей здания.
Для обогрева больших помещений, не требующих индивидуаль ной регулировки теплоотдачи каждого прибора, применяются го ризонтальные паровые системы (рис. VI.5).
Непосредственный возврат конденсата в котел применяется при
120