8757

присоединении. При установке насосных подстанций напор циркуляционного насоса источника тепла снижается до 140 м, а максимальный напор в начале сети до 130 м, т. е. до допустимого. При этом снижение напора в. подающем трубопроводе между источником тепла и насосной подстанцией не вызывает недопустимого снижения напора в концевой части сети. Подкачивающие насосы повышают в этой зоне напор с 80 до 120 м. В результате такого решения напор в подающем трубопроводе изменяется в пределах от 80 до 130 м.

Рис. 1.10. Пьезометрический график тепловой сети большой протяженности

1 — источник тепла;2 — место расположения подкачивающих насосов на подающем и обратном теплопроводах; 3

— концевой абонент; S — S — линия полного статического напора; Hн, Hп.н, Hн.п, Hн.о — напоры, развиваемые насосами: сетевым, подпиточным, подкачивающим на подающей линии, подкачивающим на обратной линии; Hзд — высота зданий.

Подстанция на обратной линии снижает давление в концевой части сети между подстанцией и абонентом 3. В этой зоне напор в обратной линии не превышает допустимой величины в 60 м.

Таким образом, в результате установки подкачивающих насосных подстанций на тепловой сети большой протяженности удается выдержать расположение пьезометрических линий как в подающем, так и в обратном

31

трубопроводах в допустимых границах при сохранении экономически обоснованного удельного падения давления.

В случае понижения рельефа местности от источника тепла существенно возрастает давление в обратной линии периферийной зоны района, и оно может выйти за допустимые границы. Для снижения давления в этой части обратной линии на ней устанавливают подкачивающую насосную подстанцию. Такой случай показан на рис. 8.11. Если не устанавливать насосной подстанции на обратной линии, тогда напор у концевого абонента 3 будет равен 60 + 30 = 90 м, что не позволит осуществить зависимое присоединение. Пьезометрические линии подающего и обратного теплопроводов для системы без подкачивающей подстанции при развиваемом циркуляционным насосом напоре 130 + 30=160 м показаны на рис. 8.11 пунктиром. Максимальный напор в подающей линии оказывается равным 140+30=170 м, т. е. превышает допустимый (160 м). В результате установки на обратном теплопроводе подкачивающих насосов пьезометрическая линия подающего теплопровода эквидистантно опускается на 30 м, а давление в обратном теплопроводе между насосной подстанцией и концевым абонентом оказывается в зоне допустимых значений.

Рис. 1.11. Пьезометрический график тепловой сети при понижающемся от источника тепла рельефе местности

1 — источник тепла, 2— место расположения подкачивающего иасоса на обратном теплопроводе; 3 — концевой абонент, S — S — линия полного статического напора, Hн, Hп.н, Hн.п, Hн.о — напоры, развиваемые сетевым, подпиточным и подкачивающим насосом на обратной линии.

32

Если понижение рельефа местности от источника тепла значительно, тогда может возникнуть такая ситуация, когда будет необходимо разделить систему на две статические зоны: верхнюю вблизи источника и нижнюю на периферии. Такой случай показан на рис. 8.12. Чтобы снизить давление в обратной линии в концевой части магистрали в точке М установлена насосная подкачивающая подстанция. Насосы развивают напор в 40 м. Это позволяет снизить напор, развиваемый сетевыми насосами, до 85 м и соответственно снизить давление в подающей линии.

Рис. 1 12. Пьезометрический график тепловой сети при значительно снижающемся рельефе местности от источника тепла и разделении системы на две статические зоны

а ) — пьезометрический график, б) —принципиальная схема системы теплоснабжения; I —I V — абоненты; S1—S1

— линия полного статического напора в верхней зоне; S2 — S2 — линия полного статического напора в нижней зоне; 1 — автомат рассечки; 2 — подкачивающий насос; 3 — регулятор подпитки нижней зоны.

Тепловая сеть разделена на две статические зоны: верхнюю вблизи источника тепла с пьезометрическим напором в 50 м и нижнюю в периферийной части сети с пьезометрическим напором в 50 м. Для разделения сети при остановке насосов на две статические зоны на подающей линии установлен автомат рассечки, а на обратной линии — обратный клапан. При остановке насосов давление в трубопроводах начинает выравниваться и растет давление в обратном трубопроводе на участке от насосной

33

подстанции до концевой точки IV. Рост давления передается по импульсной трубке к регулятору, управляющему клапаном рассечки, клапан закрывается и гидравлически разобщает подающую линию на две зоны. Переток воды из верхней зоны в нижнюю предотвращает обратный клапан, установленный на обратной линии. В результате при статическом режиме сеть будет разделена на две зоны с уровнями S1 — S1 и S2 — S2.

Поддержание статического уровня верхней зоны обеспечивает подпиточное устройство источника тепла. Поддержание статического уровня нижней зоны обеспечивает двухимпульсный дроссельный клапан 3. Основным импульсом является давление в обратной линии, разрешающим — давление в подающей линии нижней зоны.

ПЕРЕМЕННЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

Диаметры теплопроводов и оборудования тепловой сети должны быть подобраны так, чтобы при переменных гидравлических режимах во все тепловые пункты и абонентские системы подавались расходы воды в соответствии с их тепловыми нагрузками. Методы обеспечения требуемых гидравлических режимов зависят от того, автоматизирована система теплоснабжения или нет.

Если система теплоснабжения автоматизирована, тогда при переменных гидравлических режимах автоматические регуляторы давления, расхода и температуры обеспечивают подачу потребителям необходимого количества теплоносителя. При разработке гидравлического режима необходимо обеспечить лишь одно главное условие: располагаемые напоры перед абонентами и тепловыми пунктами в любом случае должны быть не менее необходимых из условия нормальной работы теплопотребляющих установок. Если располагаемые напоры оказываются больше минимально необходимых, тогда избыточный напор будет дросселироваться на клапанах регуляторов и потребители получат необходимое количество воды. Если же располагаемые напоры будут недостаточны, тогда клапаны регуляторов полностью откроются и регуляторы превратятся в постоянные гидравлические сопротивления. Регулирование подачей теплоносителя прекратится, и абоненты будут получать расходы воды в зависимости от соотношения гидравлических сопротивлений элементов тепловой сети, а не в зависимости от их тепловой нагрузки.

Если система теплоснабжения не автоматизирована, тогда потокораспределение в сети зависит только от ее 'Конфигурации, гидравлических сопротивлений элементов и условий питания. Закрытая тепловая сеть представляет собой замкнутую кольцевую систему, расходы воды в элементах которой определяются обычными методами расчета кольцевых

34

сетей. При включении в систему или выключении из нее отдельных потребителей, а также при изменении гидравлических сопротивлений потребителей в тепловой сети возникает разрегулировка, захватывающая всех потребителей системы. Это является следствием одного из основных свойств кольцевых сетей: изменение гидравлического сопротивления од- . ного из элементов сети влечет за собой перераспределение потоков во всей системе.

С позиций изучения гидравлического режима систему теплоснабжения следует разделить на две части: тепловые сети, по которым движется и распределяется теплоноситель, и абоненты. Каждая из этих частей характеризуется своим гидравлическим сопротивлением. Напор, развиваемый сетевым насосом, н расходуется на преодоление этих гидравлических сопротивлений (∆ сети и ∆аб). В зависимости от числа включенных в сеть абонентов расход воды в сети может изменяться от максимального до минимального. Соответственно и потери напора в сети будут изменяться от расчетных до минимальных. В предельном случае, когда все абоненты, за исключением одного, отключены от сети, расход воды по сети практически будет равен нулю. Таким образом, в пределе, если считать приближенно, что насос развивает постоянный напор ( н =

= const), располагаемый напор перед абонентами будет изменяться от

∆1 = ∆сети + ∆аб до ∆2 = ∆аб. Это приведет к соответствующему изменению расхода воды у абонентов, т. е. разрегулированию системы.

Очевидно, что чем меньше ∆сети по сравнению с ∆аб, тем меньше разрегулирование системы, т. е. тем она более гидравлически устойчива.

Если потери напора в сети ничтожно малы, что возможно при очень больших диаметрах теплопроводов, тогда система будет обладать очень высокой гидравлической устойчивостью. Однако такая система будет характеризоваться значительными капитальными вложениями, так как наиболее дорогая часть системы — тепловая сеть — выполняется с большими диаметрами. Повысить гидравлическую устойчивость системы можно путем увеличения напора сетевого насоса без изменения диаметров сети. Но в этом случае увеличится расход энергии на перекачку теплоносителя.

Следовательно, повышение гидравлической устойчивости системы теплоснабжения требует дополнительных затрат. Вместе с тем для неавтоматизированных систем повышение их гидравлической устойчивости является единственным эффективным средством, обеспечивающим требуемые гидравлические режимы при переменных условиях работы, а, следовательно, и подачу потребителям расходов воды в соответствии с их тепловыми нагрузками.

35

Количественно гидравлическую устойчивость системы оценивают коэффициентом гидравлической устойчивости:

где ∆аб — потери напора в абонентской системе, включая потери в соплах элеваторов и дроссельных диафрагмах; ∆сети — потери напора в тепловой сети; н — напор, развиваемый сетевым насосом.

Максимальное разрегулирование системы характеризуется максимальным изменением расхода воды у потребителей, т. е. отношением

где G x — расход воды у потребителя при разрегулировании системы; Gp — расчетный расход воды у потребителя.

Максимальное разрегулирование будет соответствовать предельному режиму, когда в системе включен один потребитель. В этом случае ∆ сети ≈ 0 и располагаемый напор у потребителя будет равен напору сетевого насоса ∆ аб ≈ ∆ н. Расход у абонента пропорционален корню квадратному из располагаемого напора, следовательно:

Если при любых режимах гидравлическое разрегулирование отсутствует, тогда при всех режимах х = 1, а это возможно лишь при К=1. Следовательно, для идеализированной абсолютно гидравлически устойчивой системы, когда ∆ сети равно 0, коэффициент гидравлической устойчивости равен единице.

ПЕРЕМЕННЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Главная особенность переменного гидравлического режима открытых систем теплоснабжения состоит в том, что при водоразборе по элементам контура тепловой сети движется неодинаковое количество воды. Представим укрупненно, что основной циркуляционный контур системы теплоснабжения состоит из насоса, подающей линии, абонентского узла и обратной линии, которые имеют соответствующие гидравлические сопротивления. В зависимости от сезона в этих элементах будут неодинаковые расходы. Действительно, в период низких наружных температур (близких к расчетной) температура обратной воды после системы отопления будет больше 65°С. В этот период вода для горячего водоснабжения будет отбираться только из обратной линии после системы отопления. При этом по подающей линии достаточно подавать лишь

36

отопительный расход, по обратной линии будет идти отопительный расход минус расход на горячее водоснабжение.

Вотносительно теплый период, когда наружная температура превышает 3—4°С, температура воды в подающей линии поддерживается равной 65°С и отбор воды на горячее водоснабжение осуществляется только из подающей линии до системы отопления. При таком режиме по подающей линии подается расход как на отопление, так и на горячее водоснабжение, а по обратной возвращается только расход, прошедший систему отопления.

Впериод между этими крайними режимами вода отбирается как из подающей, так и из обратной линий. Соотношение количеств воды, отбираемых из подающей и обратной линий, устанавливается регулирующим клапаном смешения (РКС), работой которого управляет гидравлический регулятор температуры, поддерживающий заданную температуру смешанной воды.

Таким образом, соотношение расходов воды, движущейся по последовательно соединенным элементам циркуляционного контура открытой системы теплоснабжения, непрерывно изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, что, как уже отмечалось, и составляет главную особенность ее переменных гидравлических режимов.

Рассмотрим подробнее переменный гидравлический режим открытой системы теплоснабжения без регуляторов расхода.

Для возможности осуществления в открытых системах теплоснабже-

ния без регуляторов расхода центрального регулирования необходимо, чтобы степень изменения расхода воды, протекающей через системы отопления, для всех абонентов была одинаковой. С известными допущениями можно считать, что такого положения добиваются, устанавливая для всех абонентов полные напоры в подающей и обратной линиях перед узлами присоединения одинаковыми. В таком случае будут одинаковыми и располагаемые напоры перед всеми абонентами. Этого достигают установкой специально рассчитанных диафрагм на абонентских вводах. Такое регулирование осуществляют при чисто отопительной нагрузке (рис. 8.13). Принятый расчетный гидравлический режим обеспечивает одинаковую гидравлическую устойчивость для всех абонентов. В связи с этим и при переменных гидравлических режимах их разрегулирование будет также примерно одинаковым. Если гидравлическая устойчивость абонентов различная (перед ними различные располагаемые напоры), тогда при изменении расхода воды в тепловой сети гидравлическое разрегулирование у отдельных абонентов будет также различным. Относительное изменение расхода теплоносителя у абонентов с большой гидрав-

37

лической устойчивостью будет меньше, чем у абонентов с малой гидравлической устойчивостью.

Рис. 1.13. Пьезометрический график открытой системы теплоснабжения с постоянными располагаемыми напорами перед абонентами ∆ аб = const

∆ д ,∆ д , ∆ д — напоры, срабатываемые в диафрагмах перед абонентами I , I I , I I I .

С началом водоразбора при постоянном напоре сетевого насоса расход воды в магистралях изменяется, изменяются располагаемые напоры перед абонентами и расходы воды на отопление. Если предположить, что режим водоразбора у всех потребителей в течение суток изменяется одинаково, тогда и изменение подачи воды во все системы отопления будет также одинаковым. В реальных условиях режим потребления горячей воды у абонентов не совпадает, что приводит к различному изменению подачи воды для отопления зданий. В результате возникает некоторый разброс в разрегулировании отопительных систем. Вместе с тем с известным приближением можно вести расчет по осредненному значению изменения расхода воды на отопление, которое рассматривается как представительная величина для всех абонентов.

На рис. 1.14 показан пьезометрический график и схема открытой системы теплоснабжения без регуляторов расхода. На абонентском вводе установлены диафрагмы Д (на подающей и обратной линиях), на которых

38

срабатываются напоры ∆Дп, ∆До. Диафрагмы рассчитаны так, чтобы полные напоры как в подающей линии п, так и в обратной о были одинаковыми для всех абонентов, тогда будут одинаковыми и все располагаемые напоры ∆аб. Режимы всех остальных абонентов (на рисунке они не показаны) отрегулированы аналогично. Расчетному режиму соответствует пьезометрическая линия 1, когда отсутствует водоразбор и по магистралям подается только отопительный расход. Располагаемый напор перед элеватором эл (практически равный ∆аб) срабатывается при истечении теплоносителя из его сопла. Элеватор создает избыточный напор, равный потерям напора в системе отопления

∆сист.

Рис. 1.14. Пьезометрический график (а) и схема (б) открытой системы теплоснабжения без регуляторов расхода (напор сетевого насоса переменный)

1 — пьезометрические линии, соответствующие первоначальной регулировке системы при чисто отопительной нагрузке; 2 — пьезометрические линии при водоразборе только из подающего теплопровода (а=1); 3 — то же, только из обратного теплопровода при Vг.в = Vот; 4 — уровень напора при опорожнении местных систем;

∆ аб,∆ эл — располагаемые напоры перед абонентами и элеваторами, ∆ сист,∆ РД, ∆ РКС, ∆ Д — потери

напора в системе отопления, на клапанах Р Д и Р К С и на дроссельной диафрагме Д (подпиточное устройство на рисунке условно не показано).

Рассмотрим пьезометрические линии, соответствующие крайним режимам: водоразбору только из подающей линии и водоразбору только из обратной линии. Будем предполагать, что напор циркуляционного насоса изменяется так, чтобы располагаемый напор перед абонентами сохранялся неизменным, равным ∆аб.

При первом крайнем режиме водоразбор осуществляется только из подающего теплопровода [ = г.в.п/(г.в.п + г.в.о) = 1], поэтому по нему идет расход, равный г.в + от. Соответственно возрастают гидравлические

39

потери и на величину этих потерь следует повысить напор насоса. Этому режиму соответствуют линии 2. Напор насоса изменяется с н1 до н2. Горячая вода отбирается через регулятор РКС, на открытом клапане которого срабатывается напор ∆РКС2. Напор в системе горячего водоснабжения равен ∆г.в2. По обратному теплопроводу движется отопительный расход.

При водоразборе только из обратной линии (а = 0) по подающей линии идет лишь отопительный расход. Расход воды в обратном теплопроводе уменьшается, и пьезометрическая линия делается положе. Для предотвращения недопустимого снижения напора в обратной линии и опорожнения местных систем установлен клапан подпора РД. В предельном режиме, когда г.в = от, клапан РД закрыт, давление в местных системах обеспечивает их заполнение, движение воды в обратном теплопроводе прекращается, пьезометрическая линия занимает горизонтальное положение, напор в системе горячего водоснабжения равен г3. Этот режим показан линиями 3. Для сохранения в этом режиме постоянного располагаемого напора перед абонентами ∆аб напор насоса должен быть уменьшен до н3. При дальнейшем увеличении водоразбора, когда г.в >от, начнет падать уровень воды в системе и произойдет нарушение работы.

При водоразборе как из подающего, так и из обратного теплопроводов пьезометрические линии будут занимать промежуточные положения, а требуемый напор насоса н будет изменяться от н2 до н3. И в промежуточных режимах при (1 — а) г.в > от произойдет опорожнение и нарушение работы местных систем.

На рис. 8.15 показана условная схема открытой системы теплоснабжения, изображенная таким образом, чтобы наиболее ярко подчеркнуть ее гидравлические характеристики и изменение движения воды по ее элементам. Источник тепла представлен насосом Н, подающий и обратный теплопроводы, а также система отопления изображены гидравлическими сопротивлениями Sп , Sо , Sа б . Система открытого водоразбора отражена переменными сопротивлениями клапана РКС и сопротивлением водоразборной арматуры. Так как вода при водоразборе свободно изливается в атмосферу, для получения гидравлически замкнутой системы вводим фиктивный насос ФН. Такая схема позволяет рассчитать любой гидравлический режим, а также по известному водоразбору определить гидравлическое сопротивление циркуляционного контура, проходящего через клапан РКС, или по его сопротивлению определить водоразбор.

40