Смесительная установка

Смесительная установка (смесительный насос или водоструйный элеватор) применяется в местной системе отопления для понижения температуры воды в наружном подающем теплопроводе до температуры, допустимой в системе, t_г. Понижение температуры происходит при смешении высокотемпературной воды t₁ с обратной (охлажденной) водой t₀ местной системы отопления.

Смесительная установка используется не только для понижения температуры, но и для местного регулирования теплопередачи отопительных приборов, дополняющего центральное регулирование на тепловой станции.

Смесительный насос 1 можно устанавливать на перемычке Б-А между обратной и подающей магистралями и на обратной или подающей магистрали местной системы отопления.

Смесительный насос на перемычке действует в более благоприятных температурных условиях (при температуре t₀) и перемещает меньшее количество воды, чем насос на обратной или подающей магистрали:

Принципиальная схема смесительной установки с насосом

а — на перемычке; б — на подающей магистрали; 1 — смесительный насос, 2 — регулятор температуры, 3 — регулятор расхода воды в системе отопления.

Количество высокотемпературной воды G₁, кг/ч, при тепловой мощности системы отопления Q_с, Вт, определяется по формуле:

Высокотемпературная вода подается в точку смешения А под давлением в точке В наружного теплопровода, созданным центральным циркуляционным насосом на тепловой станции.

Поток охлажденной воды, возвращающейся из местной системы отопления, делится в точке Б на два: первый в количестве G₀ направляется ко всасывающему патрубку смесительного насоса, второй в количестве G₁ — в наружный обратный теплопровод.

Смесительный насос подает в точку смешения А воду, повышая ее давление до давления высокотемпературной воды. Таким образом, в точку А поступают два потока воды при равном давлении в результате действия двух различных насосов — центрального и местного, включенных параллельно.

Отношение двух потоков воды

носит название коэффициента смешения. Коэффициент смешения может быть выражен через температуру воды.

Для водо-водяной смесительной установки коэффициент смешения редко бывает больше трех. Например, при температуре воды t₁=150°, t_г=95° и t_о=70°С u=(150-95):(95-70)=2,2. Это означает, что на каждую единицу высокотемпературной воды при смешении должно приходиться 2,2 единицы охлажденной.

Давление, развиваемое смесительным насосом на перемычке, ограничено: оно не может быть больше разности давления в точках В и Г наружных теплопроводов (иначе не будет обеспечено смешение в точке А). Это условие, в свою очередь, ограничивает (в этом недостаток установки смесительного насоса на перемычке) величину циркуляционного давления для местной системы отопления.

Смесительный насос на обратной или подающей магистрали перемещает всю воду, циркулирующую в системе [G_н=G_с], при температуре t₀ или t_г. Несмотря на эти недостатки — увеличение расхода и температуры воды (в подающей магистрали), — включение смесительного насоса в главную магистраль местной системы позволяет увеличить циркуляционное давление в ней до необходимой величины независимо от разности давления в наружных теплопроводах. В этом существенное преимущество такой схемы смесительной установки.

Условия смешения двух количеств воды G₁ и G₀ аналогичны рассмотренным для насоса на перемычке. В точку А поступают два потока воды при равном давлении также в результате действия двух насосов — центрального и местного — с той лишь разницей, что насосы включаются последовательно.

На рисунке показаны также регуляторы температуры 2 и расхода воды 3 для местного качественно-количественного регулирования этих параметров в течение отопительного сезона. Смесительных насосов, как и циркуляционных, устанавливают два с параллельным включением в теплопровод действует всегда один из насосов при другом резервном и сменном.

Смешение воды может осуществляться и без местного насоса; в этом случае смесительная установка оборудуется водоструйным элеватором.

Принципиальная схема водоструйного элеватора

1 — сопло, 2 — камера всасывания; 3 — смесительный конус; 4 — горловина, 5 — диффузор.

Водоструйный элеватор получил распространение как дешевый, простой и нетребовательный в эксплуатации аппарат. Благодаря своей конструкции он подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной водой и частично передает давление, создаваемое центральным насосом на тепловой станции, в местную систему отопления для усиления циркуляции воды.

Водоструйный элеватор состоит из конусообразного сопла 1, через которое со значительной скоростью вытекает высокотемпературная вода с температурой t1 в количестве G1, камеры всасывания 2, куда поступает охлажденная вода с температурой t0 в количестве G0; смесительного конуса 3 и горловины 4, где происходит смешение воды, и диффузора 5.

Вокруг струи воды, вытекающей из отверстия сопла, создается зона пониженного давления, благодаря чему охлажденная вода перемещается из обратной магистрали системы отопления в камеру всасывания. В горловине струя смешанной воды, двигаясь с меньшей, чем в отверстии сопла, но еще с высокой скоростью, обладает значительным запасом кинетической энергии. В диффузоре при постепенном увеличении площади его поперечного сечения кинетическая энергия преобразуется в потенциальную: по его длине гидродинамическое давление падает, а гидростатическое — нарастает. За счет разности гидростатического давления в конце диффузора и в камере всасывания элеватора создается давление для циркуляции воды в системе отопления.

Одним из недостатков водоструйного элеватора является его низкий коэффициент полезного действия (к. п. д.), который зависит от коэффициента смешения. Достигая наивысшего значения при малом коэффициенте смешения и особой форме камеры всасывания, к. п. д. стандартного элеватора практически при высокотемпературной воде не превышает 10%. Следовательно, в этом случае циркуляционное давление на вводе наружных теплопроводов в здание должно не менее чем в 10 раз превышать насосное циркуляционное давление Δpн для местной системы отопления. Это условие настолько ограничивает Δp_н, передаваемое через водоструйный элеватор в систему из наружной тепловой сети, что при использовании элеваторной смесительной установки и t_г≤95°С часто устанавливается верхний предел циркуляционного давления.

Δp_н=1,2*104 Па (1,2*10 3 кгс/м2).

Другим недостатком водоструйного элеватора является постоянство коэффициента смешения, исключающее местное качественное регулирование теплопередачи отопительных приборов. Понятно, что при постоянном соотношении в элеваторе между G₀ и G₁ температура t_г, с которой вода поступает в местную систему отопления, определяется уровнем температуры t₁, поддерживаемым на тепловой станции для системы теплоснабжения в целом, который может не соответствовать теплопотребности конкретного здания.

Водоструйные элеваторы различаются по диаметру горловины d_r. Для использования одного и того же корпуса элеватора при различных давлении и расходе воды сопло 1 делается сменным. Устанавливая сопло с различным диаметром отверстия, можно изменять общее количество воды G_с, поступающей из элеватора в систему отопления, при неизменном коэффициенте смешения.

Диаметр горловины, мм, водоструйного элеватора вычисляется по формуле:

где G_с — расход воды в системе отопления, т/ч;

Δp_н — насосное.давлейие, передаваемое через элеватор в систему отопления (при подставке в формулу выражается в м вод. ст.).

После выбора стандартного элеватора, имеющего диаметр горловины, ближайший к полученному по расчету, определяется диаметр сопла по следующей приближенной зависимости:

где u — коэффициент смешения.

При известном диаметре сопла находится разность давления в наружных теплопроводах на вводе в здание, выраженная в м вод. ст.:

где G₁ — расход высокотемпературной воды, т/ч;

d_с — диаметр сопла, см.

Из последней формулы видно, что вслед за изменением по какой-либо причине Δp₁ в наружной тепловой сети изменяется и G₁, а также G_с, связанный с G₁ через коэффициент смешения:

Как известно, изменение давления и расхода в процессе эксплуатации, не предусмотренное расчетом, вызывает тепловое разрегулирование системы отопления. Это нежелательное явление, возникающее в системе отопления, непосредственно соединенной с разветвленной сетью наружных теплопроводов, возможно и в системе с водоструйным элеватором.

Принципиальная схема местного теплового пункта системы отопления с водоструйным элеватором и ответвлениями к системам вентиляции и кондиционирования воздуха

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 устранения теплового разрегулирования системы отопления перед водоструйным элеватором 9, изображенным в схеме, устанавливают регулятор расхода 4. На этом же рисунке показаны основные контрольно-измерительные и другие приборы, характерные для местного теплового пункта здания, имеющего системы приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Для теплоснабжения этих систем используется высокотемпературная вода, отводимая до водоструйного элеватора.

Учитывая отмеченные недостатки водоструйного элеватора, предпочтительно использование насосной смесительной установки. Некоторое увеличение капитальных и эксплуатационных затрат, обусловленное применением смесительного насоса в системе отопления здания, компенсируется повышением теплового комфорта помещений и экономией топлива, расходуемого на отопление.

8.4. Смесительные установки систем водяного отопления

Смесительные установки (смесительные насосы или водоструйные элеваторы) применяют в системах отопления для понижения температуры воды, поступающей из наружных подающих теплопровода, до температуры, допустимой в системе t г . Понижение температуры происходит при смешении высокотемпературной воды t 1 с обратной (охлажденной до температуры t о ) водой местной системы отопления.

Высокотемпературная вода подается в точку смешения под давлением в наружном теплопроводе, созданным сетевым циркуляционным насосом на тепловой станции. Количество высокотемпературной воды G 1 при известной тепловой мощности системы отопления Q с будет тем меньше, чем выше температура t 1 :

G 1 = Q с / (с(t 1 – t о )) ,

где t 1 – температура воды в наружном подающем теплопроводе, о С.

Поток охлажденной воды, возвращающейся из местной системы отопления, делится на два: первый в количестве G о направляется к точке смешения, второй в количестве G 1 – в наружный обратный теплопровод. Соотношение масс двух смешиваемых потоков воды – охлажденной G о и высокотемпературной G 1 называют коэффициентом смешения:

Коэффициент смешения может быть выражен через температуру воды

и = G о / G 1 = (G с — G 1 )/ G 1 = (G с / G 1 ) – 1 = ((t 1 – t о )/(t г – t о )) – 1 =

= (t 1 – t г )/(t г – t о ) .

Например, при температуре воды t 1 = 150, t г = 95 и t о = 70 о С коэффициент смешения смесительной установки и = (150 – 95)/(95 – 70) = 2,2. Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной воды должно подмешиваться 2,2 единицы охлажденной воды.

Смешение происходит в результате совместного действия двух аппаратов: циркуляционного сетевого насоса на тепловой станции и смесительной установки (насоса или водоструйного элеватора) в отапливаемом здании.

Смесительный насос можно включать в перемычку Б-А между обратной и подающей магистралями (рис. 8.5, а ) в обратную (рис. 8.5, б ) или подающую магистраль (рис. 8.5, в ) системы отопления. На рисунке показаны регуляторы температуры и расхода воды для местного качественно-количественного регу-

лирования системы отопления в течение отопительного сезона.

Рис. 8.5. Схемы смесительной установки с насосом: а – насос на перемычке между магистралями; б – насос на обратной магистрали; в – насос на подающей магистрали; 1 – насос; 2 – регулятор температуры; 3 – регулятор расхода воды в системе отопления

Смесительный насос, включенный в перемычку, подает в точку смешения А воду, повышая ее давление до давления высокотемпературной воды. Таким образом, в точку смешения поступают два потока воды в результате действия двух различных насосов – сетевого (на теплоисточнике) и местного (смесительного), включенных параллельно. Насос на перемычке действует в благоприятных температурных условиях (при температуре t о ≤ 70 о С) и перемещает меньшее количество воды, чем насос на обратной или подающей магистрали

G н = G о , где G о = G с – G 1 .

Водоструйный элеватор получил распространение как дешевый, простой и надежный в эксплуатации аппарат. Он сконструирован так, что подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной водой и передает часть давления, создаваемого сетевым насосом на тепловой станции, в систему отопления для обеспечения циркуляции воды.

Водоструйный элеватор (рис. 8.6) состоит из конусообразного сопла, через которое со значительной скоростью протекает высокотемпературная вода при температуре t 1 в количестве G 1 , камеры всасывания, куда поступает охлажденная вода при температуре t о в количестве G о , смесительного конуса и горловины, где происходит смешение и выравнивание скорости движения воды, и диффузора

Рис. 8.6. Водоструйный элеватор: 1 – сопло; 2 – камера всасывания; 3 – конус; 4 – горловина; 5 — диффузор

Вокруг струи воды, вытекающей из отверстия сопла с высокой скоростью, создается зона пониженного гидростатического давления, благодаря чему охлажденная вода перемещается из обратной магистрали системы в камеру всасывания. В горловине струя смешанной воды двигается с меньшей, чем в отверстии сопла, но еще со значительной скоростью. В диффузоре при постепенном увеличении площади поперечного сечения по его длине гидродинамическое (скоростное) давление падает, а гидростатическое – нарастает. За счет разности гидростатического давления в конце диффузора и в камере всасывания элеватора создается циркуляционное давление, необходимое для действия системы отопления.

Одним из недостатков водоструйного элеватора является низкий КПД.

Полное КПД элеватора достигая наивысшего значения (43%) при малом коэффициенте смешения и особой форме камеры всасывания, статический КПД стандартного элеватора при высокотемпературной воде не превышает 10%. Следовательно, в этом случае разность давления в наружных теплопроводах на вводе в здание должна не менее, чем в 10 раз превышать циркуляционное давление р н , необходимое для циркуляции воды в системе отопления. Это условие значительно ограничивает давление, передаваемое водоструйным элеватором в систему из наружной тепловой сети.

Еще один недостаток элеватора – постоянство коэффициента смешения, исключающее местное качественное регулирование (изменение температуры t г ) системы отопления. Понятно, что при постоянном соотношении в элеваторе между G о и G 1 температура t г , с которой вода поступает в систему отопления, определяется уровнем температура t 1 , поддерживаемым на тепловой станции для всей системы теплоснабжения, и может не соответствовать теплопотребности конкретного здания.

Водоструйные элеваторы различаются по диаметру горловины d г (например, элеватор № 1 имеет d г = 15 мм, № 2 – 20 мм). Для использования одного и того же корпуса элеватора при различных давлении и расходе воды сопло (рис. 8.6) делают сменным.

Диаметр горловины водоструйного элеватора d г , см, вычисляют по форму-

d г =1,55 G с 0,5 / р н 0,25 ,

где G с – расход воды в системе отопления, т/ч;

р н – насосное циркуляционное давление для системы, кПа.

Например, для подачи в систему отопления 16 т/ч воды при циркуляционном давлении 9 кПа потребуется элеватор с d г = 1,55 4/1,73 = 3,6 см.

После выбора стандартного элеватора, имеющего диаметр горловины, ближайший к полученному по расчету, определяют диаметр сопла d с , см, по формуле, приведенной в справочниках, или исходя из приблизительной зависимости

При известном диаметре сопла d с , см, находят необходимую для действия элеватора разность давления в наружных теплопроводах при вводе их в здание

р т = 6,3 G 1 2 /d с 4 ,

где G 1 — расход высокотемпературной воды, т/ч.

Из последней формулы видно, что вслед за изменением по какой-либо причине р т в наружных теплопроводах изменяется и расход G 1 , а также расход воды в системе G с , связанный с расходом G 1 через коэффициент смешения элеватора и :

Изменение давления и расхода в процессе эксплуатации, не предусмотренное расчетом, вызывает разрегулирование системы отопления, т.е. неравномерную теплоотдачу отдельных отопительных приборов. Для его устранения перед

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.