10374

1.2.6Основные сведения о клапанах, применяемых в тепловых пунктах

Влюбом типе тепловых пунктов предусматривают размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляют:

- преобразование вида теплоносителя или его параметров; - контроль параметров теплоносителя; - учет тепловых потоков, расходов теплоносителя;

- регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты;

- защиту местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя; - заполнение и подпитку систем теплопотребления; - аккумулирование теплоты;

- водоподготовку для систем горячего водоснабжения.

Основными конструктивными элементами, осуществляющими указанные процессе,

являются клапаны.

Основной гидравлической характеристикой запорно-регулирующей арматуры является коэффициент местного сопротивления ξ. Находят ξ экспериментально как отношение потерянного полного давления на клапане к динамическому давлению в его условном входном сечении.

К гидравлическим характеристикам клапанов относят также пропускную способность. Ее определяют как объемный расход воды в м3/ч с плотностью 1000 кг/м3, проходящей через клапан при перепаде давления 105 Па (1 бар).

Для определения местных потерь давления ∆P, Па, в клапанах преобразуют формулу

расхода к площади условного проходного сечения и применяя единицы измерения [бар] для потерь давления, где:

ξ – коэффициент местного сопротивления; ρ – плотность воды, кг/м3;

KV – пропускная способность клапана, (м3/ч)/бар0,5; V – объемный расход воды, м3/ч.

Наиболее часто встречающиеся формулы для перевода значения KV:

Если параметр KV имеет индексацию KVS, то это означает, что клапан имеет максимально открытое состояние.

По физическому смыслу параметр KV является аналогом проводимости σ, (кг/ч)/Па-0,5; под проводимостью подразумевают физическую величину, количественно характеризующую способность элемента гидравлической системы пропускать воду при наличии на нем перепада давления. По проводимости находят гидравлические потери не только клапана, но и системы в

A – удельное динамическое давление на участке, Па/(кг/ч)2, A 6,25/108ρd 4 .

50

Внешний авторитет клапана Регулируемый участок системы – участок, на котором клапан вызывает изменение

давления теплоносителя. При проектировании теплового пункта таким участком может являться либо целиком система теплоснабжения, отопления, горячего водоснабжения, или отдельные ее части. Схематическое изображение регулируемого участка показано на рис. 1.44.

Рис. 1.44. Схема регулируемого участка: 1 – автоматический регулятор; 2 – ручной балансировочный клапан; 3 – объект регулирования; 4 – вход и выход теплоносителя

Автоматический регулятор – устройство, реагирующее на изменение регулируемого параметра объекта и автоматически управляющее процессами, выполняемыми для поддержания этого параметра в определенных пределах или для изменения его по определенному закону.

Авторитет регулирующего клапана – отношение потерь давления на максимально открытом регулирующем клапане ∆pVS к максимально возможному перепаду давления ∆p:

a pVS . Достичь а = 1 можно только при потерях давления на регулирующем клапане ∆pVS,

p

равных потерям давления на регулируемом участке p.

На практике такое решение реализуют двумя способами:

-стабилизируют давление на регулирующем клапане при помощи регулятора перепада давления;

-применяют комбинированный клапан, в корпусе которого конструктивно объединены регулирующий клапан и регулятор перепада давления.

Изменение внешних авторитетов клапанов можно проанализировать по графикам на рис.

1.45.Первым клапаном является терморегулятор на отопительном приборе. Потери давления на нем обозначены индексом «т». Вторым – главный ручной балансировочный клапан у насоса. Потери давления на нем обозначены индексом «v2»

График на рис. 1.45,а характеризует состояние гидравлических параметров системы отопления в расчетных условиях. При этом отсутствуют какие-либо дополнительные автоматические устройства обеспечения эффективной работы клапанов.

В процессе частичного закрывания терморегуляторов у отопительных приборов кривая 3 занимает положение кривой 4 на рис. 1.45,б. Возрастающие потери давления на регулируемом участке и потери давления на терморегуляторах ∆pт уменьшают соотношение между потерями давления ∆pv2 на балансировочном клапане и потерями давления ∆p на регулируемом участке. Следовательно, уменьшается внешний авторитет балансировочного клапана.

Учитывая, что терморегуляторы в процессе эксплуатации системы отопления не только закрываются, но и открываются относительно расчетного положения кривой 3, то может быть получен противоположный результат – увеличение внешнего авторитета балансировочного клапана. Таким образом, внешний авторитет балансировочного клапана является непостоянным, так как изменяется не только положение кривой 4, но и изменяется перепад давления на регулируемом участке. Максимальный перепад давления при этом может достигать напора насоса ∆pн, минимальный – будет характеризовать систему при полностью открытых терморегуляторах и находиться между точками пересечения кривых 3 и 2 с кривой 5. С практической точки зрения это означает, что довольно сложно ручным балансировочным клапаном, находящимся в тепловом пункте, наладить систему отопления с терморегуляторами, поскольку наладка требует длительного периода времени, а гидравлический режим системы будет изменяться.

51

параметров теплоносителя на стояках либо приборных ветках системы отопления. В этом случае автоматические регуляторы сбалансируют систему отопления, компенсируя своим сопротивлением излишнее давление насоса.

Насос является основным элементом водяной инженерной системы здания. Его работа полностью взаимосвязана со всем оборудованием системы, в том числе и запорно-регулирующей арматурой. От их совместной работы зависит эффективность функционирования всей системы. Особенно это касается систем с переменным гидравлическим режимом, где регулирование расходом теплоносителя приводит к изменению гидравлических и электрических параметров насоса.

Обеспечение эффективной работы системы решают не только производители запорнорегулирующей арматуры, но и производители насосов. Насосы постоянно совершенствуют, иногда воплощая функции запорно-регулирующей арматуры. Так, сегодня изготавливают насосы сдвоенными, с входом и выходом в одну линию, со встроенными с обеих сторон поворотными заслонками. Все это значительно упрощает узлы обвязки насосов. Современные насосы оснащают также электронными регуляторами, автоматически поддерживающими требуемое давление теплоносителя за ними, что позволяет отказаться от перепускных клапанов, улучшить работоспособность системы в целом и регулирующих клапанов в частности.

Некоторые насосы из обширного многообразия показаны на рис. 1.46. Каждый насос выполнен с конструктивными отличиями, но в то же время обладает общими закономерностями, которые следует учитывать при проектировании тепловых пунктов.

Рис. 1.46. Общий вид насосов: а – насосы с мокрым ротором, б – насосы с сухим ротором

53

1.3. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха

1.3.1. Свойства влажного воздуха

Параметры, характеризующие состояние влажного воздуха

Основной средой, которая обеспечивает создание требуемых климатических условий в помещении и подвергается различным видам обработки в системах вентиляции является влажный воздух. Комфортная (для людей или технологических процессов) обстановка в помещении во многом зависит от параметров влажного воздуха.

Воздух рассматривают как смесь сухих газов приблизительно постоянного состава с переменным количеством водяного пара. Такая двухкомпонентная смесь сухих газов и водяного пара называется влажным воздухом.

Таблица 1.3

Примерный состав влажного воздуха

Основными физическими параметрами воздуха, характеризующими его состояние, а также закономерности перехода из одного состояния в другое, являются температура t, оС; давление P, Па; плотность ρ, кг/м3, и удельный объем γ, м3/кг; абсолютная, кг/м3, и относительная влажность φ, %; влагосодержание d, г/кг сух.в.; теплоемкость с, кДж/(кг оС); энтальпия I , кДж/кг.

Температура. Единицей измерения температуры в системе СИ (по термодинамической шкале температур) является «градус Кельвина», К. Допускается использование единицы

Давление. Единицей измерения давления в Международной системе единиц является Паскаль, Па (1 Па = Н/м2 = кг/(м·с2).

В практических расчетах атмосферный воздух рассматривают как смесь сухой части и водяных паров.

Согласно закону Дальтона атмосферное (барометрическое) давление может быть

Влажный воздух при атмосферном давлении принято считать по своим свойствам близким к «идеальному газу». В практических расчетах к влажному воздуху применяют

54

где: Pв.в – давление влажного воздуха, равное атмосферному давлению;

Gс.в, Gв.п, Gв.в. – масса сухой части, водяного пара и влажного воздуха, соответственно, кг;

Rс.в, Rв.п., Rв.в. – газовая постоянная сухой части (Rс.в. =287 Дж/(кг К)), водяного пара (Rв.п. = 461

Если воздух абсолютно сухой, то его парциальное давление Рс.в. = Рб.

Тогда, зная газовую постоянную Rс.в. = 287 Дж/(кг К), определим ρс.в. = Рб / 287 T. При давлении 760 мм рт. ст. (101325 Па) ρс.в. = 101325 / 287 T ≈ 353 / T.

Для водяного пара (Rв.п. = 461 Дж/(кг К) ρв.п. = 101325 / 461 T ≈ 219 / T.

Для влажного воздуха плотность определится как для смеси сухого воздуха и водяного

пара:

Из приведенного расчета следует вывод - плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха.

При обычных условиях в помещении парциальное давление водяного пара незначительно, второе слагаемое в выражении (1.6) незначительно и, поэтому, в инженерных расчетах принимают:

ρв.в. = ρс.в. = 353 / T.

Влагосодержание воздуха – масса водяного пара в килограммах, приходящегося на 1 кг сухого воздуха в составе влажного воздуха:

где принята следующая подстановка Рс.в. = Рб – Рв.п..

Выражение (1.7) неудобно использовать в практических целях из-за малых величин d, поэтому чаще применяют зависимость, где единицей измерения является г/кг сух.возд.:

Относительная влажность воздуха – величина, характеризующая степень насыщенности воздуха водяными парами по отношению:

55

где Рв.п. – парциальное давление водяного пара при заданных условиях, Па; Рп.н. – то же в состоянии полного насыщения, Па.

Для графического изображения состояния влажного воздуха применяют I-d – диаграмму влажного воздуха, где выделяют три стадии влажностного состояния воздуха, представленные на рис.

1.47.

Рис. 1.47. Основные стадии влажного воздуха при изображении на I-d – диаграмму

При относительной влажности φ = 100 % воздух полностью насыщен водяными парами («насыщенный влажный воздух»). Водяные пары находятся в насыщенном состоянии.

При φ < 100 % водяные пары находятся в воздухе в перегретом состоянии, а воздух называют «насыщенным влажным воздухом».

На основе понятия относительной влажности можно представить следующее выражение влагосодержания:

В практической деятельности значения теплоемкости сухого воздуха сс.в. и водяного пара св.п. в интервалах температур 0…200 °С принято считать постоянными величинами и, соответственно,

равными: сс.в. = 1,005 кДж/(кг∙ºС) и св.п. = 1,8 кДж/(кг∙ºС).

Под энтальпией понимают количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг воздуха, чтобы изменить его температуру от 0 ºС до заданного значения.

Принято считать, что при 0 ºС энтальпия сухого воздуха равна 0, т. е. Iс.в.= 0, тогда при

В развернутом виде уравнение энтальпии влажного воздуха имеет вид:

После подстановки цифровых значений теплоемкости сухого воздуха, теплоемкости водяного пара и скрытой теплоты парообразования получаем

56

Первое слагаемое (1,005 t) представляет собой явную теплоту, а второе (2500+1,8 t) d /

1000 – скрытую теплоту.

1.3.2. I-d–диаграмма влажного воздуха

I-d–диаграмма влажного воздуха применяется для выполнения графо-аналитических расчетов различных систем – вентиляции, кондиционирования воздуха, сушильных установок и др., где происходит изменение температурно-влажностного состояния обрабатываемого воздуха.

Диаграмма разработана профессором Л.К. Рамзиным. В основу диаграммы положены следующие зависимости:

I-d-диаграмма представляет собой графическую взаимосвязь основных параметров влажного воздуха: I, d, t, φ, Рп при определенном значении атмосферного давления Рб.

I-d-диаграмма изображается в косоугольной системе координат с уклоном оси абсцисс на

135° (рис. 1.48).

Косоугольная система координат имеет следующие преимущества:

-не накладываются изолинии t = const и I = const;

-увеличивается область ненасыщенного влажного воздуха и упрощается построение процессов.

По известным двум любым параметрам I-d-диаграмма позволяет определить все остальные, как производные от исходных.

Преобразуя формулу (1.16), запишем выражение для энтальпии точки 1:

Как видно из рис.1.48 энтальпия точки 1 будет складываться из трех отрезков:

1)отрезок 2,5d1 представляет собой расстояние от наклонной оси абсцисс до горизонтальной линии, выходящей из начала координат;

2)отрезок 1,005t1 представляет собой расстояние от горизонтальной линии, выходящей из начала координат, до горизонтальной линии, выходящей из значения t1 по оси ординат;

3)отрезок 1,8·10-3t1d1 представляет собой расстояние от горизонтальной линии, выходящей из t1 до луча t1=const.

Последнее слагаемое в формуле (1.17) и определяет непараллельность линий t = const, особенно эта непараллельность заметна в верхней части диаграммы при высоких температурах.

Примерное изображение линий на диаграмме показано на рис.1.49.

Положение линий φ = const определяется из зависимости (1.9). Для этого находят значения парциальных давлений водяного пара в состоянии насыщения в зависимости от температуры по экспериментальным «таблицам свойств воды и водяного пара», например [26]. Вертикальные линии на диаграмме соответствуют d = const.

В нижней части диаграммы имеется переводная наклонная линия («кривая парциальных давлений водяного пара»), с помощью которой определяются значения парциальных давлений водяного пара. Для этого линию d = const продолжают вниз до пересечения с переводной линией

идалее вправо по горизонтали до пересечения с вертикальной осью Pп, Па, по которой определяется парциальное давление водяного пара.

57