Конденсационные котлы
..pdfОсновными аспектами, которые характеризуют работу центробежного насоса,
являются его технические характеристики (производительность Q, высота напора Н,
частота вращения n, и NPSH); условия транспортировки жидкости; требования,
предъявляемые местом установки насоса, а также действующие законы и нормы.
Наиболее очевидными конструктивными характеристиками насоса являются:
-число стадий (моностадийный / многостадийный);
-расположение вала (горизонтальное / вертикальное);
-корпус насоса (радиальный, спиральный/аксиальный = трубообразный)
-число входных отверстий на турбину (одно или два)
-тип двигателя (погружной или нет)
Дополнительные характеристики центробежного насоса, которые полезно знать:
-тип установки;
-номинальный диаметр (зависимость размера от производительности насоса);
-номинальное давление (для определения толщины стенок корпуса и фланцев);
-температура (например, для охлаждения уплотнения вала);
-тип перекачиваемой жидкости (агрессивная, токсичная, с абразивными частицами);
-тип турбины (радиальный/аксиальный, в зависимости от требований к скорости вращения);
-способность к автоматическому заполнению.
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Для понимания принципов работы центробежного насоса необходимо предварительно определить понятия производительности Q и напора H.
Под производительностью понимают полезный объем перекачиваемой жидкости через нагнетательный патрубок насоса. Производительность обычно измеряют в м3/с.
Производительность прямо пропорциональна скорости вращения турбины.
Под напором понимают полезную механическую работу (измеряется в Н·м или миллиметрах водяного столба), отнесенную к весу перекачиваемой насосом жидкости.
Эта величина пропорциональна квадрату скорости вращения турбины и не зависит от плотности жидкости. Уравнение, которое описывает работу насоса:
gH = cu2u2 − cu1u1 = cu2u2
На диаграмме показаны в графическом виде значения данных величин.
Мощность ( Pp ) в Квт, которая передается жидкости выражается следующим уравнением:
Pp = QρgH
1000
Мощность, потребляемая электродвигателем, определяется по уравнению:
Pa = |
|
Pp |
= |
Pp |
|
|
η , где |
||
η0ηhηυ |
η0 , ηh , ηυ - соответственно механический, гидравлический и объемный КПД насоса.
Еще одним важным параметром, который необходимо рассмотреть, является высота столба жидкости над всасывающим патрубком насоса (NPSH). Различают имеющуюся
(NPSHD) и требуемую (NPSHR) высоты столба жидкости над всасывающим патрубком насоса.
Величина NPSHD представляет собой разницу давлений, которая существует между полным давлением в середине всасывающего патрубка и давлением пара pD
(давление насыщения), измеренную в метрах, как разница пьезометрической высоты.
Эта величина может быть критерием, характеризующим испарение в данной секции, и
определяется параметрами установки и свойствами передаваемой жидкости.
На диаграмме, приведенной ниже, показана зависимость давления паров различных жидкостей от температуры.
NPSHD изменяется в зависимости от того, где установлен насос – на входе или на выходе (aspirazione o sottobattente). При уменьшении давления начинают образовываться маленькие кавитационные пузырьки, которые оказывают существенное влияние на гидравлические характеристики насоса. На практике важно,
прежде всего из экономических соображений, учитывать эффект кавитации. Обычно признают допустимым падение напора до 3% из-за кавитации. При невозможности выполнить данное условие, необходимо за минимальное значение NPSH (в метрах)
принять NPSHR. Следовательно, при работе должно соблюдаться условие:
NPSHD > NPSHR,
которое проиллюстрировано на графике.
без кавитации
Первые кавитационные пузыки
Значение NPSHD показывает минимальное давление, которое должно быть на входном патрубке насоса для предотвращения кавитации. Оно зависит от вида насоса и может быть рассчитано по следующему уравнению:
NPSHR = |
c2 |
(1+ λ ) + |
w2 |
λ , |
|
m1 |
1 |
||||
2g |
|||||
|
m |
2g |
w |
где 0,2 < λm < 0,4 и 0,1 < λw < 0,5.
Эти два значения NPSH, как уже было сказано, связаны с размером установки и типом насоса. Они рассчитываются на стадии проектирования, и их изменение приводит к существенным затратам на модификацию установки и замену насоса. Поэтому эти данные важно знать еще на этапе принятия решения.
Обычно все характеристики работы насоса показаны на специальных графиках,
которые называются характеристическими кривыми насоса. Эти графики являются очень полезным справочным материалом для конструктора в процессе проектирования. Характеристические кривые графически иллюстрируют соотношения между напором, производительностью и NPSHR в зависимости от расхода передаваемой жидкости. На следующих графиках приведены два вида кривых, первые
являются функцией частоты вращения турбины насоса, вторые – мощности насоса
(для одного типа насосов).
hu, (м водяного столба
Кривые изменения частоты вращения турбины насоса
|
n = 1170 об/мин = 19,5 об/сек |
м водяного столба |
(м водяного столба |
h |
NPSH |
( , |
|
u |
|
Кривые для одного типа насосов
Характеристические кривые позволяют графически определить оптимальные условия работы насоса.
Как хорошо видно на следующем графике, существует зона, где КПД достигает максимального значения от 60 до 70%. Очевидно, что именно в этой зоне и должен работать насос.
H |
Оптимальная |
, |
рабочая |
Напор |
зона |
|
Производительность, G
Характеристическая кривая электрического насоса
Кривая КПД
КПД
До сих пор мы рассматривали насос сам по себе, но понятно, что его на его работу,
несомненно, оказывают влияние характеристики всей установки. Поэтому сейчас необходимо рассмотреть характеристическую кривую насоса (которая имеется у конструктора) совместно с кривой потерь давления установки (которая рассчитывается в зависимости от входящих в ее состав компонентов). Точка пересечения этих двух кривых называется рабочей точкой, и она должна находиться в зоне оптимальной работы.
Напор, H
Характеристическая кривая электрического насоса
1 Теоретическая точка работы насоса
2 Реальная точка работы насоса
Изменение
напора
Кривая
сопротивления
контура
Изменение
производительности
Производительность, G
1.Гидравлический разделитель
Втрадиционном отопительном оборудовании вторичные контуры начинаются от общего магистрального трубопровода, являющегося главным первичным контуром генератора тепла.
Вэтом случае насосы вторичных установок существенно влияют на работу насоса первой установки. Ниже приведены примеры, иллюстрирующие данное явление.
Насосы не работают |
|
Работает один насос |
|
Работают два насоса |
|
|
|
|
|
На данных схемах видно, что при изменении количества работающих вторичных насосов изменяется перепад давления ( P) в магистральном трубопроводе между подачей и возвратом в первичном контуре (следовательно, существует и обратное влияние на насосы в различных контурах). Другими словами можно сказать, что давление, создаваемое первичным насосом должно превосходить давление,
создаваемое насосами во вторичных контурах для создания циркуляции воды от подающего патрубка к возвратному.
Работают три насоса
Функцией гидравлического разделителя, как следует из его названия, является отделение первичного контура от вторичного, позволяя им работать отдельно один от другого. При отсутствии данного устройства можно столкнуться со следующими проблемами:
-насосы могут не обеспечить необходимую производительность (если установка снабжена насосами различной мощности). Это особенно относится к маломощным насосам, которые должны расходовать много энергии для преодоления влияния насосов большей мощности;
-насосы могут выйти из строя (влияние дополнительных контуров может заставить насосы работать в неоптимальном режиме);
-горячие радиаторы даже при остановленных насосах (из-за паразитных течений,
создаваемых другими работающими насосами). Такие явления являются следствием естественной циркуляции или циркуляции через байпас, когда регулирующие клапаны закрыты; - установка работает большую часть времени при условиях далеких от оптимальных, а
не при тех, на которые она была рассчитана при проектировании.
Обычно рассматривают значение P в качестве показателя влияния вторичных контуров. Однако невозможно однозначно определить предел, который следует установить для величины P, то есть то значение перепада давления, при котором влияние вторичных контуров не вызывает заметного влияния на функционирование системы, т.к. эта величина зависит от многих составляющих. На основе практического опыта можно принять, что:
P<0,4÷0,5 mca
Гидравлический разделитель устанавливают между первичным контуром котла и трубами вторичного контура установки. Перепад давления ΔР между подачей и возвратом в этом случае незначителен и равен сопротивлению потока в самом гидравлическом разделителе. Кроме того, это значение является постоянной величиной, не зависящей от количества одновременно работающих насосов во вторичном контуре.
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, ВЫЗВАННЫЕ РАБОТОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗДЕЛИТЕЛЯ
Это явление вызвано тем, что внутри гидравлического сепаратора может происходить перемешивание входящей и возвратной воды. Очевидно, что при проектировании следует принять во внимание изменение температуры воды на выходе из установки при наличии гидравлического выключателя. Максимальная проектная температура воды на выходе обозначается T3.
a)ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ В ОТОПИТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ РАВНА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В КОНТУРЕ КОТЛА
Так происходит в общем случае в традиционных установках (там, где насосы в первичном контуре выбираются обычно такой же мощности, как и во вторичном). В
этом случае, как будет видно из приведенных ниже соотношений, использование разделителя не изменяет температуры в интервале, граничные значения которого могут быть определены на основании максимальной температуры жидкого теплоносителя, выходящего из котла.
Контур котла |
|
Вторичные контуры |
|
|
|
В этом случае соотношения между температурами следующие:
T1 = T3 и T4 = T2.
b)ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ В ОТОПИТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ БОЛЬШЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В КОНТУРЕ КОТЛА
Контур котла |
|
Вторичные контуры |
|
|
|
В этом случае соотношения между температурами воды следующие: T1 > T3 и T2 = T4
Tкотла = Q/Gкотла и Tустановки = Q/Gустановки
T2 = T1 - Tкотла
T3 = T4 + Tустановки = T2 + Tустановки,
где Q – мощность котла, а Gустановки и Gкотла – производительность в отопительном контуре и контуре котла соответственно. С этим обычно сталкиваются на установках,
расположенных на значительном расстоянии (con sotto stazioni a distanza), когда предпочтительно сохранить низкую производительность в первичном контуре для сдерживания расходов при реализации установки и расходов по эксплуатации насосов.
c)ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ В ОТОПИТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ МЕНЬШЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В КОНТУРЕ КОТЛА
Контур котла |
|
Вторичные контуры |
|
|
|
При данной ситуации соблюдаются следующие соотношения:
T1 = T3 и T2 > T4
Tкотла = Q/Gкотла и Tустановки = Q/Gустановки
T2 = T1 - |
Tкотла |
Такая возможность может быть наилучшим |
образом использована в установках с |
« излучающими панелями» (pannelli radianti), |
совмещенных с обычными котлами для |
повышения температуры возврата в котел выше значения, которое допустимо для конденсации дымовых газов.
ГАБАРИТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРА
Основными габаритными размерами гидравлического сепаратора являются (см. рис.):
-диаметр корпуса D;
-диаметр патрубков d;
-расстояние между входным и возвратным патрубком L;
-расстояние между входным патрубком и вершиной разделителя A;
-расстояние между возвратным патрубком и дном разделителя B.
Эти размеры должны хорошо коррелировать друг с другом. Опасно не только уменьшать, но и увеличивать соотношения между ними. Например, если диаметр корпуса D существенно меньше диаметра отводов (d) (то есть разделитель очень узкий), может сильно увеличиться P, что очевидно сделает бесполезным использование данного устройства.
В противоположном случае (диаметр разделителя намного больше диаметра патрубков или если разделитель имеет слишком большую высоту) есть опасность двойной циркуляции, то есть теплоноситель из первичного контура может течь в одну сторону, а теплоноситель из вторичного – в другую, препятствуя, таким образом,
переносу тепловой энергии.
Обычно для определения оптимальных размеров сепаратора применяют три метода – метод трёх диаметров, метод переменных (чередующихся) патрубков и метод максимальной производительности.