Методическое пособие 530
.pdfЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА СМЕШИВАНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ВОДОСТРУЙНОГО ЭЛЕВАТОРА В ДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ
7.1. Цель работы
Определить фактический коэффициент смешивания и коэффициент полезного действия водоструйного элеватора, установленного в индивидуальном тепловом пункте (ИТП) действующей системы водяного отопления.
7.2. Основные теоретические сведения
Для снабжения зданий теплотой применяют теплоносители разных параметров; например, для обогрева жилых и общественных зданий, поликлиник, музеев и т. д. применяют воду с параметрами tr=95 °С, t0=70 °С - для двухтрубных и tr=105 °C, t0=70 °С - для однотрубных систем; для обогрева зданий больниц, детских учреждений применяют воду с параметрами tr=85 °C, t0=65 °С. Для промышленных зданий и бытовых помещений, спортивных зданий и др. допустимо применение воды с более высокими параметрами.
При централизованном теплоснабжении от районных котельных или ГЭЦ доставка потребителям горячей воды приведённых выше параметров из-за больших объёмов её и связанных с этим больших затрат становится нерентабельной. Поэтому при расчётных параметрах наружного воздуха для доставки теплоты потребителям применяют высокотемпературную воду, нагретую до Тг=150 °С. Системы отопления зданий, в которых допустимы высокие параметры теплоносителя, присоединяют к тепловым сетям непосредственно без каких-либо дополнительных устройств.
Для систем отопления, в которых необходимо применять пониженные параметры теплоносителя, температура воды
50
понижается путём подмешивания к ней воды из обратных магистралей системы отопления.
Кроме того, ИТП используется для заполнения системы отопления водой и для спуска воды из системы отопления. ИТП соединяет тепловую сеть и систему отопления; при этом ИТП является составной частью системы отопления.
Наиболее распространённым является непосредственное присоединение системы отопления к тепловым сетям с помощью водоструйного элеватора. Сетевая вода, проходя через элеватор, подсасывает охлажденную воду из обратного трубопровода системы отопления, и смешенная вода с расчётной температурой (tГ,°С) подаётся в систему отопления
(рис. 7.1).
Основной характеристикой водоструйного элеватора является коэффициент смешения
u |
G2 |
, |
(7.1) |
|
G1 |
||||
|
|
|
где G2 - расход подмешиваемой воды, кг/ч;
G1 - расход сетевой воды, кг/ч.
Величину коэффициента смешения можно определить из уравнения материального и теплового балансов смесительной установки:
уравнение материального баланса смесительной установки
G3 G1 G2 , |
(7.2) |
уравнение теплового баланса смесительной установки
G3tг G1tг G2 , |
(7.3) |
где G1 и G2 - то же, что в формуле (7.1); G3 - расход воды, подаваемой в систему отопления, кг/ч; tг и t0 - соответственно температура воды, подаваемой в систему отопления, и температура обратной воды, °С.
Проведем преобразование формул (7.1) - (7.3):
51
(G + G )tг = G TГ +G t , |
, |
|
||||||||
отсюда |
при этом |
G |
= uG |
, |
|
|||||
|
G t +uG tГ = G TГ +uG t |
|
, |
|||||||
uG (tГ − tГ) = G (TГ − tГ) = u(tГ −t ) = T −t |
|
|||||||||
|
|
|
|
Г |
Г |
. |
|
|
|
(7.4) |
Расчётный расход |
сетевой воды, кг/ч, вычисляют по |
|||||||||
|
= |
Г |
|
|
|
|
|
|
||
формуле |
|
|
3600 Qсо |
|
|
|
|
|||
|
G |
, |
|
|
(7.5) |
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 |
c tr t0 |
|
|
|
||||
где Qco - тепловая мощность |
системы отопления, Вт; |
|||||||||
с - удельная теплоёмкость воды, Дж/(кг°С); Тг - температура сетевой воды при расчетных параметрах, °С; t0 - тоже, что в формуле (7.3).
Расчётный расход воды G3, кг/ч, поступающей в систему отопления, определяют по формуле (7.5), только вместо значения Тг, °С, подставляют значение tг,°С.
Расход подмешиваемой воды G2, кг/ч, можно определить по формуле (7.1) при известном значении коэффициента
смешения или по формуле |
|
G2 G3 G1. |
(7.6) |
7.3. Описание лабораторной установки |
|
Лабораторная установка представляет собой ИТП действующей системы отопления; схема ИТП представлена на рис. 7.1.
Сетевая вода в количестве G1, кг/ч, с температурой Тг (при расчётных параметрах Тг=150 °С) из тепловой сети по трубопроводу 1 поступает в ИТП. На трубопроводе I установлена задвижка 2, грязевик 3, водоструйный элеватор 4 и задвижка 5; затем вода поступает в систему отопления 6, в которой охлаждается до температуры t0 (при расчётных параметрах t0=70 °С), и, пройдя задвижку 8, в точке А делится
52
на два потока: одна часть в количестве G2, кг/ч, поступает в элеватор 4, а другая часть в количестве G1, кг/ч, пройдя грязевик 9 и задвижку 10, по трубопроводу 11 возвращается на ТЭЦ для повторного нагрева. В ИТП установлены термометры 12, 13 и 14 для измерения температуры воды и пружинные манометры 15,16 и 17 для измерения давления в соответствующих точках.
Рис. 7.1. Схема индивидуального теплового пункта
7.4. Порядок проведения работы
Лабораторную работу проводят во время работы системы отопления. Тепловая мощность системы отопления составляет Qco=356000 Вт. Расчётные параметры теплоносителя: в тепловой сети Тг=150 °С, Тo=70 °С, в местной системе отопления tг=105 °С, t0=70 °С. В ИТП установлен стальной элеватор № 2 типа ВТИ теплосети Мосэнерго, диаметр сопла элеватора 8,3 мм. Давление в подающей магистрали тепловой сети в точке подключения 0,43 МПа (4,3 атм), а в обратной магистрали 0,2 МПа (2 атм).
53
1.Замеряются величины давления по показаниям манометров 15, 16 и 17 и температуры по показаниям термометров 12, 13 и 14.
2.По измеренным величинам температур Tг, tr и t0 вычисляют фактический коэффициент смешения по формуле
(7.4).
3.По формуле (7.5) определяют расчётные расходы сетевой воды G1, кг/ч, и воды, поступающей в систему отопления, G3, кг/ч, а по формуле (7.6) - расход подмешиваемой воды.
4.Расход подмешиваемой воды G2, кг/ч. Сопоставление величины коэффициента смешения u по выражениям (7.4) и (7.1) должно дать близкую сходимость.
5.Пользуясь величиной фактического коэффициента смешения, можно проверить основные размеры элеватора.
Диаметр горловины элеватора d1, мм, определяется по выражению
0,5
d1 15,5 G30,25 , (7.7)
Pсо
где G3 - расход воды в системе отопления, т/ч; Рсо - гидравлическое сопротивление системы отопления (разность показаний манометров 16 и 17), кПа.
Диаметр сопла элеватора dс, мм, можно определить по формуле
d |
c |
|
d1 |
. |
(7.8) |
|
|||||
|
|
1 u |
|
||
На рис. 7.2 показан стальной элеватор типа ВТИ теплосети Мосэнерго. Основными частями элеватора являются сопло 1, камера всасывания 2, горловина 3 и диффузор 4. Высокотемпературный теплоноситель на выходе из сопла приобретает такую скорость, за счёт которой давление в камере всасывания оказывается ниже давления в обратной магистрали системы отопления, и некоторая часть
54
обратной воды системы по патрубку 5 поступает в элеватор и в горловине смешивается с первичным теплоносителем. В диффузоре скорость движения смеси снижается, давление увеличивается и доводится до величины, необходимой для преодоления гидравлических сопротивлений системой отопления. Некоторые данные представленного на рис. 7.2 элеватора приведены в табл. 7.1.
6. При диаметре сопла элеватора, определённом по формуле (7.8), разность давлений в наружных трубопроводах на вводе в здание (кПа), обеспечивающую нормальную работу элеватора, определяют по формуле
|
P |
6,28 |
G2 |
, |
(7.9) |
|||||
|
|
1 |
|
|||||||
|
dс4 |
|||||||||
|
|
эл |
|
|
|
|||||
где G1 – |
расход сетевой воды, т/ч; |
|
dc - диаметр сопла, см. |
|||||||
7. |
Коэффициент |
полезного |
|
|
|
действия |
элеватора |
|||
определяют по формуле |
|
|
G2 hсо |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
100, |
(7.10) |
|||
|
|
G H h |
|
|
||||||
|
|
|
|
1 |
со |
|
|
|
|
|
где hco - гидравлическое сопротивление системы отопления по данным разности показаний манометров 16 и 17, м. вод. ст.; G1 - расход сетевой воды, т/ч; G2 - расход подмешиваемой воды, т/ч.
Рис. 7.2. Водоструйный стальной элеватор типа ВТИ теплосети Мосэнерго. Разрез элеватора
55
Таблица 7.1 Основные размеры стальных элеваторов конструкции
ВТИ теплосети Мосэнерго
|
Внутренние |
|
диаметры |
Фланцы |
присоединитель- |
|
ных патрубков |
элеватораНомер |
L |
A |
C |
d |
1 |
и |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
||||||||||
|
|
|
|
Входной D |
Выходной D подсоса |
D |
Входного d |
Выходного d |
Подсоса d |
|
1 |
425 |
90 |
110 |
15 |
145 |
160 |
|
37 |
51 |
51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
425 |
90 |
110 |
20 |
145 |
160 |
|
37 |
51 |
51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
625 |
135 |
155 |
25 |
160 |
195 |
|
49 |
82 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
625 |
135 |
155 |
30 |
160 |
195 |
|
49 |
82 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
625 |
135 |
155 |
35 |
160 |
195 |
|
49 |
82 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
720 |
130 |
175 |
47 |
195 |
215 |
|
80 |
100 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
720 |
130 |
175 |
59 |
195 |
215 |
|
80 |
100 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные замеров и вычислений заносят в табл. 7.2
56
Таблица 7.2
Протокол испытаний элеватора
№ опыта |
12 Показания |
термометров, °С |
15 Показания 16 манометров, 17 МПа |
Гидравлическое |
сопротивление |
системыотопления |
Потеридавления вэлеваторе |
Коэффициентполезного действия элеватора |
Температуранаружного воздуха t, °С |
темпераПотурному графику 7.3).рис( |
Фактически |
||||||
13 14 |
атм |
стводм... |
кПа |
кПа...стводматм |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сетевой воды |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tг, °С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8.Определить: обеспечивает ли разность давлений в тепловых сетях разность показаний манометров (15 и 17) нормальную работу элеватора.
9.Измерить температуры наружного воздуха tн, °С, и Tг, tг, t0 и проверить соответствие значений фактических температур Tг ,tг, t0 соответствующим температурам, полученным по температурному графику, который представлен на рис. 7.3.
10.Определить потери давления в элеваторе (разность показаний манометров 15 и 16).
В прил. 2 показан температурный график качественного регулирования температуры в тепловой сети для условий г. Воронежа.
57
Задание к выполнению научно-исследовательской работы
Определить коэффициент смешения при различных давлениях в подающей и обратной магистрали тепловой сети.
Вопросы для самоконтроля
1.Что такое коэффициент смешения элеватора?
2.Перечислите основные недостатки и достоинства элеватора.
3.Можно ли регулировать коэффициент смешения элеватора?
58
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ
8.1. Цель работы
Изучить основные принципиальные схемы подачи приточного нагретого воздуха в отапливаемые помещения и установить эффективность некоторых типов воздухораспределителей по обеспечению нормируемых параметров микроклимата в исследуемом помещении.
8.2. Основные теоретические сведения
При воздушном отоплении в качестве теплоносителя используется воздух, как правило, нагретый в калорифере до температуры более высокой, чем воздух помещения. Нагретый воздух подаётся в помещение и, смешиваясь с внутренним воздухом, отдаёт ему то количество теплоты, которое требуется для возмещения теплопотерь помещения.
Системы воздушного отопления разделяют:
-по способу перемещения нагретого воздуха - на естественные (гравитационные), т. е. с перемещением воздуха за счет разности плотностей холодного и нагретого воздуха, и
смеханическим побуждением, т. е. перемещение воздуха осуществляется с помощью вентилятора;
-по виду первичного теплоносителя, нагревающего воздух в калорифере, - на паровоздушные, водовоздушные, электровоздушные;
-по месту нагревания воздуха - на централизованные с подачей воздуха в одно или в несколько помещений из одного центра и децентрализованные;
-по подаче воздуха местными отопительными и отопительно-вентиляционными агрегатами;
-по качеству воздуха, подаваемого в помещения, - на прямоточные, рециркуляционные и с частичной рециркуляцией.
59