Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика
 Скачать 10.16 Mb.
|
|
Пример 15. Терморегулятор RTD N20 UK имеет характеристики, приведенные в примере 14. Необходимо определить отклонение от проектных расходов тепло носителя и изменение потокораспределения для каждой настройки терморегулятора под действием внешнего авторитета. Решение. За исходную точку сравнения принимают потери давления на терморегуляторе P 1 = 0,1 бар для трех вариантов располагаемого Δ 135 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА параметрах. На данном рисунке изображена также идеальная логариф мическая характеристика терморегулятора ( a + = 1). Уменьшение на стройки дросселя отдаляет управление регулируемым участком от иде ального закона регулирования и способствует работе терморегулятора только на закрывание. Так, при выборе терморегулятора с зоной про порциональности 2К (соответствует h/h 100 = 0,33) терморегулятор изна чально при установке дросселя в положение N распределяет максималь но возможный поток в пропорции — 62 % на закрывание и 38 % на от крывание. При установке дросселя в положение 1 — 97 % на закрывание и 3 % на открывание. Чем меньше значение настройки дросселя, тем меньше возможность увеличения теплового потока от теплообменного прибора. Эта закономерность увеличивается с уменьшением внешнего авторитета терморегулятора при его размещении на регулируемом участке. Таким образом, потокораспределение двухтрубного регулируемого участка зависит от изначального базового авторитета терморегулятора, деформируемого дросселем терморегулятора и окончательно устанав ливаемого внешним авторитетом терморегулятора. Суммарное дей ствие указанных факторов на деформацию расходной характеристики обобщено понятием полного внешнего авторитета терморегулятора. Чем меньше его значение, тем искаженнее расходная характеристика. Так, по рис. 4.22 для настойки N полный внешний авторитет a + = 0,03, а для настройки 1 — a + = 0,002. При этом внешний авторитет a = 1. При проектировании двухтрубных систем обеспечения микроклимата потери давления в дросселе определяют по разнице между располагаемым давлением и суммой потерь давления в элементах регулируемого участка, кроме терморегулятора. Настройку дросселя подбирают исходя из этой разницы и по номинальному расходу теплоносителя, т. е. по пропускной способности терморегулятора, которая отражает его базовый авторитет при данной настройке. При этом не учитывают деформацию расходной характеристики под влиянием внешнего авторитета. Для выяснения этого необходимо определить базовую деформацию расходной характе ристики, что рассмотрено в примере 14. Пример 14. Терморегулятор RTD N20UK изготовлен с дросселем. Регулирование терморегулятором осуществляется по логарифмичес кому закону. Максимальная пропускная способность при настройке "N" — k vs N = 1,00 (м 3 /ч)/бар 0,5 . Максимальный ход штока терморегулято ра соответствует зоне пропорциональности 6К. Пропускная способ ность терморегулятора от настройки дросселя в зоне пропорционально сти 2К приведена в таблице. 134 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Положение настройки дросселя 1 2 3 4 5 6 7 N Пропускная способность k v i , (м 3 /ч)/бар 0,5 0,16 0,20 0,25 0,34 0,42 0,52 0,61 0,67 Положение настройки 1 2 3 4 5 6 7 N Базовый авторитет a б i 0,001 0,002 0,003 0,009 0,012 0,014 0,019 0,023 собой необходимость пересмотра настроек на всех терморегуляторах. Поэтому регулирование циркуляционных колец только дросселями терморегуляторов может быть осуществлено лишь при небольшом ко личестве потребителей теплоты (в пределах одной квартиры; в системе небольшого коттеджа и т. п.). В больших системах необходимо объеди нять потребителей теплоты в небольшие (чем меньше, тем лучше) груп пы и устанавливать дополнительные регулирующие клапаны для окон чательной балансировки системы. Дополнительные клапаны для регулирования групп потребителей теплоты могут быть либо ручного, либо автоматического управления. Преимущества тех или иных клапанов видны при рассмотрении примера 15. Для того чтобы реализовать конструктивно заложенные положи тельные свойства терморегулятора, желательно потерять на нем не ме нее 50 % располагаемого давления регулируемого участка. Это означа ет, что на остальных элементах участка, в том числе и регулирующем клапане, должно быть потеряно не более 50 % располагаемого давле ния. Следовательно, сопротивление регулирующего клапана должно быть как можно меньше и при этом не должны теряться его регулиру ющие свойства. Таковым является регулирующий клапан MSV C c ко сым расположением шпинделя и логарифмической расходной характе ристикой. Однако, каков бы ни был регулирующий клапан или дрос сель терморегулятора, они отбирают часть располагаемого давления регулируемого участка. При этом уменьшается авторитет терморегуля тора и снижаются его положительные регулирующие свойства. Высокое качество регулирования — наименьшее отклонение от но минального расхода и контролируемое потокораспределение. Оно до стигается при a 1. Осуществить такое регулирование возможно лишь при условии, что регулируемым участком является сам терморегуля тор. Для этого необходимо обеспечить на нем постоянный перепад дав ления, что реализуется при использовании стабилизаторов расхода по схеме на рис. 3.4,а в системе обеспечения микроклимата с постоянным гидравлическим режимом и автоматических регуляторов перепада давления по схеме на рис. 3.4,б в системе обеспечения микроклимата с переменным гидравлическим режимом. Для терморегуляторов с зоной пропорциональности 2К рекоменду ется использовать настройки дросселя от 4 и выше. Увязывание циркуляционных колец дросселями терморегуляторов следует осуществлять в пределах стояка или приборной ветки. → 137 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА давления регулируемого участка — P = 0,1 бар, P = 0,2 бар, P = 0,3 бар. Соответственно а = 1 , а = 0,5 и а = 0,3. Результаты расчетов сведены в таблицу.. Из данного примера можно сделать следующие выводы: ощутимая возможность дополнительного увеличения потока теплоносителя сверх номинального появляется при настройке терморегулятора в положение 4 и выше. Максимальное увеличе ние потока достигается при настройке дросселя в положение N при внешнем авторитете a = 1 и составляет относительно номи нального расхода 100 (67 – 33)/67 = 50 %; при внешнем авторитете a = 0,3 во всем диапазоне настроек дрос селя терморегулятор не способен существенно увеличить поток теплоносителя при открывании (относительно номинального по ложения штока); чем выше внешний авторитет, тем больший поток пропускает терморегулятор при открывании (относительно номинального положения штока). Уменьшение настройки дросселя наподобие действий с регулирую щим клапаном для достижения номинального расхода является оши бочным. Суть заключается в том, что в регулировочном клапане регули рование осуществляется по расходной характеристике при постоянном значении полного внешнего авторитета, в то время как в терморегуля торе при переходе на другую настройку дросселя изменяется кривая регулирования и сопротивление регулируемого участка. Это влечет за Δ Δ Δ 136 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Положение настройки 1 2 3 4 5 6 7 N Пропускная способность k v i , (м 3 /ч)/бар 0,5 0,16 0,20 0,25 0,34 0,42 0,52 0,61 0,67 Максимальная пропускная способность k vs i ,(м 3 /ч)/бар 0,5 0,17 0,25 0,29 0,40 0,54 0,70 0,90 1,00 Базовый авторитет a б i 0,001 0,002 0,003 0,009 0,012 0,014 0,019 0,023 Общий авторитет a i * при: а = 1 0,051 0,097 0,139 0,325 0,390 0,429 0,505 0,552 а = 0,5 0,025 0,048 0,069 0,163 0,196 0,214 0,252 0,276 а = 0,3 0,015 0,029 0,042 0,098 0,117 0,129 0,151 0,166 Потокораспределение (закрывание/открывание) терморегулятора при: а = 1 97/3 95/5 93/7 82/18 78/22 76/24 70/30 67/33 а = 0,5 99/1 98/2 96/5 91/9 90/10 89/11 86/14 85/15 а = 0,3 99/1 99/1 98/2 95/5 94/6 93/7 92/8 91/7 Для определения внутреннего авторитета узла a в.у (например, эта жестояка) исходным является уравнение (4.5). Отличие состоит в том, что следует принимать соотношение расходов не для терморегулятора в отдельности, а для узла в целом с учетом потока теплоносителя в за мыкающем участке. Находят эти расходы через характеристики сопро тивлений, создаваемые параллельными циркуляционными кольцами, одно из которых проходит через теплообменный прибор, а второе — че рез замыкающий участок. Затем выражают соотношение этих характе ристик через коэффициент затекания теплоносителя в теплообмен ный прибор. В результате уравнение внутреннего авторитета узла приобретает вид: (4.10) Подставляя в данное уравнение рекомендуемый диапазон общего авторитета терморегулятора a * = 0,5±0,2 и коэффициент затекания, например, = 0,33, определяют диапазон изменения внутреннего авторитета узла a в.у = 0,23 +0,15 0,11 , который учитывает эффективное по токораспределение терморегулятором. Полученный диапазон в (0,7 – 0,3)/(0,38 – 0,12) = 1,5 раза ниже, чем у терморегулятора без замыкающего участка [27]. Во столько же раз у проектировщи ка меньше возможностей манипулирования сопротивлением регу лируемого участка для достижения эффективной работы термо регулятора. Неучет изменения эффективного потокораспределения терморегу ляторов является одной из причин меньшей экономической эффектив ности от их применения в однотрубных системах по сравнению с двух трубными. Из данного уравнения также следует: для конструирования однотрубного стояка или приборной ветки с большим количеством уз лов необходимо увеличить диапазон их внутреннего авторитета. Этого можно достичь либо применяя терморегуляторы с внутренним автори тетом a в 1 и окончательно корректируя их потокораспределение внешними авторитетами узла, либо увеличивая коэффициент затека ния. Терморегулятор для однотрубных систем RTD G15 (рис. 4.5) при зоне пропорциональности 2К имеет внутренний авторитет a в = 0,71, RTD G20 — 0,84, RTD G25 — 0,91. Такое увеличение внутреннего авторитета с увеличением диаметра терморегуляторов позволяет → 139 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Увязывание циркуляционных колец между небольшими стояками или приборными ветками при обеспечении общих авторитетов терморегуляторов, равных 0,5...1,0 , допускается осуществлять регулирующими клапанами с малым гидравлическим сопротивлени ем и логарифмической расходной характеристикой. Рекомендуется на стояках и приборных ветках стабилизировать перепад давления автоматическими регуляторами. 4.2.4.5. Влияние замыкающего участка на авторитеты терморегулятора В двухтрубных и однотрубных системах обеспечения микро климата для создания постоянного гидравлического режима уста навливают замыкающие участки (рис. 4.23) между подающим и об ратным трубопроводами в узлах обвязки теплообменных приборов. При наличии такого участка про исходит несколько иное потоко распределение терморегуляторов, чем в двухтрубных системах с нестационарным гидравлическим режимом. Замыкающий участок представ ляет собой нерегулируемое отвер стие с постоянно открытой площа дью, определяемой по внутреннему диаметру трубопровода. Если услов но (для понимания) сложить пло щадь этого отверстия с площадью регулирующего отверстия терморе гулятора, то замыкающий участок будет нерегулируемой частью регу лирующего отверстия всего узла обвязки теплообменного прибора. Тогда этот узел представляет собой единый гидравлический элемент, для которого можно определить диапа зон эффективного потокораспределения. Основной предпосылкой данной задачи является сохранение общего авторитета терморегулятора a * = 0,5±0,2 относительно точек присоединения замыкающего участка. 138 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 1 2 3 Рис. 4.23. Узлы обвязки тепло обменных приборов: а ñ однотрубных систем; б ñ двухтрубных систем; 1 ñ замыкающий учас ток; 2 ñ терморегуля тор; 3 ñ теплообмен ный прибор Замыкающий участок узла обвязки теплообменного прибора в си стеме с постоянным гидравлическим режимом вносит существен ное изменение в потокораспределение терморегулятора и значи тельно ограничивает количество теплообменных приборов на стояке или приборной ветке. Замыкающий участок узла обвязки теплообменного прибора в двух трубной системе с постоянным гидравлическим режимом улучша ет работу системы и не ограничивает количество теплообменных приборов на стояке или приборной ветке. Рекомендуемое отклонение внутреннего авторитета узла обвязки теплообменного прибора в системе с постоянным гидравлическим режимом: a в.у = 0,23 +0,15 0,11 (при коэффициенте затекания = 0,33). 4.3. Электроприводы Электроприводы (рис. 4.24) — исполнительные устройства, ко торые воспринимают командный сигнал от регулирующего устрой ства (например, от электронного регулятора ECL или EPU) и пре образуют его в воздействие на регулирующий клапан. Их применя ют для автоматизации систем обеспечения микроклимата. По срав нению с терморегуляторами прямого действия они практически имеют меньшее время запаздывания, а с термоприводами — позво ляют обеспечить пропорциональное регулирование. Такие преиму щества обеспечивают перспективное будущее регулирующим кла панам с электроприводами и позволяют уже сегодня устанавливать для них новые стандарты. Приводы без функции безопасности можно управлять вручную од ним поворотом рукоятки на весь ход штока с визуализацией его поло жения. Приводы с функцией безопасности применяют для недопуще ния образования чрезмерных температур в системах. Активизация функции безопасности происходит при срабатывании термостата безопасности на отключение системы питания. При этом возвратная пружина привода моментально перекрывает клапан. Данная функция обеспечивает закрытие клапанов даже в условиях воздействия значи тельных перепадов давления. Простота монтажа, компактность конструкции, разнообразные ско рости привода, автоматическая подстройка под конечные положения штока, защита от механических перегрузок в крайних положениях 141 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА эффективно их использовать при увеличении расхода стояка, т. е. при увеличении количества узлов (этажестояков). Но, реализация только такого подхода имеет свое ограничение. Чтобы определить макси мальное количество узлов (рис. 4.21,а) на стояке, необходимо в урав нение (4.10) вместо общего авторитета подставить внутренний авто ритет терморегулятора. Так, для узла с RTD G25 при = 0,33 внутрен ний авторитет составит a в.у = 0,68, а при = 0,58 — a в.у = 0,82. Разделив полученные значения на минимальную границу внутреннего авторитета узла a в.у = 0,23 0,11 = 0,12, получим максимальное количество узлов, которое соответственно равно всего лишь 6 и 7. Примененное деление указывает на то, что между последовательно соединенными узлами равномерно распределяется располагаемое давление регулируемого участка, к которому относят внешний авторитет узла. Хотя приведен ный расчет является ориентировочным, т. к. не учитывает влияния со противления распределительных трубопроводов и оборудования до стояка, по нему можно определить ограниченность области примене ния однотрубных систем — в малоэтажных зданиях со стояками либо в односемейной квартире с приборной веткой. В приборной ветке для этих целей применяют узлы подключения RTD KE (рис. 4.6) с высо кой пропускной способностью и коэффициентом затекания = 0,35. Внутренний авторитет этого узла находится в зоне эффективного потокораспределения — a в.у 0,2. Для этажестояков двухтрубных систем (рис. 4.21,б) влияние за мыкающего участка на потокораспределение узла определяют также уравнением (4.10). Однако при этом нет ограничения по количеству узлов на стояке либо приборной ветке, т. к. на потокораспределение узла влияет его внешний авторитет, т. е. удаленность от ближайшего регулятора расхода. Чем ближе этот регулятор к узлу, тем выше внеш ний авторитет узла и, следовательно, лучше сохраняется его эффек тивное потокораспределение. Для этого следует применять стабилиза торы расхода либо автоматические регуляторы расхода по схеме на рис. 3.4,а. Кроме того, автоматическое устранение гидравлических возмущений, вызванных работой терморегулятора непосредственно у места их образования, пусть и не столь значительных, как в двухтруб ных системах без замыкающих участков, оказывает положительное влияние на эффективность регулирования, прежде всего, — устране нием перетоков теплоносителя между узлами и, следовательно, между теплообменными приборами. Такое же заключение касается и узлов обвязки теплообменных при боров с трехходовыми клапанами (терморегуляторами). ≈ 140 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА штока и многие другие характеристики объединены в широком спек тре электроприводов, что позволяет решить любую практическую задачу. Электроприводы быстрее и точнее реагируют на изменение температурной обстановки в помещении, чем терморегуляторы прямого действия, обеспечивая дополнительное энергосбережение. 142 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Рис. 4.24. Электроприводы клапанов А2000ver1 А2000ver2 АME 00 01 АME 00 01 ver2 АME V10 АME V13 АBV АME V2030 АME V2033 АMV 15 АMV 55 АMV 25 АMV 85 АMV 100 |