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.
|
|
5. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ Автоматические регуляторы систем обеспечения микроклимата предназначены, прежде всего, для создания благоприятных гидравличе ских условий эффективной работы терморегуляторов. Применение автоматических регуляторов при наличии терморегуляторов является необходимостью. Лишь в небольших системах, например, коттеджах можно обеспечить приемлемые условия работы терморегуляторов без автоматического регулирования гидравлических параметров. Но даже в этом случае использование автоматических регуляторов дает дополни тельный экономический и санитарно гигиенический эффекты. Автоматические регуляторы поддерживают требуемые параметры теплоносителя в необходимых пределах, устраняя их возмущения, ко торые возникают от работы терморегуляторов. Регулируемые парамет ры теплоносителя — это давление, расход и температура. По характеру регулирующего воздействия на них регуляторы систем обеспечения микроклимата относят к пропорциональным регуляторам. Пропорциональное регулирование характеризуют соответствием между регулируемым параметром и площадью открытия регулирующе го отверстия автоматического регулятора. При этом скорость регулиро вания таких параметров, как давление и расход, примерно равна скоро сти их возмущения. Эта особенность позволяет почти моментально ги дравлически уравновешивать систему, не ожидая ее регулирования тер морегуляторами по температуре воздуха в помещении. Ведь даже у са мых скоростных терморегуляторов прямого действия, каковыми явля ются газоконденсатные терморегуляторы Данфосс, время запаздыва ния составляет 12…15 мин. (см. табл. 4.2). Автоматические регуляторы различают по предназначению: для си стем с переменным и постоянным гидравлическим режимом. Для пер вых систем применяют перепускные клапаны либо автоматические ре гуляторы перепада давления. Для вторых — автоматические регулято ры расхода либо стабилизаторы расхода. Особенность современных систем обеспечения микроклимата состо ит в широком применении автоматических клапанов. Они многофунк циональны, имеют повышенную надежность эксплуатации, высокую точность регулирования заданных параметров. Функции, выполняемые автоматическими клапанами, представле ны в табл. 5.1. Многофункциональность упрощает проектирование, монтаж и эксплуатацию систем, уменьшает их металлоемкость и инер ционность. Применение функции ручного перекрытия потока и спуска теплоносителя позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление 143 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА регулируемого участка за счет отказа от применения специальных за порных вентилей и кранов, тройников с кранами для спуска теплоноси теля. Это, в свою очередь, дает возможность перераспределения распо лагаемого давления регулируемого участка в сторону повышения внеш них авторитетов терморегуляторов. Существует также арматура с возможностью дальнейшей поэтап ной модернизации — изменения функциональности. Так, например, комплект арматуры ручного регулирования USV I + USV М (рис. 3.7 и рис. 3.26), путем дополнения мембранным элементом и импульсной трубкой, превращают в комплект арматуры автоматического регулиро вания перепада давления USV I + USV PV. Повышения надежности работы автоматических клапанов достига ют за счет использования высокоточных технологий и конструктивно го упрощения, применения высококачественных уплотнителей. Так, на пример, запирание осуществляется без промежуточных элементов (за твора из уплотнительной прокладки), а непосредственно специально подготовленной торцевой поверхностью штока, которая точно подогна на к поверхности седла. Это дает возможность также обеспечить 144 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА точность поддержания гидравлических параметров теплоносителя на протяжении всего срока эксплуатации системы. Для снижения температурного по тенциала теплоносителя автоматичес кие клапаны поставляют в упаковке, ко торую используют как теплоизоляцион ную оболочку (рис. 5.1) при температу ре теплоносителя до 80 °С. Для теплоно сителя с температурой до 120 °С обо лочку изготавливают из стиропора ЕРР. Оболочка состоит из двух частей в виде скорлуп, соединяемых быстросъемны ми пружинящими разрезными кольцами, поставляемыми в комплекте. Такая конструкция оболочки позволяет производить монтаж и демонтаж автоматических клапанов без нарушения теплоизоляции трубопроводов. Применение автоматических регуляторов стабилизации гидравли ческих параметров теплоносителя на регулируемых участках является необходимым проектным решением для обеспечения эффективной работы терморегуляторов, в частности, и системы обеспечения микроклимата, в целом. 5.1. Перепускные клапаны Перепускные клапаны на стояках или приборных ветках системы обеспечения микроклимата предназначены для недопущения превыше ния заданного перепада давления с целью предотвращения шумообра зования терморегуляторов. Если они установлены у насосов, котлов, чиллеров… (см. рис. 3.3), то обеспечивают также работоспособность этого оборудования при закрытых терморегуляторах путем поддержа ния минимальной циркуляции теплоносителя. Общий вид перепускных клапанов AVDO показан на рис. 5.2. Клапаны производят с условным ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА AVDO ASV-P+ASV-M ASV-PV+ASV-M ASV-PV+ASV-I USV+PV +USV-I ASV-Q AQ AB-QM 1. 2. : 3. 4. 5. 6. Таблица 5.1. Функциональность автоматических регуляторов Рис. 5.1. Теплоизоляционная оболочка клапана Рис. 5.2. Общий вид автоматических перепускных клапанов AVDO 145 Пример 16. Проектируют двухтрубную систему обеспечения микроклимата с терморегуляторами. Гидравлическое сопротивление системы составляет 0,15 бар. В системе применен источник теплоты, по требованиям эксплуатации которого расход теплоносителя должен составлять не менее 2,0 м 3 /ч. Насос в системе нерегулируемый. Необходимо подобрать перепускной клапан, который открывается одновременно с закрыванием терморегуляторов (падением нагрузки в си стеме) и обеспечивает минимальный расход теплоносителя через ис точник теплоты. Решение. Принимают схему установки перепускного клапана по рис. 3.3,а. Перепад давления на клапане, при котором он начинает открывать ся, принимают равным гидравлическому сопротивлению системы, т. е. — 0,15 бар. По рабочей характеристике насоса определяют развиваемое им дав ление при расходе теплоносителя 2,0 м 3 /ч. Оно равно, например, 0,25 бар. Выбирают перепускной клапан, который при давлении насоса 0,25 бар пропускает не менее 2,0 м 3 /ч теплоносителя. Таковым является клапан AVDO 25 (рис. 5.4). Для этого на диаграмме перепускного клапа на определяют точку пересечения горизонтальной пунктирной линии, характеризующей давление насоса (0,25 бар), и рабочей расходной ха рактеристики клапана при установленном перепаде давления 0,15 бар. Вертикально опущенная стрелка указывает на минимальный расход теплоносителя через клапан, равный 2,75 м 3 /ч, что удовлетворяет тре бованиям эксплуатации источника теплоты, т. к. превышает 2,0 м 3 /ч. Точка пересечения пунктирных прямых не должна выходить за пределы зоны бесшумности клапана, которая ограничена пунктирной кривой в правом верхнем углу рис. 5.4. Регулировочной рукояткой устанавливают по шкале клапана пере пад давления на 0,15 бар. Перепускной клапан применяют также для предотвращения шумо образования терморегуляторов. Он должен не допустить возрастания перепада давления в системе либо на стояке сверх предельного значе ния по шуму и обеспечить источник теплоты (холода) либо насос мини мальным расходом из условия их эксплуатации. Пример 17. Проектируют двухтрубную систему обеспечения микро климата с терморегуляторами. Гидравлическое сопротивление системы составляет 0,15 бар, расход теплоносителя — 3,0 м 3 /ч. В системе 147 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА диаметром 15, 20 и 25 мм. Угловое или прямоточное исполнение с на ружной или внешней резьбой применяют для удобства разводки трубо проводов и обслуживания. Принцип действия перепускных клапанов основан на уравновеши вании давления с двух сторон затвора клапана 7 (рис. 5.3): снизу — силой потока теплоносителя; сверху — силой упругости пружины 5. Равновес ное состояние обеспечивают регулированием пружины посредством ру коятки 1. Перемещение рукоятки по внутренней резьбе передается через шток 2 на направляющую 4 пружины 5. Клапан нормально закрыт. При превышении установленного на перепускном клапане перепада давле ния он открывается и пропускает теплоноситель. Положение рукоятки определяют по диаграмме пропускной способности клапана (рис. 5.4). ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рис. 5.3. А в т о м а т и ч е с к и й перепускной клапан AVDO: 1 ñ регулировочная рукоятка; 2 ñ шток настройки клапана; 3 ñ крышка; 4 ñ направляющая пружины; 5 ñ пружина; 6 ñ уп лотнительное кольцо; 7 ñ затвор клапана; 8 ñ корпус; 9 ñ зажим ной фитинг Рис. 5.4. Диаграмма пропускной способности перепускного клапана AVDO 25 146 регулируемого участка. Последний вариант является предпочтительным, т. к. из за наличия циркуляции температура теплоносителя на входе теплообмен ных приборов не будет изменяться даже при закрытых терморегуляторах. Работа перепускного клапана AVDO, установленного, например, на перемычке (рис. 3.3,ж) распределительного и сборного стояков двух трубной насосной системы обеспечения микроклимата с терморегуля торами, показана на рис. 5.5. Характеристика перепускного клапана 3 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА применен нерегулируемый насос, по требованиям эксплуатации которо го расход теплоносителя должен быть не менее 10 % от номинального расхода. Предельный перепад давления по условию бесшумности термо регуляторов равен 0,25 бар. Необходимо подобрать перепускной клапан, который не допускает шумообразование терморегуляторов и обеспечивает минимальный расход теплоносителя через насос. Решение. Принимают схему установки перепускного клапана по рис. 3.3,в. Перепад давления на клапане, при котором он начинает открываться, принимают равным гидравлическому сопротивлению системы, т. е. 0,15 бар. По рабочей характеристике насоса определяют расход теплоносителя при 0,25 бар. Он равен, например, 2,0 м 3 /ч. Выбирают перепускной клапан, который при давлении насоса 0,25 бар пропускает не менее 2,0 м 3 /ч теплоносителя. Таковым является клапан AVDO 25. Для этого на диаграмме перепускного клапана (рис. 5.4) определяют точку пересечения горизонтальной пунктирной линии, характеризующей границу бесшумности терморегуляторов (0,25 бар), и рабочей расходной характеристики клапана при установ ленном перепаде давления 0,15 бар, характеризующем начало открыва ния перепускного клапана. Вертикально опущенная стрелка указывает на расход теплоносителя 2,75 м 3 /ч, который проходит через клапан при полностью закрытых терморегуляторах. Однако насос при этом пере паде обеспечивает расход, равный 2,0 м 3 /ч. Этот расход удовлетворяет требованию эксплуатации насоса, т. к. превышает 10 % от 3,0 м 3 /ч. Регулировочной рукояткой устанавливают по шкале клапана пере пад давления на 0,15 бар. В рассмотренных примерах настройка перепускного клапана принята равной гидравлическому сопротивлению системы. Допускается прини мать настройку на 10 % выше, если получаемый при этом перепад дав ления не превышает предельного значения по условию бесшумности терморегуляторов. Такое завышение настройки несколько улучшает ра боту системы, т. к. соответствует ее равновесному состоянию с учетом частичного закрывания терморегуляторов относительно номинального положения, вызванного увеличением поверхности теплообменных при боров на обеспечение авторитета теплоты в помещениях. Перепускные клапаны устанавливают не только у нерегулируемого на соса, но и на перемычке стояков либо горизонтальных приборных веток. При этом перемычку делают либо в начале (см. рис. 3.3,ж), либо в конце 148 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ; ; Рис. 5.5. Работа перепускного клапана: 1 ñ характеристика нерегули руемого насоса; 2 ñ характеристика стояка в расчетном ре жиме; 3 ñ характеристика перепускного клапана; 4 ñ харак теристика стояка с частично закрытыми терморегуляторами при отсутствии перепускного клапана; 5 ñ характеристика стояка с частично закрытыми терморегуляторами и частично открытым перепускным клапаном; 6 ñ характеристика стояка с открытыми терморегуляторами 149 получена из рис. 5.4 путем зеркального отображения. Ось расхода 0 G к этой характеристики расположена в нижней части рис. 5.5 противопо ложно оси расхода 0 G , т. к. при уменьшении расхода в стояке он уве личивается в перепускном клапане. В расчетных условиях кривая 2 соответствует характеристике си стемы. Закрывание терморегуляторов приводит к уменьшению теоре тического расхода на стояке G cm и к подъему характеристики стояка, обозначенной кривой 4. При этом открывается перепускной клапан для пропуска теоретического расхода G к ´ = G cm ´ . В результате сложения параллельных участков, которыми являются стояк с характеристи кой 4 и перепускной клапан на перемычке с характеристикой 3, полу чают результирующую характеристику системы, соответствующую кривой 5. Реальные расходы на перепускном клапане и в стояке со ставляют G к = G cm . Они отличаются на G ´ от теоретических расходов. Это отклонение является несоответствием регулирующего воздей ствия перепускного клапана на изменение температурной обстановки в помещении. При открывании терморегуляторов изменяется характеристика стояка. Ей соответствует кривая 6. Перепускной клапан находится в за крытом положении и не влияет на работу системы. Открывание термо регуляторов увеличивает расход в системе на G ´´ В системах обеспечения микроклимата с перепускными клапанами на регулируемых участках происходят колебания расхода G ´ и давле ния P ´ при закрывании терморегуляторов, а также G ´´ и P ´´ при их открывании. Возникающее перераспределение теплоносителя между ре гулируемыми участками изменяет тепловой поток от теплообменных приборов с незакрытыми терморегуляторами до тех пор, пока они не начнут соответственно реагировать. Запаздывание реагирования термо регуляторов в полной мере зависит от инерционности здания и системы обеспечения микроклимата, что не лучшим образом отображается на тепловом комфорте помещения и на энергосбережении. Уменьшения рассогласования достигают применением насосов с пологой (более плоской) характеристикой. Таким образом, автоматический перепускной клапан обеспечивает приблизительное постоянство перепада давления на стояке (прибор ной ветке) только в режиме закрывания терморегуляторов. Возникаю щие изменения гидравлических параметров тем выше, чем больше си стема. Поэтому применение перепускных клапанов допустимо в не больших системах. О влиянии перепускного клапана на внешний авто ритет регулирующих клапанов и терморегуляторов читай в пояснении к рис. 3.3,а. Δ Δ Δ Δ Δ Δ 151 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 150 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Автоматический перепускной клапан приблизительно стабилизи рует перепад давления на стояке или приборной ветке только при закрывании терморегуляторов. Использование автоматических перепускных клапанов для обеспе чения авторитетов терморегуляторов не рекомендуется. Допускается размещение автоматических перепускных клапанов в конце стояков либо приборных веток для создания циркуляции теп лоносителя в них при закрытых терморегуляторах, обеспечивая постоянство температуры теплоносителя на входе теплообмен ных приборов. 5.2. Автоматические регуляторы перепада давления Автоматические регуляторы перепада давления — устройства, стабилизирующие располагаемое давление регулируемого участка на заданном уровне. Общий вид регуляторов перепада давления показан на рис. 5.6. Регулятор перепада давления комплектуют клапаном спутником. Этот клапан может быть запорным (с обозначением "М") либо регулирующим Рис. 5.6. Общий вид автоматических регуляторов перепада давления ASV PV+ASV M и ASV PV Plus+ASV M ASV PV+ASV I и ASV PV Plus+ASV I ASV P+ASV M USV I+USV PV Взаимодействие терморегуляторов, например, RTD N и автомати ческого регулятора перепада давления, например, ASV PV+ASV M по казано на рис. 5.8. Основная суть их совместной работы заключается в том, что любые возмущения перепада давления в точках отбора устра няются создаваемым перепадом давления P к на клапане автоматичес кого регулятора. При этом заданный перепад давления на регуляторе P PV остается постоянным и соответствует потерям давления на регу лируемом участке (например, стояке) P ст , т. е. P PV = P ст = const. Закрывание терморегуляторов приводит к возрастанию перепада давления на них P 1 и соответствующему перемещению характеристи ки регулируемого участка из положения 10 в положение 12 (на верхней части рисунка при использовании ASV PV+ASV M) и уменьшению расхода теплоносителя. Это вызывает также изменение характеристики всей системы обеспечения микроклимата из положения 4 в положе ние 6 (на средней части рисунка) и возрастание потерь давления P к на ASV PV соответственно точек |