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.
|
|
А и Б. Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ (с обозначением "I"). Его устанавливают на подающем трубопроводе, а ре гулятор — на обратном. Сообщены они между собой капиллярной трубкой длиной 1,5 м либо 5 м. Отбор импульса давления у регулирующего клапана осуществляется до него, а у запорного — после него. У клапанов с обозначе нием "I" предусмотрены дополнительные штуцеры для отбора импульсов давления при диагностике регулируемого участка прибором PFM 3000. Регулятор ASV PV имеет возможность регулировки автоматичес ки поддерживаемого давления в диапазоне от 5 до 25 кПа. Регулятор ASV PV Plus — от 20 до 40 кПа. Регулятор ASV P выполнен с постоян ной настройкой на 10 кПа. Отличительной чертой регулятора USV PV является возможность его трансформации в запорный вентиль USV М путем замены мембранной коробки на крышку со шпинделем. Регуля тор USV PV имеет возможность регулировки автоматически поддер живаемого давления в диапазоне от 5 до 25 кПа. Кроме того, комплект USV PV +USV I имеет спускные краники и в регуляторе, и в клапане спутнике. Рассмотренные регуляторы относят к классу регуляторов прямого действия, т. е. к таким, у которых воздействие измерительного элемента на регулирующий элемент осуществляется непосредственно без приме нения дополнительного источника энергии (рис. 5.7). Измерительным элементом регулятора является диафрагма (мембрана) 7. Она воспри нимает импульсы давления с обеих сторон и сопоставляет разницу этих давлений с заданной величиной. При наличии рассогласования актива ция диафрагмы передается на шток 8 и перемещает затвор клапана 9 от носительно регулирующего отверстия 13. Импульс давления попадает в пространство мембранной коробки 6 над диафрагмой через входное от верстие 5 из капиллярной трубки. В трубку он попадает через отверстие в корпусе клапана спутника. Импульс давления под диафрагму отбира ется через отверстие 12 в затворе клапана 9 и проходит через отвер стия 11 в полом штоке 8. Задают автоматически поддерживаемый пере пад давления сжатием пружины настройки 4. Для этого вращают шпин дель настройки 2. Каждому числу оборотов шпинделя соответствует ав томатически поддерживаемый перепад давления на регулируемом участке. У регуляторов ASV P шпиндель настройки пружины отсут ствует, а сила упругости пружины установлена пропорционально воз действию 10 кПа. Перекрытие потока теплоносителя вручную осущест вляется вращением запорной рукоятки 1 по часовой стрелке до упора. В рабочем положении рукоятка 1 должна быть повернута против часовой стрелки до упора. Вращение рукоятки в любую сторону не изменяет на стройку клапана, т. к. установку настроечного шпинделя 2 осуществля ют торцевым ключиком через центральное отверстие в рукоятке. 153 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 152 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10 13 12 11 Рис. 5.7. Устройство автоматического регулятора перепада давления ASV PV: 1 ñ запорная рукоятка; 2 ñ шпиндель настройки пере пада давления; 3 ñ уплотнительное кольцо; 4 ñ пружина на стройки; 5 ñ входное отверстие в пространство над диафраг мой; 6 ñ мембранная коробка; 7 ñ мембрана (диафрагма); 8 ñ шток; 9 ñ затвор клапана; 10 ñ корпус; 11 ñ входное отверстие в пространство под диафрагмой; 12 ñ отверстие отбора им пульса давления под диафрагму; 13 ñ регулирующее отверстие При открывании терморегуляторов уменьшается сопротивление P 1 на них (кривая 11 верхней части рисунка) и на ASV PV соответ ственно точки С. При работе ASV PV+ASV M поддерживаемый им пе репад давления всегда равен потерям давления (без учета влияния есте ственного давления) на регулируемом участке, т. е. P PV = P ст . Однако потери давления в системе до автоматического регулятора изменяются соответственно точек А, Б и С. Поэтому для наглядности верхней части рисунка основание оси ординат является общим для указанных точек ( P А , P Б , P С ). При рассмотрении кривой 12 за основу следует прини мать P Б , кривой 10 — P А , кривой 11 — P С Для дополнительной возможности манипулирования внешними авторитетами терморегуляторов относительно перепада давления на регулируемом участке применяют комплект ASV PV+ASV І (либо USV PV+USV I). Такая надобность возникает при необходимости ог раничения максимального расхода на регулируемом участке. Совмест ная работа данного автоматического регулятора перепада давления с терморегуляторами показана на нижней части рис. 5.8 и аналогична верхней части. Однако при этом уменьшается зона 13 за счет гидравли ческого сопротивления клапана ASV І (USV I), поскольку отбор им пульса давления осуществляется до него. Смещение кривой 11 (сравни верхнюю часть рисунка с нижней) означает ограничение максимально го расхода теплоносителя относительно точки С ´ при открывании тер морегуляторов. Включение дополнительного сопротивления регули рующего клапана ASV І (USV I) в сопротивление регулируемого участка приводит также к изменению пропорции потокораспределения терморегуляторов в сторону уменьшения максимального расхода при их открывании, что аналогично влиянию дросселя терморегулятора (см. п. 4.2.4.4). Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ 155 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 154 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Отк ры ван ие тер мор егу лят ор ов Закры вани е термор егуля торо в Закрывание терморегуляторов Открывание терморегуляторов Рис. 5.8. Совместная работа терморегуляторов и автоматического ре гулятора перепада давления: 1 ñ характеристика нерегулиру емого насоса; 2 ñ характеристика системы до точки присо единения автоматического регулятора перепада давления; 3 ñ то же, с учетом пассивной составляющей потерь давления в автоматическом регуляторе перепада давления, определяе мой по параметру k vs ; 4 ñ характеристика системы в расчет ном режиме; 5 и 6 ñ характеристики системы соответственно при полностью открытых и при частично закрытых, сравни тельно с расчетным положением, терморегуляторах; 7 ñ зона диапазона изменения активной составляющей потерь давле ния на автоматическом регуляторе перепада давления; 8 ñ зона постоянного диапазона потерь давления на регулируе мом участке; 9 ñ характеристика регулируемого участка без сопротивления терморегуляторов; 9 ´ ñ то же, с учетом ASV I; 10 ñ характеристика регулируемого участка в расчетном ре жиме; 11 и 12 ñ характеристика регулируемого участка соот ветственно при полностью открытых и частично закрытых терморегуляторах; 13 ñ зона изменения диапазона потерь давления на терморегуляторах Отличительной особенностью уравнений (5.1) и (5.2) от уравне ния (5.3) является то, что потери давления P M на запорном клапане спутнике ASV М учитывают отдельной составляющей потерь давления системы. Это вызвано конструктивной особенностью данного клапана: отбор импульса давления осуществлен на выходе клапана. У клапанов спутников ASV І и USV I отбор импульса давления происходит перед регулирующим отверстием — на входе клапана. Поэтому потери давле ния, вносимые их сопротивлением, являются составляющей потерь дав ления регулируемого участка (стояка) P ст Указанный запас давления является рекомендованным, но необяза тельным. Он может быть выше, но не превышать верхнюю границу работоспособности регулятора — 120 кПа. По второму способу определяют нижнюю границу гарантирован ной работы регулятора перепада давления. Осуществляют это, прирав нивая максимально возможный расход на регулируемом участке при полностью открытых терморегуляторах к максимально возможному расходу при полностью открытом автоматическом регуляторе. Макси мальный расход на регулируемом участке находят по общему авторите ту терморегулятора основного циркуляционного кольца регулируемого участка, который характеризует потокораспределение. Его рассчитыва ют при минимальном значении внешнего авторитета a = 0,5 и мини мальном сопротивлении дросселя терморегулятора. У остальных тер морегуляторов будет примерно такое же потокораспределение, т. к. при гидравлическом уравновешивании циркуляционных колец по мере приближения к автоматическому регулятору у них уменьшается на стройка дросселя, но увеличивается внешний авторитет (смотри ниж ние заштрихованные строчки таблицы примера 15 при внешнем автори тете a = 0,5 с настройкой N и внешним авторитетом a = 1,0 с настрой кой 4). Следовательно, суммарное потокораспределение терморегуля торов равно потокораспределению регулируемого участка (стояка либо приборной ветки) в целом. Максимальный расход на автоматическом регуляторе определяют по уравнению в табл. 3.1. В результате получа ют уравнение требуемого запаса давления для автоматического регуля тора P , бар: (5.4) где V max — максимально возможный расход теплоносителя на регулиру емом участке (стояке либо приборной ветке), м 3 /ч; k vs — максимальная пропускная способность автоматического регулирующего клапана, (м 3 /ч)/бар 0,5 ; p — количество терморегуляторов на регулируемом Δ Δ Δ 157 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА На рис. 5.8 указана пассивная составляющая потерь давления в ав томатическом регуляторе перепада давления, равная разнице между кривой 3 и кривой 2. Пассивная составляющая характеризует регуля тор при полностью поднятом затворе клапана, т. е. в максимально от крытом положении. Ее определяют по уравнению в табл. 3.1, исполь зуя максимальную пропускную способность автоматического регуля тора k vs . Такой подход позволяет рассмотреть работу автоматического регулятора во всех режимах работы терморегуляторов и предотвра тить потерю регулируемости. Потеря регулируемости может возник нуть вследствие полного открывания терморегуляторов при запуске системы, ее выходе в рабочий режим после ночного режима и т. д. Ес ли при этом сопротивление регулируемого участка становится мень ше автоматически поддерживаемого регулятором, а максимальная пропускная способность регулируемого участка больше максималь ной пропускной способности регулятора, то мембрана залипает к мем бранной коробке, т. е. кривая 5 совпадает с кривой 3 на рис. 5.8. Тогда в системе происходит неконтролируемое перераспределение потоков между регулируемыми участками и, как следствие, неравномерный прогрев помещений. Предотвращают такое развитие ситуации несколькими способами: ориентировочным либо расчетным завышением располагаемого давле ния системы. По первому способу ориентировочный запас давления опреде лен опытным путем и равен 8...10 кПа. С учетом такого подхода рас полагаемое давление системы P с при использовании комплекта ASV PV+ASV М должно cоставлять: (5.1) при комплектации ASV P+ASV М — (5.2) при комплектации ASV PV+ASV І либо USV PV+USV I — (5.3) где (0,8…1)10 4 — запас давления на стабильную работу автоматичес кого регулятора перепада давления, Па; P ст — потери давления на регулируемом участке (стояке), Па; P M — потери давления на запор ном клапане спутнике ASV М; P mp — потери давления на участке системы до точек отбора импульса давления для автоматического ре гулятора (в трубопроводах…), Па; 1 10 4 — автоматически поддержи ваемый регулятором ASV P перепад давления на регулируемом участке, Па. Δ Δ Δ Δ 156 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Потери давления в стояке (подсистеме) без учета потерь давления в терморегуляторе определяют пропорционально длине трубопроводов: P - ст = P - (60/90) = 9,0 (60/90) = 6,0 кПа. Внешний авторитет терморегулятора в этом случае составит: Потери давления в стояке: P ст = 6,0 + 20,0 = 26 кПа. Этот перепад давления должен поддерживать ASV PV Plus +ASV М, т. е. P PV = P ст . Выбирают типоразмер автоматического регулятора перепада давления по диаметру стояка 25 мм. Его максимальная пропу скная способность k vs = 4,0 (м 3 /ч)/бар 0,5 ). Определяют минимальный запас давления для автоматического регулятора по уравнению (5.4): Допускается принимать диаметр автоматического регулятора пе репада давления с меньшим либо большим диаметром относительно стояка, при этом соответственно увеличится или уменьшится мини мальный запас давления. Запас давления для клапана спутника (ASV М) принимают таким же, как и для ASV PV Plus, т. е. равным 5,5 кПа. Это обусловлено тем, что у клапана спутника одинаковая с регулятором максимальная про пускная способность. Тогда общий минимальный запас давления для комплекта ASV PV Plus +ASV М составляет 5,5 + 5,5 = 11,0 кПа. Общие потери давления в системе обеспечения микроклимата с учетом ASV PV Plus + ASV М P с = 29,0 +11,0 = 40,0 кПа. Определяют настройку автоматического регулятора перепада давления по приведенной таблице: Для установки регулятора на давление P ст = 26 кПа необходимо сделать 14 оборотов шпинделя настройки (см. рис. 5.7) против часо вой стрелки. Отсчет следует производить от закрученного до упора шпинделя. В углублении сверху запорной рукоятки необходимо Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ 159 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА участке, шт.; V N j — номинальный расход на терморегуляторе, м 3 /ч; a * j — общий авторитет терморегулятора; V N — номинальный расход на регулируемом участке (стояке либо приборной ветке), м 3 /ч; a * cm — общий авторитет регулируемого участка. Пример 18. Проектируют двухтрубную систему обеспечения ми кроклимата с терморегуляторами RTD N20 UK. Общий авторитет терморегулятора а * = 0,276 при внешнем авторитете а = 0,5 с на стройкой N (см. пример 15; k vs =1,00(м 3 /ч)/бар 0,5 ; k v =0,67(м 3 /ч)/бар 0,5 ). Расход теплоносителя в нем V N = 0,3 (м 3 /ч). Граница бесшумности терморегулятора P = 27 кПа. Протяженность основного циркуля ционного кольца l = 90 м (от насоса до самого удаленного теплообменно го прибора и обратно). Высота самого удаленного стояка в основном циркуляционном кольце h l = 30 м (общая длина трубопроводов стояка 2 30 = 60 м). Диаметр стояка 25 мм. Расход теплоносителя в стояке V N = 0,8 (м 3 /ч). Необходимо определить целесообразность установки регулятора перепада давления на стояке и потери давления в системе. Решение. Определяют потери давления в системе без терморегуля тора из условия обеспечения его внешнего авторитета а = 0,5 относи тельно автоматически поддерживаемого давления у насоса: Потери давления в терморегуляторе Суммарные потери давления в основном циркуляционном кольце системы P с = P - + P T = 9,0 + 20,0 = 29,0 кПа. Полученное давление может возникнуть на терморегуляторах в процессе эксплуатации системы (при закрытии большинства терморе гуляторов). Т. к. это давление превышает минимальный перепад давле ния по условию бесшумности терморегуляторов P = 27 кПа, необходи мо обязательно устанавливать автоматический регулятор перепада давления по схеме на рис. 3.3,й. Принимают к установке автоматический регулятор перепада да вления ASV PV Plus+ASV М. Регулируемый ним участок системы обеспечения микроклимата образует подсистему, которой является стояк со свойственным только ему гидравлическим режимом: автома тически поддерживаемым перепадом давления. Δ Δ Δ Δ Δ 158 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Перепад давления ΔΔP ст , кПа 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 Количество оборотов шпинделя 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Особенностью определения минимального запаса давления для ком плектов ASV PV+ASV І и USV PV+USV I является то, что запас давле ния определяют лишь для автоматических регуляторов, т. к. потери давле ния клапанов спутников ASV І или USV I включают в общие потери дав ления подсистемы (стояка или приборной ветки). Кроме того, эти клапа ны спутники, внося дополнительное сопротивление и уменьшая внешние авторитеты терморегуляторов, ограничивают максимальный поток (см. последнюю строку в таблице примера 15 при a = 0,3). Вследствие это го максимальный поток через автоматический регулятор примерно будет равен номинальному потоку. Тогда запас давления для автоматического ре гулятора определяют по левой части уравнения (5.4) с заменой V max на V N В примере 18 необходимость применения автоматических регуля торов перепада давления обусловлена нормативным требованием по шуму в помещении, если располагаемый перепад давления системы превышает границу бесшумности терморегуляторов. Но даже если это требование соблюдено без автоматических регуляторов, то целесооб разность их применения заключается также в устранении перетоков теплоносителя между стояками (приборными ветками). Совместная работа автоматических регуляторов перепада давления, установленных на двух стояках, показана на рис. 5.9. На графике рассмотрено осредненное действие группы терморегуля торов. Аналогичную оценку распространяют и на осредненную работу групп автоматических регуляторов перепада давления, установленных на стояках разных фасадов здания. Если система обеспечения микрокли мата состоит из двух стояков с одинаковыми характеристиками 10, тогда их параллельному присоединению соответствует результирующая кри вая 4. Частичное закрывание группы терморегуляторов одного из стоя ков (верхний график) уменьшает расход теплоносителя на G как в дан ном стояке, так и в системе в целом, что приводит к изменению характе ристики системы по кривой 6. Поскольку при этом возрастает давление в системе, автоматические регуляторы перепада давления на обоих стоя ках, пропорционально реагируя, прикрывают клапанами регулирующие отверстия и увеличивают потери давления P к относительно точек |