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. Таким образом, гидравлические режимы стояков не взаимосвязаны. Любые изменения расходных характеристик стояка не влияют на рабо ту остальных стояков. Между стояками не возникает перераспределения теплоносителя при закрытии части терморегуляторов. Реагирование автоматических регуляторов на изменение гидравлического режима сис темы, по сравнению с терморегуляторами, практически моментальное. Это дает возможность получить дополнительный экономический и са нитарно гигиенический эффект. Гидравлическое перераспределение Δ Δ 161 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА приклеить самоклеящуюся этикетку с указанием выставленного пере пада давления. После определения запаса давления на автоматический регулятор основного циркуляционного кольца системы для остальных аналогичных регуляторов запас давления не рассчитывают, у них он будет выше, но необходимо, чтобы не превышал 120 кПа. Регулятор перепада давления исключает гидравлическое влияние элементов системы, установленных до точек отбора импульсов давле ния. Если сопротивление этих элементов превышает необходимый минимум запаса давления для его работоспособности (рекомендуется не менее 8...10 кПа; по расчету примера 18 – 11 кПа), то проявляется эффект снижения сопротивления системы, причем эффект будет тем значительнее, чем ближе к терморегулятору расположен регулятор перепада давления. Для получения вышеуказанного эффекта необходимо устанавли вать регулятор перепада давления на поквартирных приборных ветках (см. рис. 9,13...9,18). Применение такого регулятора на общем стояке си стемы с горизонтальными ветками зачастую оказывается менее эффек тивным, поскольку в регулируемом участке исключается всего лишь незначительная часть сопротивления, создаваемая магистральными трубопроводами. Получаемый эффект приводит к экономии капитальных и эксплуа тационных затрат. При сохранении одинакового сопротивления срав ниваемых вариантов получают снижение капитальных затрат за счет применения трубопроводов и фитингов меньшего диаметра. Но такой подход не является лучшим решением. Он приводит к увеличению ско рости теплоносителя в трубопроводах и, следовательно, к вероятности шумообразования. Гораздо целесообразнее воспользоваться преимуще ствами снижения сопротивления. В таком случае уменьшаются капи тальные затраты на приобретение насоса с меньшим напором, а также снижаются эксплуатационные затраты на перекачивание теплоносите ля. Поскольку потребляемая мощность насоса напрямую зависит от сопротивления системы, то полученное снижение сопротивления сис темы с автоматическими регуляторами перепада давления дает такую же экономию электропотребления насоса. При потерях давления в циркуляционном кольце стояка (прибор ной ветки), равных 4…6 кПа, без учета потерь давления в терморегуля торе целесообразнее, с финансовой точки зрения, применять комплект ASV P+ASV М. Он автоматически поддерживает перепад давления на уровне 10 кПа. 160 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА при работе терморегуляторов будут возникать лишь в пределах стояка. Полного устранения перетоков теплоносителя между теплообменными приборами с терморегуляторами достигают при проектировании систем обеспечения микроклимата по схемам на рис. 3.4. На рис. 5.8 и рис. 5.9 условно показаны зоны автоматически поддер живаемого перепада давления на регулируемых участках P ст = const. Высота этих зон зависит от перепадов давления, установленных на автоматических регуляторах. Решаемые задачи автоматическими регуляторами перепада давле ния в системах обеспечения микроклимата: предотвращение шумообразования терморегуляторов автома тическим поддержанием перепада давления на заданном уров не; предотвращение шумообразования в трубопроводах и элемен тах систем ограничением максимального потока теплоносите ля; обеспечение оптимальных условий работы терморегуляторов во всех режимах их работы; создание условий эффективного потокораспределения термо регуляторами образованием подсистем в пределах регулируе мых участков, по располагаемому давлению которых определя ют внешние авторитеты терморегуляторов; обеспечение дополнительного экономического и санитарно гиги енического эффекта моментальным предотвращением перето ков теплоносителя между подсистемами; упрощение гидравлических расчетов дроблением разветвленных систем на подсистемы, в пределах которых уравновешивают циркуляционные кольца; стабилизация работы системы в течение длительного времени эксплуатации компенсацией возрастания гидравлического со противления элементов системы от коррозии и накипи; устранение влияния естественного давления до регулируемого участка; упрощение монтажа и обслуживания системы совмещением функций перекрытия регулируемого участка, спуска теплоно сителя, спуска воздуха, возможностью компьютерной диагнос тики; автоматическая балансировка системы после ее модернизации (расширения и т. п.); снижение энергопотребления насосов. Δ 163 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 162 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Рис. 5.9. Взаимодействие группы автоматических регуляторов перепа да давления: условные обозначения см. к рис. 5.8; 14 ñ зона потерь давления на автоматических регуляторах перепада давления в расчетном режиме системы, 15 ñ зона потерь давления на автоматических регуляторах перепада давления при уменьшении расхода теплоносителя в системе 5.3. Автоматические регуляторы расхода Автоматические регуляторы рас хода теплоносителя применяют для создания постоянного гидравличес кого режима в двухтрубных и одно трубных системах обеспечения мик роклимата. Они реагируют на изме нение расхода регулируемого участка и стабилизируют его на заданном уровне. Изготавливают их с услов ным диаметром подключения 15, 20, 25 и 32 мм. Резьба присоединения в зависимости от модификации может быть внутренней и наружной. Общий вид регулятора показан на рис. 5.10. Каждый типоразмер регулятора расхода имеет свойственную только ему шкалу настройки: для ASV Q15 — от 1 до 8; ASV Q20 — от 2 до 14; ASV Q25 — от 4 до 16; ASV Q32 — от 5 до 30. Положение настройки означает автоматически поддерживаемый расход теплоносителя в гектолитрах [гл] ([hl]) при потере давления на регуляторе, равной 25 кПа, т. е. при настройке 2 автоматически поддер живаемый расход равен 200 л, настройке 25 — 2500 л и т. д. Диапазоны настроек различных типоразмеров регуляторов перекрывают друг друга. Это позволяет выбирать регулятор по диаметру трубопровода, на который его устанавливают. Размещают регулятор на подающем либо на обратном трубопрово де стояка или приборной ветки. При этом переменой местом с заглуш кой устанавливают дренажный кран со стороны спуска теплоносителя. Автоматический регулятор расхода относят к классу регуляторов прямого действия. Воздействие его измерительного элемента на регу лирующий элемент осуществляется непосредственно, т. е. без примене ния дополнительного источника энергии (рис. 5.11). Измерительным элементом регулятора является диафрагма (мембрана) 4. Она воспри нимает импульсы давления с обеих сторон и сопоставляет их разницу с заданной величиной. При наличии рассогласования давлений происхо дит активация диафрагмы, которая передается на затвор 9, поддержи вая потери давления на дросселе 8, равные 15 кПа. Любые колебания давления в системе моментально компенсируются перемещением затвора клапана, не допуская превышения расхода теплоносителя через 164 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА клапан. Импульсы давления, отбираемые до регулирующе го отверстия и после него, че рез внутренние каналы в регу ляторе попадают в мембран ную коробку 3 с разных сто рон диафрагмы 4. Задают ав томатически поддерживае мый расход вращением руко ятки настройки 2, выставляя дроссель в необходимое поло жение настройки. Дроссель имеет криволинейную щель и по конструкции подобен дросселю терморегулятора (рис. 4.18). При настройке 8 дроссель полностью открыт. Выбранное положение на стройки фиксируют нажати ем штопорной пластинки и пломбируют. Перекрытие по тока теплоносителя вручную осуществляют вращением ру коятки 2 по часовой стрелке до упора. При этом перемеща ется шток 6 с затвором 9. В ра бочем режиме рукоятка 2 повернута против часовой стрелки до упора. Положение настройки регулятора при ручном перекрытии потока теп лоносителя не сбивается. Рекомендованные минимальные потери давления на ASV Q состав ляют 20 кПа, максимальные — 80 кПа. Расход теплоносителя через клапан ASV Q может быть проконтро лирован прибором PFM 3000. Отбор импульсов давления осуществля ют через специальные ниппели. Регуляторы поддерживают постоянный расход теплоносителя на стояках (приборных ветках) с терморегуляторами либо без них. Взаимо действие регуляторов с терморегуляторами показано на рис. 5.12. При за крывании терморегуляторов возрастает сопротивление регулируемого участка на P . Характеристика регулируемого участка 4 стремится за нять положение 5. Но на клапане ASV Q пропорционально уменьшают ся потери давления P Q , т. е. P Q = P . Такая компенсация давления Δ Δ Δ Δ 165 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Рис. 5.10. Общий вид автома тического регулятора расхода ASV Q 1 2 3 4 6 5 7 8 9 10 13 12 11 Рис. 5.11. Устройство автоматического регулятора расхода ASV Q: 1 ñ ограничительный шпиндель; 2 ñ ру коятка настройки; 3 ñ мембранная ко робка; 4 ñ регулирующая мембрана; 5 ñ пружина настройки; 6 ñ шток; 7 ñ кор пус; 8 ñ дроссель; 9 ñ затвор; 10 ñ спуск ной кран; 11 ñ заглушка; 12 ñ пробка; 13 ñ указатель настройки характеризует сопротивление регулируемого участка при полностью открытых терморегуляторах. Ее определяют по максимальной пропуск ной способности терморегуляторов k vs Выделенная заштрихованная зона между кривыми 5 и 6 охватывает диапазон возмущений гидравлических параметров регулируемого участка, которые устраняет автоматический регулятор расхода ASV Q. При этом авторитет узла обвязки теплообменного прибора остается постоянным. Подбор регулятора ASV Q рассмотрен в примере 19. Пример 19. Проектируют систему обеспечения микроклимата со стояками, в которых предусматривают постоянный гидравлический режим. Перепад давления в точках присоединения стояка к разводя щим магистралям P = 0,4 бар, номинальный расход теплоносителя в стояке V ст = 1 м 3 /ч. Необходимо подобрать типоразмер автоматического регулятора расхода и его настройку; определить располагаемый перепад давления на стояке P ст . Решение. По расходным характеристикам ASV Q, приведенным в техническом описании регулятора, выбирают наименьший типоразмер клапана по расходу V ст = 1 м 3 /ч. Это регулятор ASV Q 20. Его расход ная характеристика показана на рис. 5.13. По расходной характеристике регулятора определяют потери давле ния на ASV Q 20. Для этого проводят горизонтальную линию от значения расхода стояка V ст = 1 м 3 /ч (см. рис. 5.13) до пересечения с расходной ха рактеристикой регулятора при настройке 10. Затем проводят верти кальную линию вниз либо вверх в зависимости от принятых единиц изме рения давления. В результате получают потери давления P Q = 25 кПа (0,25 бар) в ASV Q 20. Определяют располагаемое давление в стояке: P ст = P – P Q = 40 – 25 = 15 кПа. Исходя из этого перепада давления, следует конструировать стояк. В данном примере была рассмотрена прямая задача гидравлическо го расчета, т. е. при известном перепаде давления в точках присоедине ния стояка. В обратной гидравлической задаче вначале конструируют стояк основного циркуляционного кольца, определяют потери давле ния в нем, затем выбирают ASV Q и его настройку по номинальному расходу стояка и минимальным потерям давления в регуляторе. Далее Δ Δ Δ Δ Δ Δ 167 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА оставляет характеристику 4 на прежнем месте, т. к. автоматический регу лятор является составной частью регулируемого участка. При открыва нии терморегулятора происходит аналогично противоположная работа. Таким образом, на регулируемых участках в отдельности и в системе обеспечения микроклимата в целом расход теплоносителя G с и перепад давления P c остаются постоянными. На рис. 5.12 показаны характеристики 5 и 6, которые приобретает регу лируемый участок без автоматического регулятора расхода соответствен но при полностью закрытых и полностью открытых терморегуляторах. Кривая 5 характеризует сопротивление регулирующего участка, созда ваемое циркуляцией теплоносителя через замыкающие участки либо обводные участки узлов обвязки теплообменных приборов. Кривая 6 Δ 166 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Рис. 5.12. Совместная работа ASV Q с терморегуляторами: 1 ñ характери стика насоса; 2 ñ характеристика регулируемого участка без уче та потерь давления в ASV Q и терморегуляторах; 3 ñ то же, с уче том потерь давления в ASV Q; 4 ñ характеристика регулируемо го участка в расчетном режиме и в рабочем режиме при нали чии ASV Q; 5 и 6 ñ характеристики регулируемого участка без ASV Q соответственно при полностью закрытых и полностью открытых терморегуляторах 5.4. Стабилизаторы расхода Стабилизатор расхода является новым поколением автоматических регуляторов. Он позволяет во многом упростить проектирование и экс плуатацию систем с постоянным гидравлическим режимом, а самое главное — обеспечить за данный расход теплоноси теля у пользователя. Этот клапан выполняет те же функции, что и автомати ческий регулятор расхода, рассмотренный в п.р. 5.3, однако имеет конструктив ные отличия, которые вли яют на гидравлические па раметры регулируемого участка. Общий вид кла панов AQ показан на рис. 5.14. Клапаны малого диаметра выполнены резь бовыми, большого — уста навливаются между флан цами на трубах. Стабилизатор расхода относится к регуляторам прямого действия. Основ ным элементом клапана яв ляется картридж, который вставляют в корпус клапана. Картридж (рис. 5.15) состоит из неподвиж ного полого затвора клапана 6 со специально профилированными боковыми регулирующими отверстиями 7 (аналогично нижней части рис. 3.5), в который вставлена подвижная подпружиненная гильза 4 со сменной шайбой 1. Шайба является измерительным элементом клапа на. Поток теплоносителя проходит через отверстие шайбы 2 и создает перепад давления на ней. Этот перепад перемещает гильзу 4 относи тельно затвора клапана 6, соответственно прикрывая регулирующие от верстия 7. Положение гильзы 4 уравновешивается силой упругости пружины 5. При этом расход теплоносителя, проходящего через карт ридж, остается постоянным в пределах зоны регулирования. Заданный расход обеспечивают подбором шайбы 1 соответствующего типа. Шай бу с необходимым диаметром отверстия 2 устанавливают в картридж и 169 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА определяют необходимое располагаемое давление в системе. В регуляторах остальных стояков потери давления будут выше. Клапаны ASV Q сняты с производства. На смену пришли более современные клапаны — AB QM. Решаемые задачи автоматическим регулятором расхода в систе мах обеспечения микроклимата: предотвращение шумообразования терморегуляторов и трубо проводов автоматическим поддержанием расхода теплоноси теля на заданном уровне; обеспечение оптимальных условий работы терморегуляторов во всех режимах их работы; получение дополнительного экономического и санитарно гигиени ческого эффекта моментальным предотвращением перетоков теплоносителя между стояками (приборными ветками) системы; стабилизация работы системы в течение длительного времени эксплуатации компенсацией возрастания гидравлического сопротивления элементов системы от коррозии и накипи; упрощение монтажа и обслуживания системы за счет совмеще ния функции перекрытия потока, спуска теплоносителя, компьютерной диагностики; упрощение балансировки системы по визуальной шкале настрой ки, нанесенной на рукоятку; автоматическая балансировка системы после ее модернизации (расширение и т. п.). 168 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ∆P Q Q V V Q ∆P Q ∆t = 20 t = 40 ∆ 0,1 20 30 40 50 60 70 80 2000 1500 1200 1000 800 600 500 400 300 200 150 100 0,2 0,1 5,0 6,0 8,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 40,0 50,0 60,0 80,0 100,0 50,0 40,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 8,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,5 0,12 0,15 0,2 0,25 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 14 12 10 8 6 4 2 Рис. 5.13. Расходная характеристика ASV Q 20 Рис. 5.14. Стабилизаторы расхода AQ d = 15...50 d = 50...80 d = 100...350 потерь давления на участке при полностью открытых терморегуляторах и минимального запаса давления на клапане. В практике проектирова ния систем обеспечения микроклимата рекомендуется увеличивать этот запас на 10 %. Такой подход применяют для одной из подгрупп ре гуляторов с аналогичными расходами. Из подгруппы следует выбирать регулятор, находящийся в самых неблагоприятных условиях (как правило, самый удаленный). В остальных регуляторах запас давления будет выше. Гидравлическую диагностику клапана осуществляют прибором PFM 3000. Для этого в корпусе клапана предусмотрены штуцеры отбо ра импульсов давления. При этом проверяют лишь перепад давления на клапане, исходя из условия превышения его над минимальным значением P min (рис. 5.16), которое указано в техническом описании картриджа. В дополнение следует отметить, что малые габариты данных клапа нов позволяют устанавливать их непосредственно в узлах обвязки теп лообменных приборов (рис. 3.4,а). При этом устраняются перетоки теп лоносителя между теплообменными приборами и влияние естественно го давления. Отпадает необходимость гидравлического уравновешива ния стояков, ответвлений и т. п. Стабилизатор расхода решает те же задачи, что и регулятор расхода (п. р. 5.3). Изменить расход в стабилизаторе расхода можно лишь заменой картриджей при отключенной системе, что усложняет возмож ность несанкционированного вмешательства пользователя и возможность регулировки системы в случае необходимости. Δ 171 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА фиксируют стопорным кольцом 3. Кроме того, для стабилизаторов рас хода большого диаметра (см. рис. 5.14 при d = 100…350) заданный рас ход обеспечивают еще и набором картриджей, которые вставляют в гнезда. При необходимости, некоторые гнезда могут быть заглушены специальными пробками. Весь подбор стабилизатора расхода при этом сводится к определению количества картриджей, суммарный расход через которые должен равняться заданному расходу. Стабилизатор расхода создает три характерные зоны влияния на ре гулируемый участок (рис. 5.16). В первой зоне ( |