Гидравлический режим тепловых сетей

Гидравлический режим закрытых сетей

Одно из важных условий нормальной работы систем теплоснабжения заключает­ся в обеспечении в тепловой сети перед групповыми или местными тепловыми пунктами (ГТП или МТП) располагаемых напоров, достаточных для подачи в або­нентские установки расходов воды, соот­ветствующих их тепловой нагрузке.

Задача расчета гидравлического режима сети заключается в определении расходов сетевой воды у абонентов и на отдельных участках сети, а также давлений (напоров) и располагаемых перепадов давлений (на­поров) в узловых точках сети, на групповых и местных тепловых пунктах (абонентских вводах) при заданном режиме работы сети.

Заданными обычно являются схема теп­ловой сети, сопротивления s всех ее участ­ков, давления (напоры) на подающем и об­ратном коллекторах ТЭЦ или располагае­мый перепад давлений (напоров) на коллек­торах ТЭЦ и давление (напор) в нейтраль­ной точке сети. При наличии на абонент­ских вводах авторегуляторов известны так­же расходы сетевой воды у абонентов, по­скольку эти расходы поддерживаются с по­мощью авторегуляторов на заданном уров­не. В этом случае по известным расходам сетевой воды у абонентов находят расходы воды на всех участках тепловой сети, а за­тем потери давления (напора) на всех участ­ках сети и строят пьезомет­рический график, по которому определяют давления (напоры) в узловых точках тепло­вой сети и на абонентских вводах.

При отсутствии в ГТП или на МТП авто­регуляторов расход сетевой воды у абонентов заранее неизвестен и определение их является одной из основных задач расчета гидравлического режима тепловой сети. Для решения этой задачи необходимо знать кроме сопротивлений всех участков тепло­вой сети также и сопротивления всех МТП и абонентских установок. Рассмотрим ме­тод расчета расхода воды у абонентов теп­ловой сети при отсутствии авторегуляторов на абонентских вводах.

На рис. 32 приведена схема тепловой сети в однолинейном и двухлинейном изо­бражениях. Примем следующую систему обозначений. Нумерация участков сети и абонентов начинается от станции. Участ­ки магистрали нумеруются римскими циф­рами, а ответвления к абонентам и абонен­ты — арабскими.

а – однолинейное изображение; б – двухлинейное изображение   Рисунок 32. Схема тепловой сети

Суммарный расход воды в сети обозна­чим буквой V без индекса. Расход воды че­рез абонентскую систему — буквой V с ин­дексом, равным номеру абонента. Напри­мер, V_m — расход воды через абонентскую систему т.

Относительный расход воды через або­нентскую систему, т.е. отношение расхода через абонентскую систему к суммарному расходу воды в сети, обозначим V с индек­сом. Например, относительный расход во­ды у абонента V_m = V_m /V.

Расход воды у абонента 1 может быть найден из уравнения

, (1)

где s₁ — сопротивление абонентской уста­новки 1, включая ответвление; s_1-5— со­противление тепловой сети со всеми от­ветвлениями и абонентскими системами

от абонента 1 до абонента 5 включительно.

Если к тепловой сети присоединено п абонентов (рис. 6.9), то относительный рас­ход воды через систему любого абонента т равен:

(2)

По (2) можно найти расход воды че­рез любую абонентскую систему, если из­вестны суммарный расход воды и сопро­тивления участков сети. Из (2) следует:

1. Относительный расход воды через абонентскую систему зависит только от со­противления сети и абонентских установок и не зависит от абсолютного расхода воды в сети.

2. Если к сети присоединено п абонен­тов, то отношение расходов воды через або­нентские установки d и т, где d< m, зависит только от сопротивления системы, начиная от узла d до конца сети, и не зависит от со­противления сети до узла d:

(3)

При изменении сопротивления на ка­ком-либо участке тепловой сети у всех або­нентов, расположенных между этим участ­ком и концевой точкой сети, расход воды изменяется пропорционально. В той части сети, где расход меняется пропорциональ­но, достаточно определить степень измене­ния расхода φ только у одного абонента.

Если в тепловой сети работают насос­ные подстанции, то при расчете гидравли­ческого режима частное от деления напора насоса на квадрат расхода воды через насос учитывают как отрицательное сопротивле­ние насоса:

(4)

где Н_н.п.и V_н.п — напор насосной подстан­ции, м, и расход воды через нее, м /с.

Суммарный расход воды в тепловой се­ти (см. рис. 33)

Рисунок 33. Схема тепловой сети

(5)

где Н — напор на коллекторах ТЭЦ, м; ^s_An ^— суммарное сопротивление тепловой сети, м∙с²/м⁶.

По известным расходам сетевой воды на участках сети и известным сопротивлениям этих участков строят пьезометрический график, по которому определяют напоры (давления) в узловых точках сети и на абонентских вводах.

а – при отключении абонента; б – при изменении напора на станции   Рисунок 34. Изменение пьезометрического графика двухтрубной водяной тепловой сети

Характер ожидаемой разрегулировки при любых переключениях в тепловой сети легко установить на основе общей зависимо­сти расходов воды от сопротивлений отдель­ных элементов тепловой сети по (2) и (3).

Расчет необходим только для выявления количественных значений разрегулировки. Так, если от тепловой сети (рис. 34, а) от­ключится какой-либо абонент x, то суммар­ное сопротивление сети увеличится, при этом, как видно из (5), суммарный рас­ход воды в сети уменьшится. Вследствие уменьшения расхода воды в тепловой сети уменьшится потеря напора в ее магистра­лях на участке между станцией и точкой присоединения абонента x, пьезометриче­ский график этого участка магистрали бу­дет более пологим (штриховые линии на рис. 34, a).

Так как в точке x магистральной тепло­вой сети увеличится располагаемый напор, то увеличится расход воды в сети на участ­ке между точкой хи концевым абонентом, в результате чего пьезометрический график этого участка будет более крутым.

Как следует из (2), у всех абонентов, расположенных между точкой x и концевой точкой сети, произойдет пропорциональная разрегулировка, т.е. степень изменения рас­хода воды у всех абонентов будет одинако­ва (φ = idem):

φ = V_п/V_д ,

где V_п— расход воды у абонентов после от­ключения абонента в точке хтепловой сети; V_д— расход воды у абонентов до отключе­ния абонента в точке х.

У всех абонентов, расположенных меж­ду станцией и точкой х,произойдет непро­порциональная разрегулировка, т.е. степень изменения расхода воды φ будет различной у разных абонентов. Минимальное значе­ние φ = 1 будет иметь место у абонента, рас­положенного непосредственно вблизи стан­ции. Максимальное значение φ > 1 будет иметь место у всех абонентов, присоеди­ненных к сети в точке хи после точки хпо ходу теплоносителя от ТЭЦ.

Если на станции изменяется располагае­мый напор, а сопротивление сети s остается неизменным (см. рис. 34, б), то, как видно из (5), суммарный расход воды в тепло­вой сети, а также расходы воды у всех або­нентов изменяются пропорционально кор­ню квадратному из располагаемого напора на станции.

Гидравлический режим открытых систем

Основная особенность гидравлического режима открытых систем теплоснабжения заключается в том, что при водоразборе расход воды в обратном трубопроводе теп­ловой сети меньше расхода в подающем трубопроводе. Разность расходов воды в подающем и обратном трубопроводах рав­на водоразбору плюс утечки из системы.

1 – подающая линия; 2 – обратная линия при отсутствии водоразбора; 3 – обратная линия при водоразборе, равном 30% расхода воды в подающей линии   Рисунок 35. Пьезометрический график открытой системы теплоснабжения со связанным автоматическим регулированием на абонентских вводах

На рис. 35 показан пьезометрический график открытой системы теплоснабжения, в которой абонентские вводы оснащены ав­томатикой и работают по принципу связан­ного регулирования. В рас­сматриваемой системе пьезометрический график подающей линии тепловой сети со­храняется неизменным при любом водораз­боре, так как расход воды в подающей ли­нии тепловой сети поддерживается посто­янным с помощью регуляторов расхода, ус­тановленных на абонентских вводах.

Положение пьезометрического графика обратной линии тепловой сети зависит от водоразбора. С увеличением водоразбора уменьшается расход воды по обратной ли­нии, и пьезометрический график обратной линии становится более пологим. Когда водоразбор равен расходу воды в подающей линии тепловой сети, расход воды в обрат­ной линии равен нулю, пьезометрический график обратной линии принимает вид го­ризонтальной прямой. При одинаковых диаметрах подающей и обратной линий те­пловой сети и отсутствии водоразбора пье­зометрические графики этих линий распо­лагаются симметрично.

Часто в открытых системах теплоснаб­жения вместо регулятора расхода устанав­ливаются постоянные сопротивления (ПС) — дросселирующие вставки на подающей и обратной линиях сети перед узлом водораз­бора. В таких сетях изме­нение водоразбора или перераспределение водоразбора между подающей и обратной линиями вызывает изменение расходов во­ды не только в обратной, но и в подающей линии тепловой сети. В этих условиях осу­ществлять центральное регулирование ото­пительной нагрузки можно только в том случае, если степень изменения расхода во­ды через отопительные системы φ одинакова у всех абонентов.

Теоретические исследования гидравли­ческого режима открытых систем тепло­снабжения, проведенные С.А. Чистовичем,показывают, что для выполнения это­го условия начальная регулировка сети при выключенном водоразборе должна прово­диться по принципу так называемой «гори­зонтальной дорожки», т.е. так,чтобы при чисто отопительной нагрузке сети на всех абонентских вводах были одинаковые пол­ные напоры в подающей линии перед элева­торами и одинаковые полные напоры в об­ратной линии после отопительных устано­вок.

Водоразбор из подающей линии должен осуществляться перед элеватором после ПС, а водоразбор из обратной линии — непосредственно после отопительных устано­вок перед ПС. Если приэтом в условиях эксплуатации у всех абонентов поддержи­вается одинаковое отношение водоразбора к расчетному расходу воды на отопление, то получается одинаковая степень измене­ния расхода воды ф на отопление у всех абонентов. На рис. 6.16, a показана принци­пиальная схема такой тепловой сети, а на рис. 6.16,б — пьезометрический график этой сети при отсутствии водоразбора.

При выключенном водоразборе напоры в подающей линии перед элеваторами всех абонентов, присоединенных к тепловой се­ти, равны Н_{п. э}, а напоры в обратной линии после всех отопительных установок Н_о.э. Располагаемый напор в элеваторных узлах всех отопительных установок один и тот же ∆Н_э = Н_{п. э} – Н_{о. э}

Сопротивление подающей линии (от по­дающего коллектора ТЭЦ до элеваторного узла) такой эквивалентной сети, м∙с /м,

Сопротивление элеваторного узла

Сопротивление обратной линии

Суммарное сопротивление сети

где V — суммарный расчетный расход во­ды на отопление при полностью выключен­ном водоразборе, м /с; Н_п, Н_п.э, Н_о.э, Н_о— полные напоры, м.

Гидравлические режимы открытых систем теплоснабжения существенно сложнее гидравлических режимов закрытых систем. Это обусловлено тем, что нагрузка горячего водоснабжения, резко переменная в течение суток, непосредственно отражается на расходах воды в сети и давлениях в подающей и обратной линиях. Эти параметры значительно изменяются как в течение су­ток, так и в течение отопительного сезона.

9 Контрольные вопросы

1 Как определяется мощность, потребляемая насосами при номинальном режиме и при режимах, отличных от номинальных?

2 В чем состоят методы построения суммарной характеристик группы m параллельно или последовательно включенных насосов?

3Что такое гидравлическая устойчивость системы теплоснабжения?

4 Что такое нейтральная точка тепловой сети? С помощью какого устройства поддерживается постоянное давление в нейтральной точке?

5 Почему в неавтоматизированных системах теплоснабжения коэффициент гидравлической устойчивости абонентских установок, присоединенных в конце магистрали, ниже, чем в начале магистрали?

6 Что такое нейтральная точка тепловой сети? С помощью какого устройства поддерживается постоянное давление в нейтральной точке?

7 Что понимается под начальной регулировкой тепловой сети открытой системы теплоснабжения по принципу «горизонтальной дорожки»? Для какой цели производится такая регулировка?

8 В чем состоит метод расчета потоко распределения в кольцевой сети?

9 В чем состоит метод расчета потоко распределения в водяной тепловой сети, питаемой от двух теплоисточников?

10 Что такое гидравлический удар в тепловой сети? Какова его причина?

11 Приведите формулу Жуковского для расчета давления гидравлического удара. На основе каких законов получена эта формула?

12 Почему давление гидравлического удара пропорционально длине магистральной тепловой сети? Из какого уравнения это следует?

13 Какие устройства применяются для защиты системы теплоснабжения от недопустимого повышения давления при гидравлическом ударе?

14 Приведите формулу для расчета допустимого быстродействия регулирующих и дросселируюих клапанов тепловых сетей. Из какого условия выведена эта формула?

Список рекомендуемой литературы

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М: Энергоиздат, 1982. 360с.

2. Сафронов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. – М: Энергоатомиздат, 1985. – 230с.