Тема занятия 7. Оборудование тепловых пунктов.

Перечень оборудования, установленного в тепловом пункте, зависит от схем подключения систем отопления и горячего водоснабжения, параметров теплоноси-теля, режимов потребления тепла и других факторов. Для присоединения систем отопления с расчетной темпе-ратурой воды ниже температуры в подающем трубопроводе теплосети по зависимой схеме устанавливают элеваторы. Они просты и надежны в эксплуатации и обеспечивают постоянство коэффициента смешения при изменениях теплового и гидравлического режимов магистральных сетей.

Элеваторывыпускаются стандартных размеров. Водоструйные элеваторы выпускают стандартных размеров номерами от 1 до 7(рис. 7.1). Нумерация элеваторов производится по диаметру камеры смешения d_T от 15 до 59мм.

Принцип работы водоструйного элеватора заключается в использовании энергии воды подающей магистрали (рис. 7.2). Рабочая вода с давлением Р₁ на выходе из сопла приобретает значительную скорость, статическое давление ее становится меньше, чем давление в обратной магистрали Р₂, в результате чего обратная вода подсасывается струей рабочей воды. В камере смешения скорость воды выравнивается, давление постоянно; в диффузоре скорость смешанного потока уменьшается по мере увеличения его сечения, а статическое давление увеличивается до Р₃>Р₂.

Основной расчетной характеристикой для элеваторов является коэффициент смешения

(7.1)

где τ'₁, τ'₂ - температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети; τ'₃ - температуры воды в подающем трубопроводе местной системы отопления.

При подборе элеваторов коэффициент смешения принимается на 15% выше его расчетного значения с учетом возможности наладки присоединенной системы, u=1,15 и'.

Диаметр горловины элеватора рассчитывают

(7.2)

где G_np— приведенный расход воды в системе отопления, кг/ч;

(7.3)

где h—расчетная потеря напора в местной отопительной системе, м; G'₃ — расчетный расход смешанной воды, кг/ч.

Диаметр (мм) выходного отверстия сопла элеватора рассчитывают

(7.4)

Минимальный диаметр отверстия сопла во избежание его засорения принимают 4 мм, максимальный из условия сохранения толщины стенок сопла - не менее 1 мм. При подборе ближайший меньший диаметр сопла принимают с точностью до 0,5мм. Подбор элеваторов можно производить по номограммам.

По расходу воды из подающего трубопровода G₁ и диаметру сопла определяют располагаемый напор, обеспечивающий нормальную работу элеватора

Н=0,64 G²₁ / d⁴_c (7.5)

Если располагаемый напор на абонентском вводе задан, то по этой формуле можно определить также диаметр сопла. Работа элеватора связана с большими потерями напора, объясняемыми его низким коэффициентом полезного действия.

Располагаемый напор на вводе

(7.6)

Из условия бесшумной работы потери напора в соплах элеваторов не должны превышать 30 м; избыточные напоры перед элеваторами рекомендуется дросселировать шайбами.

Для предупреждения перерасходов тепла в отапливаемых по­мещениях в диапазоне наружных температур воздуха 8°С — t_B необходима работа элеватора с переменным коэффициентом смешения. Этим целям отвечают элеваторы с регулируемым соплом, регулирующий орган которых выполнен в виде иглы переменного сечения, входящий в сопло. Увеличение коэффициента смешения обеспечивают и низконапорные бесшумные центробежные насосы, установленные на трубопроводах подмешиваемой воды.

Насосы в тепловых пунктах применяют вместо элеваторов для повышения давления в подающем или снижении давления в обратном трубопроводах, а также для циркуляции воды в системах горячего водоснабжения или повышения давления водопроводной воды, используемой на горячее водоснабжение.

Подогреватели поверхностного типа устанавливают в тепловых пунктах систем теплоснабжения как для горячего водоснабжения, так и для систем отопления при присоединении их по независимой схеме.

Водоподогреватели. В тепловых пунктах устанавливают водоподогреватели различных типов и конструкций. В зависимости от вида греющей среды их делят: на пароводяные и водоводяные. В первом случае греющей средой является водяной пар, во втором — высокотемпературная вода. Нагреваемой средой в обоих случаях является вода.

По конструктивным признакам водоподогреватели подразделяют: на кожухотрубные и пластинчатые. В кожухотрубных водоподогревателях основными конструктивными элементами являются цилиндрический корпус и пучок гладких трубок, размещаемый внутри корпуса. Один из теплоносителей протекает внутри трубок, другой — в межтрубном пространстве корпуса. Такие водоподогреватели получили название скоростных.

Скоростные водоводяные подогреватели, у которых греющая и нагреваемая вода движется навстречу, называют противоточными. Они эффективнее прямоточных, так как обеспечивают большую среднюю разность температур и позволяют нагревать воду до более высокой температуры. Для пароводяных скоростных подогревателей направление движения теплоносителей не имеет значения. Водоводяные и пароводяные скоростные подогреватели предназначены для систем отопления и горячего водоснабжения.

По ориентации оси корпуса скоростные пароводяные водоподогреватели могут быть горизонтальными и вертикальными. Иногда в тепловых пунктах устанавливают трубчатые теплообменники, в которых пучок трубок погружен в емкость, заполненную нагреваемой водой. Такие водоподогреватели называют емкостными и используют в системах горячего водоснабжения с периодическим разбором воды.

Основным конструктивным элементом пластинчатых водоподогревателей является гофрированная пластина. Пластины располагают параллельно друг, другу, между поверхностями двух смежных пластин создаются небольшие зазоры щелевидной формы, по которым движутся потоки греющей и нагреваемой сред.

Водоводяные скоростные подогреватели выпускают разъемными. Разъемное исполнение секций позволяет собирать на месте подогреватели с различным числом однотипных секций.

На рис. 7.4. изображен секционный скоростной водоводяной подогреватель. Основным элементом подогревателя является корпус из стальной бесшовной трубы. Внутри корпуса расположены трубки из латуни диаметром 16х1 мм, ввальцованные двумя концами в глухие фланцы. Латунь имеет высокую теплопроводность — около 135 Вт/(м°С), следовательно, термическое сопротивление стенки латунной трубки, имеющей толщину 1 мм, ничтожно.

Корпусы теплообменников длиной 2 и 4 м имеют наружные диаметры от 57 до 530 мм, число трубок от 4 до 450. Подогреватели рассчитаны на рабочее давление 1МПа. В подогревателях, предназначенных для горячего водоснабжения, греющую воду направляют в межтрубное пространство, нагреваемую — в трубки.

В настоящее время промышленность выпускает пароводяные подогреватели (рис.7.5) двух- и четырехходовые с длиной трубок 2 и 3 м. Площадь поверхности нагрева таких подогревателей изменяется от 6,3 до 224 м², теплопроизводительность — от 0,67 до 32 МВт. Трубная система подогревателей выполнена из латунных трубок диаметром 16х1 мм. Из условия прочности предельное давление воды-1,6МПа, пара-1МПа. Давление пара в подогревателе должно быть на 0,1—0,2 МПа меньше давления воды во избежание попадания пара в трубки подогревателя при их повреждении и вскипания воды.

В системах горячего водоснабжения с периодическим разбором воды устанавливают емкостные пароводяные горизонтальные водоподогреватели. Подогреватель состоит из стального корпуса и змеевика, расположенного внутри корпуса.

Рисунок 7.4.Водоводяной скоростной секционный подогреватель

Рисунок 7.5.Пароводяной скоростной двухходовой водоподогреватель.

1- вход пара; 2 - выход конденсата; 3 - выход воды; 4 - вход воды.

Пар подается в змеевик, холодная вода поступает в нижнюю часть корпуса подогревателя и вытесняет нагретую воду через патрубок, расположенный в верхней части корпуса. Наличие значительного объема воды в подогревателе позволяет использовать его как бак-аккумулятор. Коэффициент теплопередачи в емкостных пароводяных подогревателях значительно ниже, чем в скоростных.

Пластинчатые водоподогреватели. Основным элементом пластинчатого подогревателя (рис. 7.6а)является пластина типа 0,5Е. Пластины штампуются из листового металла, гофры пластин имеют в сечении профиль равнобедренного треугольника с основанием 14 мм и высотой 4 мм.

Поверхность нагрева образуется из параллельно расположенных гофрированных пластин. По зазорам между пластинами направляются потоки греющей и нагреваемой сред. Пластины устанавливаются на раму подогревателя, которая состоит из верхней и нижней несущих штанг (подвижной и неподвижной) плит с зажимным устройством. Разборная конструкция подогревателей позволяет достаточно легко и быстро производить чистку поверхностей пластин от слоя .накипи, отлагающейся на них в процессе эксплуатации.

Группа пластин, образующая систему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет. Один или несколько пакетов, сжатых между неподвижной и подвижной плитами, называют секцией (рис. 7.6б).

Пластины можно компоновать в симметричные пакеты для греющей и нагреваемой сред, т.е. с одинаковым числом каналов в каждом пакете для каждой среды (рис. 7.6в). Если расход одной среды значительно отличается от расхода другой среды, то для получения оптимальных скоростей по ходу каждой среды применяют несимметричные схемы компоновок пластин. В этом случае число каналов в пакетах для греющей и нагреваемой сред неодинаково (рис.7.6г).

Пластинчатые подогреватели разборной конструкции предназначены для работы при давлении до 1,6МПа и температуре рабочей среды до 180°С.

Пластинчатые подогреватели имеют более высокие технико-экономические показатели по сравнению с кожухотрубными. Процесс изготовления поверхности теплообмена из тонких штампованных пластин более индустриален и менее трудоемок, чем производство бесшовных труб малого диаметра для той же цели. Малая толщина и параллельная установка пластин с малыми промежутками между ними позволяют разместить в минимальном пространстве максимальную поверхность теплообмена, что недостижимо в других типах поверхностных теплообменников.

Рекомендуемая литература.

Осн. 1 [54-67], 2 [290-315], 3 [212-219, 221-227];

доп.4 [48-52], 5 [85-93], 7 [126-136], 8 [116-123], 14 [19-22].