Определение коэффициента смешения и коэффициента полезного
действия водоструйного насоса (элеватора) теплофикационного ввода»
Ростов-на-Дону
УДК 697.34
Методические указания к лабораторной работе
по теплоснабжению «Определение коэффициента
смешения и коэффициента полезного действия
водоструйного насоса (элеватора) теплофикационного
ввода». – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007. - 14 с.
Рассматривается устройство и работа типового теплофикационного ввода системы централизованного теплоснабжения. Опытным путем определяются основные характеристики водоструйного насоса (элеватора) – коэффициент смешения и коэффициент полезного действия; производится проверка главных конструктивных размеров.
Указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения по специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Составители: к.т.н, доц. В.В. Василенко
ассист. А.Н. Бутенко
Рецензент: к.т.н, доц. Г.М. Кравченко
Редактор Н.Е. Гладких
Темплан 2007 г., поз. 206 в
Подписано в печать 21.05.07. Формат 60х84/16. Бумага писчая. Ризограф.
Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 50 экз. Заказ
Редакционно-издательский центр Ростовского государственного
строительного университета.
344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.
© Ростовский государственный
строительный университет, 2007
И Н С Т Р У К Ц И Я
по технике безопасности при выполнении лабораторной работа
1.Типовой теплофикационный ввод, на котором выполняется лабораторная работа, присоединен к сети централизованной системы теплоснабжения города, вследствие чего при проведении лабораторной роботы должны выполняться соответствующие требования Правил техники безопасности при обслуживании тепловых сетей и тепловых пунктов.
2. Основные правила техники безопасности при выполнении лабораторной работы:
- запрещается выполнять лабораторную работу, если температура и давление на вводе превышают пределы, установленные техническим паспортом;
- под теплофикационный ввод должно быть отведено отдельное помещение, имеющее доступный вход, открывающийся наружу, двери оборудованные надежными запорами;
- включение теплофикационного ввода осуществляется лаборантом до начала лабораторной работы под непосредственным наблюдением преподавателя, проводящего данную лабораторную работу. Присутствие студентов в период пуска в помещении ввода запрещается. Перед пуском внешним осмотром проверяют исправность трубопроводов, состояние задвижек, наличие и исправность воздушников и дренажей, контрольно-измерительных приборов и другого оборудования;
- заполнение теплофикационного ввода водой производится через обратную линию медленным открытием задвижки (вентиля). Не допускается заполнение ввода водой с температурой выше 70 °С;
- оборудование ввода должно быть тщательно теплоизолировано.
З А П Р Е Щ А Е Т С Я
- включать и переключать схему ввода без разрешения руководителя, выполняющего лабораторную работу;
- производить переключения, не связанные с выполнением лабораторной работы;
- опираться, облокачиватьсяна трубопроводы и арматуру теплофикационного ввода.
СТУДЕНТ ОБЯЗАН
- ознакомиться с планом эвакуации из лаборатории в случае аварийного положения;
- соблюдать дисциплину при выполнении работы;
- до выполнения лабораторной работы изучить методику измерений и порядок проведения опытов.
ДОВРАЧЕБНАЯ ПОМОЩЬ ПРИ ТЕРМИЧЕСКИХ ОЖОГАХ
При оказании помощи пострадавшему во избежание заражения нельзя касаться руками обожженных участков кожи или смазыватьих мазями, маслами и т.п. При небольших ожогах первой и второй степени нужно наложить на обожженный участок стерильную повязку. Одежду и обувь с обожженного места нельзя срывать, а следует разрезать ножницами и осторожно снять. Если части одежды прилипли к обожженному участку кожи, то поверх нужно наложить стерильную повязку и направить пострадавшего в лечебное учреждение.
При тяжелых и обширных ожогах необходимо пострадавшего завернуть в чистую простыню или ткань, не раздевая его, укрыть потеплее, напоить теплым чаем и создать покой до прибытия врача.
При первых признаках шока, когда пострадавший резко бледнеет, дыхание у него становится поверхностным и частым, пульс едва прощупывается, необходимо срочно дать ему выпить 15-20 капель настоя валерианы.
1. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Вследствие ограничения по санитарным соображениям максимальной температуры воды, подаваемой в приборы отопления жилых и общественных зданий, в уздах присоединения отопительных установок этих зданий к тепловым сетям устанавливаются смесительные устройства. В качестве смесительных устройств наибольшее распространение получили водоструйные насосы (элеваторы), отличающиеся простотой конструкции и надежностью. Смесительное устройство, установленное на абонентском вводе, подмешивает к горячей воде, поступающей из подающей линии, охлажденную воду из обратной линии. В результате получается смешанная вода более низкой температуры, чем вода в подающей линии.
Водоструйные насосы (элеваторы) могут применяться при расчетной потере давления в отопительной системе до 0,015 МПа. При большей потере давления – центробежные насосы.
Широко применяются элеваторы конструкции ВТИ-Теплосеть Мосэнерго (рис. 1.1.) с цилиндрической камерой смешения.
Из присоединенного к подающей линии тепловой сети трубопровода к коническому соплу 1 элеватора поступает горячая сетевая вода. При выходе с высокой скоростью сетевой воды через сопло, вокруг него создается разрежение и возникает эффект эжекции, при этом в приемную камеру 2 элеватора через обратный трубопровод системы отопления подсасывается обратная вода, и в камере смешения 3 происходит перемешивание этих потоков. В диффузоре 4 благодаря увеличению по ходу потока площади поперечного сечения скорость и гидродинамическое давление падают, но при этом возрастает гидростатическое давление. Благодаря разности гидростатических давлений в конце диффузора 4 и подающем трубопроводе создается циркуляционный напор для работы системы отопления.
Основные размеры стальных элеваторов конструкции ВТИ Мосэнерго представлены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
| Номер элеватора | Z | L | LC | dГ |
2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Путем экспериментального исследования работы типового теплофикационного ввода жилого здания определить фактические величины коэффициента смешения и коэффициента полезного действия водоструйного насоса (элеватора), а также проверить его основные конструктивные размеры.
3. УСТРОЙСТВО ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ВВОДА
Типовой теплофикационный ввод состоит из следующих основных элементов (рис. 3.1.).
1,14 - задвижки на подающем и обратном трубопроводах системы отопления;
13,18 - задвижки на подающем и обратном трубопроводах тепловой сети;
5 - водоструйный насос (элеватор) с цилиндрической камерой смешения;
7 - регулятор расхода прямого действия;
10,17 - грязевики на подающей и обратной линиях ввода;
8 - расходомер;
19 - чугунные секционные радиаторы (система отопления);
20 - бак c охлаждающей водой для увеличения коэффициента теплоотдачи радиаторов;
21,22- вентили на подающем и обратном трубопроводах бака охлаждающей
воды;
2,3,11,12 - манометры на подающей и обратной линиях системы отопления и тепловой сети;
6 - нанометр контроля регулятора расхода;
4,15,9,16 - термометры на подающей и обратной линиях системы отопления и тепловой сети.
4. ПОДГОТОВКА ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ВВОДА
К ПРОВЕДЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Подготовка теплофикационного ввода к проведению лабораторной работы включает в себя пуск теплофикационного ввода и установление определенного режима его работы:
а) внешним осмотром убедиться в исправности трубопроводов и оборудования ввода в соответствии с инструкцией по технике безопасности, приведенной выше;
б) открыть вентили 21 и 22 на подающем и обратном трубопроводах бака охлаждающей воды, установить режим циркуляции в баке;
в) открыть вентили для выпуска воздуха 23,24 и 25;
г) открыть задвижки 1 и 14 на подающем и обратном трубопроводах системы отопления;
д) медленно открывая задвижку (вентиль) 18 на обратном трубопроводе тепловой сети, заполнить теплофикационный ввод сетевой водой;
е) после заполнения теплофикационного ввода сетевой водой открыть задвижку (вентиль) 13 на подающем трубопроводе тепловой сети, установить циркуляцию определенного расхода воды;
ж) внешнем осмотром убедиться в исправности трубопроводов и оборудования ввода, в отсутствии утечек воды.
5.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
а) Подготовить журнал наблюдений (табл. 5.1.);
б) записать показания манометров 12, 2 и 3;
в) записать показания термометров 9,4 и 15;
г) определить расход сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети при помощи расходомера 8;
д) закрыть задвижку (вентиль) 13 на подающем трубопроводе тепловой сети;
е) закрыть задвижку (вентиль) 18 на обратном трубопроводе тепловой сети;
ж) открыть вентиль для выпуска воздуха 23 на системе отопления;
з) опорожнить теплофикационный ввод в дренаж;
и) открыть вентиль 22 на обратном трубопроводе бака охлаждающей воды, опорожнить бак.
Журнал наблюдений Таблица 5.1
| Номер отсчета | Время отсчета | Показания термометров, °С | Показания манометров, атм. | Разность показаний манометров №2 и №3, атм. | Разность показаний манометров №12 и №2, атм. | Расход воды в подающем т/п сети, т/ч (кг/с) | ||||
| №9 | №4 | №15 | №12 | №2 | №3 | |||||
6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ
6.1. Исходные выражения для расчета водоструйных насосов (элеваторов) вы водятся из уравнения импульсов. Из совместного решения уравнений характеристик элеватора и отопительной системы выводятся формулы для расчета основных размеров элеватора [3].
Коэффициент смешения элеватора
где u – коэффициент инжекции (смешения);
GH – массовый расход инжектируемой воды, кг/с;
GP – массовый расход рабочей воды, кг/с;
t1 – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети, °С;
tсм – температура воды в подающем трубопроводе системы отопления, °С;
t20 – температура воды в обратном трубопроводе системы отопления, °С
6.2. Массовый расход воды в отопительной системе
кг/с.
6.3. Сопротивление отопительной системы
Па×ч2/м6,
где DP0 – перепад давлений в отопительной системе, Па,
6.4. Диаметр камеры смешения
м,
6.5. Диаметр выходного сечения сопла
м;
где f3 – площадь сечения камеры смешения, м2;
fн2 = (f3 – fp1) – сечение инжектируемого потока во входном сечении
цилиндрической камеры смешения, м2;
fp1 – выходное сечение сопла, м2.
Поскольку при определении d1 по формуле (6.5) величина n заранее не известна, то принимают предварительно величину n близкой к единице, находят d1 по формуле (6.5) и значение n, уточняют значение d1.
6.6. Коэффициент полезного действия элеватора
,
где DPP – перепад давлений в сопле элеватора, Па
где SP – сопротивление сопла элеватора, Па×ч2/м6,
j1 – коэффициент скорости сопла (принимается 0,95);
f p1 – площадь выходного сечения сопла.
7. ПРИМЕР РАСЧЕТА
Определить размеры водоструйного насоса (элеватора) для присоединения отопительной системы к тепловой сети и определить перепад давлений в сопле элеватора. Массовый расход воды в отопительной системе G0 = 40 т/ч = 11,2 кг/с. Перепад давлений в отопительной системе при расчетном расходе воды DP0 = 10000 Па. Расход воды в тепловой сети (расход рабочей воды) GP = 12,5 т/ч = 3,5 кг/с.
Решение
Коэффициент смешения элеватора
Сопротивление отопительной системы
Па×ч2/м6.
Диаметр камеры смешения
.
Принимаем ближайший диаметр по нормали элеваторов
d3 = 59 мм = 0,059 м.
Диаметр сопла элеватора вычисляют по формуле (6.5). Предварительно принимается n = 1,1.
Действительное значение
.
Вследствие того, что величина n близка к предварительно принятой величине, диаметр сопла не пересчитывается.
Сопротивление сопла элеватора
Па×ч2/м6.
Перепад давлений в сопле элеватора
Па.
Коэффициент полезного действия элеватора
.
8. Из совместного решения уравнений характеристик местной отопительной системы и водоструйного насоса (элеватора) выводится формула для определения коэффициента смешения элеватора с заданными геометрическими размерами fP1 и f3 при его работе на отопительную установку с заданным сопротивлением
где
j2, j3, j4 – коэффициенты скорости цилиндрической камеры смешения,
диффузора, входного участка камеры смешения.
Из уравнения (8.1) видно, что при работе элеватора на замкнутую систему, которой является отопительная установка, коэффициент смешения зависит только от его геометрических размеров f3 и fP1 и сопротивления отопительной установки SC.
Коэффициент смешения не зависит от перепада давлений в сопле элеватора DPP. При постоянном сопротивлении отопительной установки (SC = const) изменение перепада давлений в сопле DPP вызывает изменение расхода воды GP и пропорциональное изменение расхода воды через отопительную установку G0. Коэффициент смешения при этом остается постоянным.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение водоструйного насоса (элеватора) системы отопления.
2. Устройство элеватора и условия его работы в системе отопления.
3. От каких геометрических размеров элеватора зависит коэффициент смешения?
4. Как влияет изменение перепада давлений в сопле элеватора на расход воды через отопительную установку?
5. Сопротивление отопительной установки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети: Учебник. – М.: ИНФРА – М, 2006. – 480 с.
2. Козин В.Е., Левина Т.А. и др. Теплоснабжение: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1980. - 408 с.
3. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 360 с.
