Способ качественного регулирования отопительной нагрузки

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет повысить точность регулирования тепловой нагрузки. Способ заключается в подаче части теплоносителя по трубопроводу 1 перепуска между подающей и обратной магистралями 2, 3 путем понижения давления теплоносителя перед трубопроводом 1 ниже давления насыщения его паров. Образовавшийся в результате пар подают при сверхкритическом перепаде давления в обратную магистраль 3, где смешивают его с жидким теплоносителем перед сетевым насосом 4, кавитационный запас которого поддерживают в определенных пределах. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 24 J 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

74.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4689584/06 (22) 11.05.89 (46) 15.07.91. Бюл. ¹ 26 . (71) Всесоюзное научно-производственное объединение по рациональному использованию газа в народном хозяйстве "Союзпромгаз" (72) И.ВЛЦербатенко и З,П.Сорокина (53) 662.997 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1019180, кл, F 24 0 3/00, 1981. (54) СПС СОБ КАЧЕСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ.. Ж 1663345 А1 (57) Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет повысить точность регулирования тепловой нагрузки. Способ заключается в подаче части теплоносителя по трубопроводу 1 перепуска между подающей и обратной магистралями 2, 3 путем понижения давления теплоносителя перед трубопроводом 1 ниже давления насыщения его паров, Образовавшийся в результате пар подают при сверхкритическом перепаде давления в обратную магистраль

3, где смешивают его с жидким теплоносителем перед сетевым насосом 4, кавитационный запас которого поддерживают в определенных пределах. 2 ил, 1663345

Изобретение относится к теплознергетике, в частности к способам регулирования тепловых нагрузок в системах теплоснабжения.

Цель изобретения — повышение точности регулирования, На фиг, 1 представлена схема системы теплоснабжения, регулируемая с помощью предложенного способа; на фиг. 2 — зависимость для определения рабочего диапазона изменения температуры теплоносителя на входе в подающую магистраль, Способ качественного регулирования отопительной нагрузки потребителя заключается в подаче части теплоносителя по трубопроводу 1 перепуска из подающей магистрали 2 тепловой сети перед поступлением к потребителю в обратную магистраль

3, снабженную сетевым насосом 4, В подающей магистрали 2 перед трубопроводом 1 перепуска понижают давление теплоносителя ниже давления насыщения его паров, образовавшийся в результате пар подают при сверхкритическом перепаде давления в обратную магистраль 3 по трубопроводу 1 перепуска и смешивают с жидким теплоносителем, поступающим от потребителя, перед сетевым насосом 4, кавитационный запас которого поддерживают в пределах

Ah„< Ah< Ф, где р Р21Якр РБ2 Г2Я р т ф -р )

T+AT х IAT 2

1+ г1

К "= К+

Лh, Л пд — соответственно располагаемый и допустимый кавитационный запас сетевого насоса, Дж/кг;

Т- температура теплоносителя в обратной магистрали до смешения, К;

Ру, Рз — соответственно давление насыщенных паров теплоносителя при температуре в подающей магистрали перед паровой полостью и в обратной магистрали до смещения, Па;

P

К вЂ” показатель адиабаты насыщенного пара в пароВоА полости;

p,p — соответственно плотность теп-! ll лоносителя и его насыщенного пара при температуре Т, кг/м;

r>, r2 — теплота парообразования при температуре теплоносителя в подающей магистрали перед паровой полостью и в обратной магистрали при температуре Т, Дж/кг;

Ср — изобарная теплоемкость теплоно1 сителя при температуре в подающей магистрали перед паровой полостью, Дж/кг К, A T — разность температур теплоносителя в подающей магистрали до и после паровой полости, К;

Ч вЂ” скорость теплоносителя нэ входе в сетевой насос,м/с.

Значение Л h определяется по известной формуле

2 ль — "-" "+

20 рз где Р— текущее давление на входе в сетевой насос;

Риз, Рз — соответственно давление насыщенных паров и плотность теплоносителя при температуре в обратной магистрали на входе в насос (после смешения), а давление Рзз определяется по измеренной температуре с помощью термодинамических таблиц или измеряется непосредственно специальным устройством, При заданной температуре теплоносителя величина Ah практически однозначно определяется давлением P на входе в сетевой насос.

Допустимый кавитационный запас насоса Ah находится по его кавитационной характеристике в зависимости от объемного расхода О, .

Схема теплоснабжения ТОК содержит теплицу 5 с отопительными приборами 6 и источник теплоты, например водогрейный котел 7, соединенный с отопительными приборами 6 подающей 2 и обратной 3 магистралями, образующими замкнутую тепловую сеть, Сетевой насос 4 осуществляет прокачку теплоносителя по тепловой сети, В подающей магистрали 2 размещено устройство для образования паровой полости, представляющее собой, например, плоскую трубку 8 Вентури, в горле которой установлено плохо обтекаемое тело, например пла- . стина 9, причем полость трубки 8 Вентури за пластиной 9 с помощью трубопровода 1 перепуска сообщена через регулирующий клапан 10 с обратной магистралью 3, снабженной дроссел ьн ыми коа нами 11.

Схема теплоснабжения включает в себя такжедатчикитемператур, напримертермопары 12, расходомер 13 и датчики давления, на1663345

55 пример манометры 14. Наличие перечисленных средств измерения позволяет определять и контролировать величины, входящие в формулы для расчета Фи Л h.

Регулирование отопительной нагрузки

ТОК по предлагаемому способу осуществля,ется следующим образом.

В процессе работы вода (жидкий теплоноситель) нагревается до заданной температуры Т1 в водогрейном котле 7, а затем с помощью сетевого насоса 4 прокачивается последовательно через подающую магистраль 2, отопительные приборы 6, установленные внутри теплицы 5, и обратную магистраль 3. При течении в трубке 8 Вентури давление в потоке воды понижается, в результате чего в зоне разрежения за пластиной 9 образуется паровая полость 15, заполненная насыщенным паром при температуре Т1 и давлении Ps>, При открытии регулирующего клапана 10 паровая полость

15 соединяется с обратной магистралью 3, давление в которой, определяющее располагаемый кавитационный запас Л h сетевого насоса 4, устанавливается меньше давления в паровой полости 15.

ВыпоЛнение неравенства Лh < Ф обеспечивает сверхкритический перепад давлений на регулирующем клапане 10 (— <Др, гДе P2 — Давление в обРатной маР2

PS1 гистрали 3), при котором скорость насыщенного пара в самом узком сечении клапана равна критической скорости звука, а расход пара независимо от величины противодавления Р2 определяется только давлением в паровой полости Рз1, которое, в свою очередь, однозначно связано с температурой

Т1. Смешиваясь с водой в обратной магистрали 3, имеющей темпеоатуру Т Т|, укаэанный пар полностью конденсируется, отдавая теплоту воде, температура которой, в том числе и перед сетевым насосом 4, повышается. В то же время температура воды в подающей магистрали 2 в результате отбора теплоты на ее испарение понижается на величину ЛТ. Поскольку при качественном регулировании отопительной нагрузки массовый расход теплоносителя (воды) m в тепловой сети не изменяется (m = сопм), снижение температуры воды в подающей магистрали 2 приводит к уменьшению температуры внутри теплицы 5.

Изменяя проходное сечение регулирующего клапана 10, можно изменять расход перепускаемого пара, а следовательно, и температуру воды в подающей магистрали

2 на входе в отопительные приборы 6. В то же время нагрев воды перед сетевь|м насо5

35 сом 4 при прочих равных условиях приводит к снижению его располагаемого кавитационного запаса Л h. Необходимым условием осуществления предложенного способа является выполнение неравенства Л h

< Ф, обеспечивающее бескавитационную работу сетевого насоса 4 с учетом уменьшения Л h из-за нагрева воды в обратной магистрали 3 при критическом истечении пара из паровой полости 16 (наличие сверхкритического перепада давлений на регулирующем клапане 10). Последнее позволяет получить однозначную связь между расходом пара, а следовательно, и снижением температуры воды ЛТ, и площадью проходного сечения регулирующего клапана 10 независимо от давления в обратной магистрали 3.

Здесь следует отметить, что выполнение указанного неравенства автоматически ограничивает минимальную температуру теплоносителя Т1, при которой можно осуществить предлагаемый способ.

Поддержание величины Л и в заданном диапазоне осуществляется посредством регулирования гидравлического сопротивления тепловой сети с помощью дроссельных кранов 11.

Входящие в формулы для расчета Фи

Л h физические параметры теплоносителя определяются из соответствующих таблиц по измеренным с помощью термопар 12 значениям соответствующих температур, а скорость теплоносителя на входе в сетевой насос вычисляется по измеренному с помощью расходомера 13 обьемному расходу

Пример. Рассмотрим систему качественного регулирования отопительной нагрузки ТОК в расчетной точке, которой соответствуют температура наружного воздуха Т, = -40 С, температура воды в подающей магистрали (перед паровой полостью) T> = 150 С, температура воды в обратной магистрали Т =- 70"С, скорость воды V = 2 м/с. Указанным температурам соответствует PS1 = 4,76х10 Па. Ps2 =- 1,013х10 Па, К =

= 1,3, р = 978 кг/м, р =- 0,2 кг/м, ri = б

= 2,1х10 Дж/кг, г2 = 2,33 х 10 Дж/кг, Ср

= 4313 Дж/кг.К, /1,,р == 0,546.

Для принятого температурного графика

150/70 С изменению температуры наружного воздуха с T > = -40 С до T 30"С соответствует снижение температуры воды в подающей магистрали с T> =- 150 С до

Т1 = 130 С,т,е. ЛT = 20". Б качестве сетевого насоса выбран насос Д630-90 с постоянным числом оборотов n =- 960 об/мин, напором 90 м при прсизвсдительносги 630

1663345 м /ч и допустимым кавитационным запасом

ЛЬд = 6,5 м, В случае установки перед центробежной крыльчаткой насоса шнекового колеса можно получить допустимый кавитационный коэффициент быстроходности ука- 5 занного насоса Сд = 3000, которому соответствует ЛЬд = 0,68 м = 6,67 Дж/кг.

Тогда в результате расчета по приведенной выше формуле получим Ф= 140,8 Дж/кг.

Следовательно, для реализации пред- 10 ложенного способа допустимый кавитационный запас на входе в сетевой насос следует поддерживать в диапазоне 6,67< Л h< с140,8 Дж/кг.

Для определения области возможной 15 реализации предложенного способа по Т> построим зависимость Ф = f (Т ) для нескольких, например трех, значений T> =

=150,120 и 100 С (фиг. 2), Там же нанесено значение ЛЬд = 6,67 Дж/кг, принятое ng- 20 стоянным, не зависящим от температуры воды в обратной магистрали. Рабочая область на графике (фиг. 2) заштрихована. Из графика следует, что в рассмотренном примере предложенный способ может 25 быть реализован при изменении температуры воды в подающей магистрали в диапазоне 122 < T«150 Ñ, При. качественном регулировании отопительной нагрузки этой температуре соответствует Т, -28 С. 30

B СССР существует ряд областей, где число часов за отопительный период со среднесуточной температурой Тн = -28 С значительно, Так, например, в Якутской

АССР (Усть-Мая) число часов с -60 Т 35 -30 С составляет 2500, или 104 сут, в течение которых может быть реализован предложенный способ регулирования отопительной нагрузки. B остальное время должен применяться один из известных 40 способов, например основанный на перекачке воды из обратной магистрали в подающую.

Поскольку плотность перепускного па-, ра р> = 2,55 кг/м (Т1 = 150 С) значительно и з о 45 меньше плотности воды p = 987 кг/м, то в результате перепуска пара из паровой полости массовый расход воды перед отопительными приборами уменьшается 50 незначительно, максимум на 4%, что практически не сказывается на гидравлическом режиме тепловой сети. В то же время при использовании известного способа для по нижения температуры воды с Т = 150 С до 55

130 С (ЛТ = 20 С) требуется перекачать из обратной магистрали в подающую массовый расход пц = 233 м /ч, составляет 37% от массового расхода воды через сетевой насос.

Использование данного способа качественного регулирования отопительной нагрузки потребителя повышает надежность регулирования за счет исключения из схемы теплоснабжения дополнительного насоса, а также снижает энергозатраты в связи с выключением на время использования предлагаемого способа дополнительного насоса, обеспечивающего подачу воды из обратной в подающую магистраль.

Формула изобретения

Способ качественного, регулирования отопительной нагрузки потребителя, заключающийся в подаче части теплоносителя по трубопроводу перепуска из подающей магистрали тепловой сети в обратную магистраль, снабженную сетевым насосом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, в подающей магистрали перед трубопроводом перепуска понижают давление теплоносителя ниже давления насыщения его паров, образовавшийся в результате пар подают.при сверхкритическом перепаде давления в обратную магистраль по трубопроводу перепуска и смешивают с жидким теплоносителем, поступающим от потребителя, перед сетевым насосом, кавитационный запас которого поддерживают в пределах

hha< hh< Ф, где

Г2 Я р т(р-р) т+лт ч2 г

1+ г)

К

К+1

Лh, Л пд — располагаемый и допустимый кавитационный запас сетевого насоса соответственно, Дж/кг;

Т вЂ” температура теплоносителя в обрат- . ной магистрали до смешения, К;

Рз1, Рз2 — давление насыщенных паров теплоносителя при температуре в подающей магистрали перед паровой полостью и в обратной магистрали до смешения соот-. ветственно, Па;

Др — критическое отношение давлений в обратной магистрали и паровой полости

1663345

Составитель М,Балов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Черни

Редактор М.Циткина

Заказ 2253 Тираж 391 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 подающей магистрали перед трубопроводом перепуска;

К вЂ” показатель адиабаты насыщенного пара в паровой полости;

p, p — соответственно плотность теп(и лоносителя и его насыщенного пара при температуре 7, кг/м; г, г — соответственно, теплота парообразования при температуре теплоносителя в подающей магистрали перед паровой полостью и в обратной магистрали при температуре Т, Дж/кг;

Cp — изобарная теплоемкость теплоно-! сителя при температуре в подающей маги5 страли перед паровой полостью, Дж/кг К;

h,Т вЂ” разность температур теплоносителя в подающей магистрали до и после паровой полости, К;

V — скорость теплоносителя на входе в

10 сетевой насос,м/с..