Кафедра тепловых

Кафедра тепловых энергетических установок

ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

(для студентов всех форм обучения специальности 220100 - Тепловые электрические станции)

Алматы 2004

СОСТАВИТЕЛИ: М.И. Пак, Г.М. Тютебаева. Теплофикация и тепловые сети. Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов всех форм обучения специальности 220140- Тепловые электрические станции).- Алматы: АИЭС, 2004. - 40с.

Методические указания содержат указания по подготовке к проведению лабораторных работ, в них приведены описания каждой лабораторной работы, экспериментальных установок, дана методика проведения и обработки опытных данных, перечень рекомендуемой литературы и контрольные вопросы.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальности 220140- Тепловые электрические станции.

Ил. 9, табл. 13, библиогр.- 12 назв.

Рецензент: канд.тех.наук, доц.А.А.Кибарин.

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2004г.

Содержание

Введение	4
1 Лабораторная работа №1	6
2 Лабораторная работа №2	10
3 Лабораторная работа №3	13
4 Лабораторная работа №4	17
5 Лабораторная работа №5	22
6 Лабораторная работа №6	26
7 Лабораторная работа №7	30
8 Лабораторная работа №8	34
Приложение А	38
Приложение Б	38
Приложение В	39
Приложение Г	40

Введение

Централизованные системы теплоснабжения (ЦСТС) получили достаточно широкое развитие в Республике Казахстан. К примеру в 1985 г. при общем теплопотреблении по Республике Казахстан 163,36 млн.Гкал, доля покрытия тепловой нагрузки ЦСТС (ТЭЦ и районными котельными) составила 114,77 млн.Гкал (70,26%). Расчеты по состоянию общей площади жилых, административно-общественных зданий и численности населения на 1998г. показывают, что расход первичных энергоресурсов на отопление и горячее водоснабжение должен составлять 32,32 млн.т.у.т. в год, из них на ЦСТС приходится 9,29 млн.т.у.т. в год (28,7%).

Слабым звеном в ЦСТС являются развитые тепловые сети, и в силу этого имеют место значительные теплопотери через изоляцию трубопроводов тепловых сетей, доходящие по данным промышленных испытаний до 18-37%. Но использование новых технологий изоляции и прокладки тепловых сетей (предизолированные трубопроводы из пенополиуретана) позволяют уменьшить теплопотери в сетях до 3-4%, тем самым эффективно реализовать преимущества ЦСТС, в первую очередь, использование низкокачественных натуральных топлив в системах теплоснабжения, и открываются перспективы дальнейшего развития ЦСТС в Казахстане.

Предлагаемый цикл лабораторных работ по курсу «Теплофикация и тепловые сети» охватывает основные разделы проектирования и эксплуатации теплофикационных систем: определение укрупненного показателя плотности теплового потока на отопление здания, исследование коэффициентов местных сопротивлений, гидравлического режима тепловых сетей и установок абонентского ввода, исследование теплового режима теплообменных аппаратов, теплосъёма с нагревательных приборов отопления, определение графика качественного регулирования отопительной нагрузки, коэффициента смешения в абонентском вводе с циркуляционным насосом. При этом особенность данного лабораторного практикума состоит в том, что наряду с исследованиями на физических моделях теплофикационных систем, используются промышленные испытания реальных объектов, а также методы электрического моделирования на линейных элементах. При создании универсального стенда использованы современные материалы, регуляторы и средства измерений.

Перед выполнением каждой работы необходимо проработать и усвоить материал рекомендуемой литературы, подготовить протокол наблюдений и схему экспериментальной установки. Все измерения проводить в установившемся (стационарном) гидравлическом и тепловом режиме. После обработки данных каждый студент на основании материалов предыдущих курсов обязан провести оценку погрешности полученных результатов, провести анализ сопоставимости результатов с литературными данными.

Работа выполняется группой студентов в составе 2-3 человек. Отчет по работе, который должен содержать расчетные формулы, схему экспериментальной установки, протокол наблюдений и обработки данных, краткие выводы, составляется каждым студентом на формате А4. К отчету прилагается краткий конспект материала рекомендуемой литературы.

Выполнение лабораторной работы состоит из последовательных этапов: допуск к работе, выполнение и сдача преподавателю работы. Студент, не сдавший выполненную работу в установленные сроки, к выполнению последующих работ не допускается.

1 Лабораторная работа № 1

Определение тепловых характеристик теплообменного аппарата (ТА)

Цель работы – приобретение навыков экспериментального исследования теплового режима работы рекуперативных ТА, углубление знаний по тепловому расчету ТА, получение знаний по экспериментальному определению тепловых характеристик ТА, изменения нагрузки потребителей тепла при их качественном регулировании.

1.1 Теоретическое введение

В рекуперативных ТА тепло передается от греющего теплоносителя к нагреваемому через поверхность ТА путем теплопередачи. Тепловой расчет ТА (конструкционный и поверочный) проводится на основе уравнения теплопередачи

(1.1)

и уравнения теплового баланса

, (1.2)

где Q – тепло, переданное от одного теплоносителя к другому в единицу времени, кВт;

F – площадь ТА, м²;

W₁,W₂ - массовые теплоемкости теплоносителей;

W=gс_р, кВт/⁰С,

где g – массовый расход теплоносителя через ТА, кг/с;

dt₁, dt₂ - изменение температуры теплоносителей по ходу движения нагреваемого теплоносителя,⁰C;

Dt_л - средний температурный напор в ТА,⁰С,

. (1.3)

В этих уравнениях пренебрегают потерей тепла ТА в окружающую среду.

Считается, что точное решение системы уравнений (1.1), (1.2) не соответствует задачам качественного регулирования тепловой нагрузки потребителей, так как в данном случае Q должна быть выражена как однозначная функция параметра регулирования, желательно максимального температурного напора в ТА. Поэтому для расчета ТА в системах теплоснабжения используется уравнение тепловой характеристики ТА:

, (1.4)

где e- безразмерная удельная тепловая нагрузка;

W_м – меньшая массовая теплоемкость в ТА,кДж/(с∙⁰С);

Ñ - максимальный температурный напор, ⁰С.

Если использовать линейную зависимость Dt_л от Ñ, dt_м (меньшее), d t_б (большее), предложенную Соколовым Е.А. [1] в виде

, (1.5)

то получим для e выражение

, (1.6)

где W_б - большая массовая теплоемкость в ТА;

w=kF/ W_м- режимный коэффициент;

а,в – коэффициенты ТА;

e^* - удельная тепловая нагрузка ТА при F®¥.

1.2 Задание работы

В работе необходимо исследовать пластинчатый ТА a- Laval. Используя счетчики расхода греющей g₁, и нагреваемой g₂ воды, теплосчетчик тепла Q, отданного греющим теплоносителем в ТА, температуры теплоносителей на входе в ТА t₁^/, t₂^/и на выходе из ТА t₁^//, t₂^//, находят:

а)W₁=С_рg₁, W₂=С_рg₂ (большую из них обозначают , меньшую );

б);

в);

г);

д) из совместного решения соотношений (1.5), (1.6) находят коэффициенты а, в;

е) измерения необходимо провести в пяти режимах, отличающихся значениями Ñ, W_1, W₂ в противотоке или в прямотоке движения теплоносителей (схема движения теплоносителей задается преподавателем).

1.3 Экспериментальная установка и порядок проведения работы

Экспериментальная установка собирается на универсальном стенде ТС-1. Для схемы установки, приведенной на рисунке 1.1, необходимо на стенде ТС-1 выполнить операции по п.1.4.

1.4 Порядок выполнения работы

1.4.1 Для подачи холодной водопроводной воды в теплообменник ТС-1-02-3 открыть задвижки 1-з36, 1-з20, 1-з19 и приоткрыть задвижку 1-з18, которой осуществляется регулирование расхода холодной водопроводной воды. Обязательно, во избежание переполнения подпиточного бака ТС-1-09, открыть задвижки 1-з21 и 1-з6.

Рисунок 1.1 - 1-тепловычислитель; 2- расходомер сетевой воды; 3,4- термометры сопротивления для измерения температуры сетевой воды; 5 – теплообменник «Альфа-Лаваль»; 6- регулирующая задвижка; 7,8 – термометры сопротивления для измерения температуры водопроводной воды; 9 – расходомер водопроводной воды;

1.4.2 Внести в протокол наблюдений показания «R₁» термометра сопротивления ТС-1-03-7, по которым определяются значения температуры холодной водопроводной воды t₂^/.

1.4.3 Для подачи сетевой воды в теплообменник ТС-1-02-3 открыть задвижку 1-з2, 1-з8, 1-з16, 1-з17, 1-з15, 1-з7, 1-з3 и вентили 1-в1 и 1-в2 при закрытых задвижках 1-з1, 1-з4, 1-з5, 1-з9, 1-з23, 1-з26, 1-з32. При этом манометры ТС-1-М1 и ТС-1-М2 будут показывать давление в подающей линии теплосети, а манометр ТС-1-М6 - давление в обратной линии теплосети.

1.4.4 Расход горячего теплоносителя (G_с.в., л/ч) фиксируется по показанию тепловычислителя ТС-1-02-1, к которому подключен крыльчатый расходомер ТС-1-02-2, а расход холодной водопроводной воды (G_х.в., л/с) - по данным расходомера ТС-1-02-4. Данные расходов воды внести в протокол наблюдений.

1.4.5 Об установлении стационарного теплового режима следует судить по постоянству показаний термометра ТС-1-Т-1.

1.4.6 По данным тепловычислителя ТС-1-02-1, к которому подключены термометры сопротивления ТС-1-02-5 и ТС-1-02-6, снять показания температур сетевой воды до t₁^/и после t₁^// теплообменника, а по показаниям термометров сопротивления ТС-1-03-7,8 измерить температуру водопроводной воды на входе в теплообменник t₂^/ина выходе из него t₂^// и внести их значения в протокол наблюдений. Зависимость сопротивления термодатчика от температуры приведены на диаграмме 3.

1.4.7 Значения тепловой нагрузки теплообменника определить по показанию тепловычислителя ТС-1-02-1 и занести в протокол наблюдений.

1.4.8 Исследовать 5-6 режимов работы теплообменника путем изменения расходов холодной водопроводной воды G_хв при помощи задвижки 1-з18.

1.4.9 Данные расчетов занести в протокол обработки данных и сделать выводы по работе.

Протокол наблюдений и обработки результатов

Таблица 1.1- Протокол наблюдений

Расход сетевой воды G_св, л/ч	Расход водопроводной воды G_хв, л/с	Тепловая нагрузка теплообменника Q,кВт	Температура сетевой воды		Температура водопроводной воды
Расход сетевой воды G_св, л/ч	Расход водопроводной воды G_хв, л/с	Тепловая нагрузка теплообменника Q,кВт	на входе t₁^/_,⁰С	на выходе t₁^//^,0С	на входе R₁,Ом; t₂^/_,⁰С	на выходе R₂,Ом; t_2,^//⁰С

Таблица 1.2 – Протокол обработки результатов

W₁,

W₂,

Вт

1.5 Контрольные вопросы:

- назовите типы и принцип работы ТА;

- температурный напор, как он изменяется с изменением площади ТА;

- средний температурный напор, логарифмический, арифметический;

- уравнение теплопередачи, от каких факторов зависит коэффициент теплопередачи;

- уравнение теплового баланса, массовые теплоемкости теплоносителей;

- уравнение тепловой характеристики ТА, цель его использования;

- удельная тепловая характеристика ТА, режимный коэффициент;

- составьте программу расчета данных эксперимента на персональном компьютере.

1.6 Рекомендуемая литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети:- М.: Изд. МЭИ, 2001.- 472 с., с. 116-131.

2. Исаченко В.П. и др. Теплопередача – М.: Энергия, 1975.- 488 с.,

с. 441-454.

2 Лабораторная работа № 2

Определение укрупненного показателя плотности теплового потока на отопление здания

Цель работы - приобретение навыков проведения теплоаудита зданий, углубление знаний по методам определения расчетной тепловой нагрузки на отопление, определение составляющих теплового баланса помещений, ознакомление с нормативными документами по проектированию и эксплуатации систем теплоснабжения.

2.1 Теоретическое введение

На стадии проектирования систем теплоснабжения расчетную тепловую нагрузку на отопление промышленного района (населенного пункта) рекомендуется определить по укрупненному показателю плотности теплового потока на отопление 1 м² общей площади здания q₀, Вт/м² [2]*

, кВт , (2.1)

где F- общая площадь здания, м².

В данном случае в величину q₀ входят теплопотери через ограждающие конструкции зданий, расход тепла на нагрев инфильтрирующего воздуха. В [1] приведены значения q₀ для типовых зданий в зависимости от года постройки, этажности зданий и климатологических зон.

* - СНиП 41-02-2003 отменяет действие СНиП 2.04.07-86*.

Обычно теплоаудит проводится при температурах наружного воздуха t_н, ⁰С, отличающихся от расчетной температуры t_н^р, ⁰С. В этом случае q₀ определяется по соотношению

, (2.2)

где Q_от, t_вн, t_н –средние значения тепловой нагрузки, температуры воздуха внутри здания, наружного воздуха за время проведения эксперимента;

t^р_вн, t^р_н – расчетные температуры воздуха. По [3,4] t^р_вн=20 ⁰С и для г. Алматы t^р_н=-23 ⁰С

2.2 Задание работы

В работе определяется экспериментально q₀ пристройки кафедры ПТЭ. Для определения тепловой нагрузки отопления используется ультразвуковой расходомер «Взлет», платиновые термометры сопротивления, установленные на подающем и обратном трубопроводе отопления. Для расчета q₀ по формуле (2.2) t_вн определяется как средневзвешенная внутренняя температура воздуха здания, которая находится по результатам замера температуры в каждом помещении по формуле

, (2.3)

где t_i,F_i- температура воздуха и общая площадь помещения в одной серии измерения F_i находятся по плану 1 и 2 этажа здания, приведенного в приложении. Температура наружного воздуха в данной серии измерений находится как среднеарифметическая величина измерений температуры, проводимых за время одной серии через 15 мин. Необходимо провести 3-4 серии измерений и для каждой серии определить q₀.

2.3 Условная схема отопления и схема измерения тепловой нагрузки пристройки

Условная схема отопления и схема измерения текущей тепловой нагрузки двухэтажной пристройки кафедры ПТЭ и читального зала библиотеки АИЭС приведены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема измерений тепловой нагрузки пристройки

1,2- платиновые термометры сопротивления для измерения температуры сетевой воды, 3 - ультразвуковой расходомер «Взлет» , 4,5- шаровые термометры для измерения температуры воздуха внутри помещения,

6 – термометр для измерения температуры наружного воздуха,

7 – нагревательные приборы отопления.

Согласно ГОСТ 30494-96 [5] в качестве температуры воздуха внутри помещений используется результирующая температура в рабочей зоне помещений, которая экспериментально определяется по шаровому термометру диаметром 150мм. Температура внутри полого шара определяется инфракрасным термометром ТМ-908 с установкой степени черноты 1,0.

2.4 Порядок выполнения работы и обработки результатов

В работе необходимо провести экспериментальное определение средневзвешенной температуры воздуха в помещениях пристройки кафедры ПТЭ, температуры наружного воздуха и мощности теплового потока на отопление и определить по полученным данным укрупненный показатель плотности теплового потока на отопление в расчетном режиме.

Работа выполняется группой студентов в составе не менее 3 человек. Один человек в ауд.А011 определяет временную зависимость мощности отопления пристройки в течение 1,5 часов, другой определяет шаровым термометром результирующие температуры воздуха в каждом помещении пристройки t_i площадью F_i, третий определяет температуру наружного воздуха с северной стороны здания. Для расчетов принимаются средние значения определяемых величин за время выполнения работы. Обработка результатов проводится по формулам (2.1-2.3).

2.5 Контрольные вопросы:

- классификация и основные элементы систем теплоснабжения;

- виды потребителей тепла, годовой график теплопотребления;

- тепловой баланс помещения, методы расчета теплопотерь здания;

- классификация систем отопления;

- нагревательные приборы, теплосъем с нагревательных приборов,

допустимые максимальные температуры теплоносителя в нагревательных приборах;

- определение укрупненного показателя плотности теплового потока на отопления;

- принцип работы измерительных приборов, используемых в работе.

2.6 Рекомендуемая литература

1 Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: - М.: Изд. МЭИ, 2001.- 472 с., с. 58-76.

2 СН и П 2.04.07 – 86*. Тепловые сети. – М.: ГП ЦПП, 1996. – 48 с.

3 СН и П 2.04.05 – 91* Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: ГУП ЦПП, 1998.-72 с.

4 МСН 2.04.01-98. Строительная климатология. – М., 2000. – 113 с.

3 Лабораторная работа № 3

Определение коэффициента смешения на абонентском вводе с циркуляционным насосом

Цель работы – приобретение навыков экспериментального исследования теплового и гидравлического режимов установок абонентского ввода с циркуляционным насосом, углубление знаний принципов регулирования зависимых систем теплоснабжения, а также углубление знаний по основам проектирования отопительных систем зданий.

3.1 Теоретическое введение

Для обеспечения санитарно-гигиенических условий жизнедеятельности людей в жилых, общественно-административных зданиях нормативными документами [1.3] вводятся ограничения на скорость движения теплоносителя в системах отопления и на максимальную температуру теплоносителя в нагревательных приборах. При заданном графике качественного регулирования (150/70, 132/70) эти условия выполняются соответствующим выбором установок абонентского ввода, которые обеспечивают необходимый напор в системе циркуляции и смешение сетевой и обратной воды. Расчет узла смешения проводится для расчетного режима работы системы отопления.

Коэффициент смешения определяется как отношение расходов обратной g₀ и сетевой воды g_с:

Пренебрегая зависимостью теплоемкости воды от температуры, можно определить по измеренным температурам: сетевой воды t₁,⁰С, обратной t₂,⁰С, и после смешения t₃, ⁰С:

, (3.1)

т.к. расход циркуляционной воды будет равен (1+ ) g_с.

При качественном регулировании располагаемый напор на абонентском вводе остается неизменным, и элеваторы работают с постоянным коэффициентом смешения, который зависит от геометрических размеров элеватора. Установка абонентского ввода с регулируемым клапаном и циркуляционным насосом обеспечивает регулирование с переменным коэффициентом смешения, который изменяется с изменением температуры наружного воздуха или обеспечивает заданную температуру воздуха в представительном помещении здания.

3.2 Задание работы

Работа выполняется в следующей последовательности:

- переведите погодный корректор на ручное управление (установите индикатор режимов в положение ручное);

а) качественное регулирование:

1) установите на насосе заданное преподавателем число оборотов ротора насоса;

2) установите теплосчетчик БОИ-2 на текущий режим;

3) установите на регулируемом клапане максимальную степень открытия;

4) дождитесь момента времени, когда температура t₃ не будет изменяться со временем, и проведите измерения;

5) установите новое значение степени открытия клапана и проведите измерения в новом режиме. Таким образом проведите измерения при пяти различных степенях открытия клапана;

б) количественное регулирование:

1) установите степень открытия клапана в среднее положение;

2) отключите питание позиционера;

3) вручную установите на блоке 2 число оборотов вращения ротора в пределах (1400-2800) об/мин;

4) дождитесь установившегося режима, проведите измерения;

5) установите новое значение числа оборотов и проведите измерения в новом режиме. Таким образом проведите измерения при пяти различных числах оборотов вращения ротора насоса.

Результаты измерений заносятся в протокол наблюдений (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Протокол наблюдений

Степень

открытия

клапана

Число оборотов

n, об/мин

g_с,

т/ч

g_гв_с,

т/ч

t₁,

⁰С

t₂,

⁰С

t₃,

⁰С

Р₁,

кгс/см²

Р₂,

кгс/см²

Установка абонентского ввода корпуса А АИЭС спроектирована на базе погодного корректора фирмы «Данфосс» ЕС 1 - 9300 и циркуляционного насоса с электронным частотным управлением Wilo – ТОР – Е 100/1-10 и предназначена для количественно-качественного регулирования отопительной нагрузки.

В работе необходимо определить изменение коэффициента смешения в системе отопления при качественном (число оборотов вращения ротора насоса n=const) и количественном (n=var) регулировании нагрузки отопления. При выполнении работы погодный корректор ЕС 1 - 9300 переводится на режим ручного управления. При качественном регулировании при заданном числе оборотов ротора насоса n определяют коэффициент смешения в зависимости от степени открытия регулирующего клапана. При количественном регулировании степень открытия клапана оставляют неизменным и определяют изменение коэффициента смешения от изменения числа оборотов ротора насоса n. Коэффициент смешения определяют по соотношению (3.1)

3.3 Схема экспериментальной установки и порядок выполнения работы

Схема узла смешения абонентского ввода корпуса А АИЭС показана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема узла смешения абонентского ввода корпуса А АИЭС

1 – циркуляционный насос Wilo ТОР-Е 100/1-10, 2 – блок управления насоса, 3 – регулирующий седельный клапан, 4 – шток клапана, 5 – сервопривод

клапана, 6 – позиционер, t₁, t₂, t₃ – точки определения температур теплоносителя, М₁, М₂ – манометры.

Узел смешения состоит из регулирующего седельного клапана VF 2 d_у 50, циркуляционного насоса с электронным регулированием числа оборотов вращения ротора насоса Wilo ТОР-Е 100/1-10. Клапан снабжен реверсионным электроприводом АМV 423/230 В. Для количественно-качественного регулирования отопительной нагрузки на корпусе электропривода 5 установлен позиционер 6, имеющий жесткую кинематическую связь со штоком клапана 3. В зависимости от положения штока позиционер вырабатывает управляющий сигнал 0-10 В, по которому происходит изменение числа оборотов ротора насоса. Температуры в точках t₁, t₂, t₃ измеряются дистанционным инфракрасным термометром ТМ-908. Располагаемый напор находится по показаниям манометров М₁ и М₂.

3.4 Обработка результатов и отчет по работе

По данным измерений находятся коэффициент смешения по соотношению (3.1), располагаемый напор ∆Н

, (3.2)

где Н1, Н2 – пьезометрические напоры в подающей и обратной магистрали,

расход циркуляционной воды g_ц

(3.3)

а также эффективное гидравлическое сопротивление системы отопления

, (3.4)

где V_ц – объёмный расход циркуляционной воды,

- расход воды на горячее водоснабжение для каждого измеренного режима.

Результаты обработки данных заносятся в протокол обработки данных (таблица 3.2)

Таблица 3.2 – Протокол обработки данных

Отчет по работе должен содержать краткие выводы по сопоставительному анализу полученных результатов с литературными данными и оценку погрешности результатов.

3.5 Контрольные вопросы:

- классификация систем теплоснабжения по способу присоединения отопительной нагрузки и горячего водоснабжения;

- назначение узла смешения абонентского ввода, коэффициент смешения;

- центральное качественное регулирование отопительной нагрузки, график регулирования;

- схема местного регулирования отопительной нагрузки с циркуляционным насосом;

- гидравлическое сопротивление системы отопления, методы его расчета;

- расчетный расход циркуляционной воды при качественном регулировании нагрузки.

3.6 Рекомендуемая литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Изд. МЭИ, 2001.-472 с., с. 85-107, 131-166, 278-286.

2. Каталог автоматических регуляторов для систем теплоснабжения зданий. - Данфосс Т.О.В 04/2001. – 188 с.

3. СНиП РК 4.02-05-2001. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Астана, 2002.-72с.

4 Лабораторная работа № 4

Исследование гидравлического режима тепловой сети на электрической модели

Цель работы – приобретение знаний и навыков моделирования гидравлических режимов трубопроводных систем, углубление знаний по гидравлическому расчету тепловой сети и выбору способа присоединения потребителей, приобретение знаний по регулированию гидравлического режима тепловой сети.

4.1 Теоретическое введение

Электрическое моделирование гидравлического режима тепловой сети, используемое в данной работе, основывается на аналогии процессов токораспределения в разветвленных электрических цепях постоянного тока и потокораспределения в многокольцевых трубопроводных сетях. Токораспределение в электрических цепях находится по уравнениям Кирхгофа:

, (4.1)

где I_к- величины токов, сходящихся в k – том узле электрической цепи,

I_i, R_i, E_I, r_i – соответственно силы токов, сопротивления, величины э.д.с., внутренние сопротивления источников э.д.с. в замкнутом i – том контуре.

С другой стороны в многокольцевых трубопроводных системах потокораспределения также подчиняется уравнениям Кирхгофа, которые можно сформулировать в следующем виде [6]:

, (4.2)

где потоки (расходы жидкости), сходящиеся в k-том узле трубопроводной системы; - соответственно потоки, гидравлические сопротивления, условные напоры и внутренние сопротивления насосов в замкнутом i – том контуре.

Моделирующая электрическая цепь строится согласно топологии исследуемой трубопроводной системы.

При электрическом моделировании трубопроводных систем на линейных элементах, как это следует из (4.1),(4.2), в качестве аналогичной величины потери напора в трубопроводной сети, в электрической сети можно выбрать [3,6] следующие величины: напряжение, квадрат напряжения и рассеянную мощность на участке цепи. При этом во всех случаях в качестве аналога условного напора следует выбирать эдс источника тока.

Из приведенного в работе [6] анализа погрешностей моделирования следует, что наименьшая погрешность моделирования соответствует выбору в качестве аналогичной величины потери напора - падение напряжения на участке электрической цепи. При этом аналогичные величины выбираются следующим образом:

(4.3)

тогда потере напора соответствует величина

. (4.4)

При подстановке значений по (4.3) во второе уравнение (4.1) получим

которое с точностью до коэффициентов аналогии совпадает со вторым уравнением системы (4.1).

Численное значение коэффициентов аналогии зависит от выбора единиц измерения величин в электрической и трубопроводной сети.

4.2 Задание работы

В работе задана тепловая сеть с сетевым насосом и несколькими параллельно включенными потребителями с нагрузкой отопления, присоединенных по независимой схеме. Известны характеристика насоса, гидравлические сопротивления участков сети, характеристика абонентских вводов потребителей.

По этим данным, согласно топологии тепловой сети, нужно построить на стенде моделирующую электрическую сеть постоянного тока с источником тока, выбрать эдс источника тока, определить коэффициенты аналогии, сопротивления участков цепи и внутреннее сопротивление источника тока при выборе в качестве аналога потери давления в сети, падение напряжения на участке электрической цепи.

На моделирующей установке определить расход воды на отопление потребителей, пьезометрический график сети, также определить, как изменяются названные величины при увеличении сопротивления одного потребителя в 2 раза.

4.3 Экспериментальная установка и порядок выполнения работы

Схема тепловой сети приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема тепловой сети. СН – сетевой насос, 1,2,3,4,5 – потребители.

Сопротивления участков тепловой сети равны S_н-1 = S_1-2 = S_2-3 = S_3-4 = S_4-5 =30 мм*ч²/м⁶ по подающей и обратной линии. Сопротивления абонентского ввода потребителей равны S₁=S₂=S₃=S₄=S₅=800 мм*ч²/м⁶. В качестве сетевого насоса используется насос Wilo RJ-30/75, с характеристиками Н₀=6115, S₀=60,79мм*ч²/м⁶.

Для построения электрической цепи на линейных элементах, моделирующую заданную тепловую сеть, используем соотношения (4.3), (4.4).Для определения параметров моделирующей электрической цепи поступаем следующим образом:

- определить параметры эквивалентной тепловой сети с одним потребителем и найти расход воды на участке Н-1. Общее сопротивление потребителей и тепловой сети, определяемое как суммарное сопротивление параллельно включенных потребителей и участков сети, равно S=189,79 мм*ч²/м⁶.

Характеристика насоса [5] Wilo RJ-30/75 апроксимируется при работе на первой ступени скорости

Н=6115-60,79V²,мм.вд.ст.

Отсюда напор, развиваемый насосом на участке Н-Н, равен

Н_н-н=4162,8мм, расход воды на участке Н-1 V_н-1=5,676 м³/ч;

- выберем коэффициент аналогии а, равным 1 Ом*м⁶/мм*ч²;

- рассчитаем электрическую цепь при данном коэффициенте а. Суммарное сопротивление эквивалентной схемы электрической цепи равно 342,57 Ом;

- при выборе Е=4В, I=11,676 mА, I²=136,33 (mА)². Таким образом, в=2,057; в²=4,23;

- коэффициент с будет равен 0,000654 В/мм;

- комплекс коэффициентов с/а*в²=1,546*10^-4. Его величина определяется выбором единиц измерения в электрической и тепловой сети.

По топологии тепловой сети на стенде соберем моделирующую электрическую цепь, приведенную на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Схема электрической цепи, моделирующая заданную тепловую сеть. R₁,R₂, R₅ – сопротивление абонентских вводов,

r₁,r₂, r₅ - сопротивления участков сети,

r₀ – переменный резистор для установки внутреннего сопротивления у источника тока.

При выбранных коэффициентах аналогии Е=4В, R₁=R₂= R₅=800 Ом, r₁=r₂= =r₅=30 Ом общее внутреннее сопротивление источника тока должно быть равно 60,79 Ом, которое должно выставляться с помощью переменного резистора

После установки с помощью омметра необходимых значений сопротивлений r_i, R_i на адаптере устанавливается значение Е=4В (если показания вольтметра в точках 0-0 при выключенной нагрузке отличаются от4В, то необходимо провести перерасчет коэффициентов аналогии), включается сеть, находятся падения напряжения на участках сети

∆Н_i,i=1=ав²Н_i,i+1, расходы воды у абонентов V_i=V_I/в, по данным измерений строится пьезометрический график сети.

Затем сопротивление 3 потребителя увеличивается в 2 раза, проводят измерения и строят пьезометрический график сети при уменьшении расхода воды у 3 потребителя.

Данные измерений на электрической модели заносят в протокол наблюдений, результаты обработки данных с рассчитанными коэффициентами аналогии – в протокол обработки данных.

4.4 Содержание отчета по работе

Отчет по работе должен содержать пьезометрический график и расходы воды у потребителей, рассчитанные по уравнениям (4.2), а также эти величины, определенные на моделирующей установке, их сравнительный анализ.

4.5 Контрольные вопросы:

- удельное гидравлическое сопротивление трубопровода, доля местных сопротивлений;

- параллельное и последовательное включение участков трубопровода, проводимость;

- пьезометрический график тепловой сети, оптимальная величина удельной потери напора;

- схемы абонентских вводов;

- устройство и работа элеваторов;

- основные принципы автоматического регулирования теплового потока на абонентском вводе;

- методы моделирования гидравлического режима тепловой сети.

4.6 Рекомендуемая литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Изд. МЭИ, 2001.-472с., с. 182-210, 278-286

2. СНиП 2.04.05-91^*. Отопление, вентиляция и кондициониравание. – М.: ГУПЦПП, 1998.-72с.

3. Пак М.И., Пак И.М. Пред. Патент KZ А12041.-2001.

4. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем . – М.: «Энергия», 1976.-336с.

5. Каталог насосного оборудования Wilo 2002/2003, с.74.

6. Пак И.М., Ем Т.М., Пак М.И. Электрическое моделирование гидравлического режима трубопроводных систем // Труды 4 Международной конференции «Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях», 2004.

5 Лабораторная работа №5

Исследование гидравлических сопротивлений при течении жидкости в трубопроводах

Цель работы – приобретение навыков экспериментального исследования гидравлического режима течения жидкости в трубопроводах, углубление знаний по гидравлическому расчету тепловых сетей и систем теплоснабжения потребителей.

5.1 Теоретическое введение

На гидравлическом стабилизированном участке трубопровода длиной , внутреннего диаметра d при течении жидкости со скоростью падение напора ∆Н определяется формулой Дарси

, (5.1)

где - безразмерный коэффициент трения;

- ускорение свободного падения.

Коэффициент трения зависит от эквивалентной шероховатости трубопровода k_э, числа Рейнольдса Rе. Область течения жидкости, в которой не зависит от Rе с погрешностью менее 3%, называется квадратичной областью течения. В этой области потеря напора на участке трубопровода длиной можно определить по соотношению

, (5.2)

где S_у – удельное сопротивление трубопровода, мм*ч²/(м⁶*м);

V – объёмный расход жидкости, м³/ч.

Потеря напора в этой формуле измеряется в мм.вд.ст. Значения S_у для трубопроводов некоторых условных диаметров d_у при k_э=0,5мм приводим в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – удельные сопротивления трубопроводов

Условный проход d_у, мм	Наружный диаметр, мм	Внутренний диаметр, мм	S_у, ммч²/(м⁶м)
15	18	14	567,6
20	25	21	67,5
25	32	27	18,1
32	38	33	6,3
50	57	51	0,64
65	76	70	0,121
100	108	101	1,77*10^-2

Дополнительно к линейным потерям напора потери напора происходят и на местных сопротивлениях (задвижки, повороты, тройники и т.д.). Местные сопротивления характеризуются коэффициентом местных сопротивлений ξ_i и эквивалентной длиной местных сопротивлений _э,м :

, (5.3)

. (5.4)

Коэффициент трения по величине S_у при k_э=0,5мм находится по соотношению:

. (5.5)

Общая потеря напора на участке трубопровода длиной и с суммой местных сопротивлений находится по формуле

. (5.6)

5.2 Задание работы

В экспериментальной установке потеря напора в трубопроводах длиной определяется на участке гидродинамической стабилизации (теоретически он равен l _г.с.=50d). Поэтому погрешность определения S_у по вышеприведенным формулам будет значительной, и значения удельных сопротивлений, определенных по формуле (5.2), можно назвать условными удельными сопротивлениями . В работе по экспериментально определенным значениям ∆Н, V, l, d нужно определить для стальных трубопроводов диаметрами d_у=15, d_у=20, пластикового трубопровода d_вн=12мм. Найти отношение сопротивлений к сопротивлению трубопровода d_у=15, сравнить с отношениями, найденными по таблице 5.1. Для определения коэффициентов местных сопротивлений по (5.6) определяем _э

, (5.7)

затем по (5.4) находим коэффициенты местных сопротивлений.

5.3 Схема экспериментальной установки и порядок выполнения работы

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 5.1. К двум коллекторам на подаче 1 и обратке 2 с воздухоотводчиками 13 присоединены трубопроводы с задвижками: 3 – пластиковый с внутренним диаметром d=12_мм, длиной =121см_; 4 – стальной d_у=15; 5 – стальной d_у=15 с двумя поворотами на 90⁰, 6 – стальной d_у=20, 7 – стальной с расширением диаметра с d_у=15 на d_у=20; 8 – стальной с расширением и сужением диаметра трубопровода, 9,10 – стальные с перемычкой. Вода в коллектор подачи поступает из городского водопровода.

На вводе установлен интегральный счетчик жидкости 11 Unimag. Перепад давления в подающем и обратном коллекторах измеряется дифференциальным манометром 12 Yokogawa , который преобразует разность давления ∆Р в значение тока, измеряемый миллиамперметром 14.

Длина стальных трубопроводов по прямой равна 150 см.

Рисунок 5.1 – Схема экспериментальной установки

Работа выполняется в следующем порядке. Открываются задвижки в сети водопровода, канализации, на трубопроводе 6, затем с помощью воздухоотводчиков 13 и воздухоотводчиков, установленных на дифманометре Yokogawa, удаляют воздух из системы. При полном удалении воздуха и закрытой задвижке на линии канализации дифманометр должен показывать 0. Закрывается задвижка на трубопроводе 6, открывается задвижка на трубопроводе 4, проводят не менее трех измерений расхода воды V, перепада давления ∆Р. Закрывают задвижку на трубопроводе 4, открывают задвижку на трубопроводе 3 и проводят измерения на 3 трубопроводе. Таким образом, должны быть проведены измерения на всех других трубопроводах.

Результаты измерений заносятся в протокол наблюдений (таблица 5.2).

Таблица 5.2

Номер трубопровода	Показания расходомера, м³	Время, час	Показания дифманометра, mA

5.4 Обработка данных

Обработка полученных результатов проводится следующим образом. Результаты измерений для каждого трубопровода осредняются, в расчетах используется среднеарифметическая величина расхода жидкости, перепада давления. Расчет проводится по формулам (5.2), (5.6), (5.7), (5.4), (5.5), для чего полученные значения нужно подставить в формулы в следующих единицах измерения: расход воды – м³/ч, диаметры трубопроводов – м, потеря напора – мм*ч²/м⁶*м. Результаты расчета представить в протоколе обработки данных (таблица 5.3).

Таблица 5.3 – Протокол обработки данных.

Номер трубо

провода

∆Р,

кПа

Длина

l, м

Расход

V,м³/ч

S_у ^усл,

мм*ч²/м⁶*м

Lэ,

В выводах по работе должно содержаться сравнение полученных данных с литературными данными.

5.5 Контрольные вопросы:

- как связаны давление, потеря давления с напором, потерей напора;

- определите полный напор, пьезометрический и располагаемые напоры;

- охарактеризуйте квадратичную область течения жидкости;

- от каких параметров зависит удельное линейное гидравлическое сопротивление трубопровода;

- как рассчитывается общее сопротивление при последовательном и параллельном соединении участков трубопровода;

- как определяется потеря напора на местном сопротивлении, что такое эквивалентная длина местного сопротивления;

- как рассчитать потерю полного напора на участке сети из трубопроводов с различными диаметрами и общей долей местных сопротивлений, равной 0,4.

5.6 Рекомендуемая литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Изд. МЭИ, 2001. – 472с., с.182-211.

2. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. - М.:Энергия, 1976. – 336с., с.12-25.

6 Лабораторная работа №6

Определение температурного графика центрального качественного регулирования отопительной нагрузки

Цель работы - экспериментальное определение нагрузки воздушного отопления в зависимости от температуры циркуляционной воды, построение температурного графика качественного регулирования отопительной нагрузки в зависимых централизованных системах теплоснабжения, углубление знаний в области теплового расчета тепловых сетей и систем отопления зданий, приобретение навыков экспериментального определения тепловых потоков, расходов и температур теплоносителя в системах теплоснабжения.

6.1 Теоретическая часть

В зависимых системах централизованного теплоснабжения (ЦСТС) нагревательные приборы системы отопления могут быть присоединены к тепловой сети или по элеваторной схеме, или по схеме непосредственного присоединения.

Элеваторная схема присоединения агрегатов воздушного отопления приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Элеваторная схема присоединения к тепловой сети калорифера воздушного отопления. Э – элеватор, К – калорифер,

τ₀₁, τ₀₂ – температуры сетевой воды в подающей и обратной магистрали,

τ₁, τ₂ – температуры воды после элеватора и калориферов.

При центральном качественном регулировании присоединенной нагрузки ЦСТС температура сетевой воды τ₀₁, τ₀₂ зависит от температуры наружного воздуха t_н или от безразмерной нагрузки . В случае если нагревательными приборами являются чугунные радиаторы, то эта зависимость имеет вид [1].

, (6.1)

. (6.2)

При принудительной циркуляции воздуха вдоль внешней поверхности нагрева отопительных приборов коэффициент теплопередачи практически не зависит от температуры. Поэтому для калориферов воздушного отопления, включенных по схеме на рисунке 6.1, λ₁, λ₂ – принимают вид прямых линий:

, (6.3)

. (6.4)

В соотношениях (1)-(4) приняты следующие обозначения: - соответственно расчетные (при расчетной температуре наружного воздуха), температурный напор на нагревательном приборе, разность температур воды на подаче и обратке тепловой сети, разность температур циркуляционной воды до и после приборов отопления; - расчетные температуры воздуха внутри помещений и температуры наружного воздуха.

6.2 Задание работы

Необходимо определить температурный график качественного регулирования нагрузки тепловой сети ЦСТС при =120⁰C, =70⁰С (=50⁰С), = - 23⁰C.

К тепловой сети присоединена нагрузка воздушного отопления =95⁰С, =70⁰С (=25⁰С), для чего приборы воздушного отопления присоединены к тепловой сети по элеваторной схеме (рисунок 6.1).

В лабораторной работе исследуется физическая модель воздушного отопления. В ходе выполнения работы экспериментально определяются , и соответствующие им значения нагрузки калорифера .

По этим данным строятся графики , . Экстраполируя осредняющие кривые до уровня температуры 95⁰С, а до 70⁰С, определяют . Определив безразмерные измеренные нагрузки , находят графики , , которые должны иметь вид прямых линий. Задавая произвольные значения в пределах 0-1 рассчитываются , по соотношениям (6.1) и (6.2), а также , для измеренных значений при =20⁰С. Поскольку при температурном графике 120/70 коэффициент смешения =1, то для каждого установившегося режима проведенных измерений должно выполняться равенство:

, (6.5)

где в i – том опыте при ;

- рассчитанные по (6.1), (6.2) значения сетевой воды при .

Так как нагрузка отопления линейно зависит от температуры наружного воздуха , то имеет место равенство

(6.6)

или в нашем случае ( ),

. (6.6а)

Последнее соотношение нужно использовать при построении графиков , .

6.3 Схема экспериментальной установки и порядок выполнения работы

Схема экспериментальной установки осуществляется на универсальном стенде ТС-1. Для этой цели полностью открываются вентили В1, В2, В3, В4, закрываются задвижки з8,з15,з23, з26, з30, з31, з7, з15, з21, з22, з24.

В результате получим схему экспериментальной установки, изображенной на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Схема экспериментальной установки. 01 – электрокотел, 06-1, 06-2 – группа циркуляционных насосов, 03-5,03-6 – терморезисторные датчики температур, 04-1, 04-2 – вентиляторы, 03-1 – тепловычислитель Thermiflu, 03-3 – расходомер с импульсным выводом, 04 – калорифер воздушного отопления. Электрокотел 01 снабжен автоматическим регулятором температуры воды на выходе из котла (на рисунке не показан).

Работа выполняется в следующем порядке. Включаются насосы 06-1, 06-2, проверяется работа тепловычислителя. Затем включаются вентиляторы 04-1,04-2, на регуляторе котла устанавливается температура 45⁰С, включается электропитание котла. Дожидаются установления стационарного режима (все показания тепловычислителя остаются постоянными в течение 10 минут). В установившемся режиме проводят измерения , , расхода воды (03-3), текущей нагрузки (03-1). Данные заносят в протокол наблюдений. Затем переходят на другие режимы, устанавливая температуры на выходе из котла 50⁰С, 55⁰С, 60⁰С, 65⁰С.

Таблицы 6.1 – Протокол наблюдений

Расход воды

л/мин

⁰С

Вт

⁰С

Полученные данные используют для расчетов, результаты которых заносятся в протокол обработки данных (см. п.6.2).

Таблица 6.2 – Протокол обработки данных

⁰С

Отчет по работе должен содержать графики , для определения , графики , . В выводах приводится анализ сопоставления полученного графика центрального качественного регулирования с литературными данными.

6.4 Контрольные вопросы:

- факторы, влияющие на теплопотери здания, назначение отопления;

- расчетные климатические параметры отопительной нагрузки;

- виды и ступени регулирования отопительной нагрузки в ЦСТС;

- факторы, влияющие на теплосъём с чугунных радиаторов отопления;

- определите удельную тепловую нагрузку теплообменного аппарата, режимный коэффициент, его зависимость от безразмерной тепловой нагрузки;

- преимущества и недостатки центрального качественного регулирования отопительной нагрузки в ЦСТС;

- выбор расхода циркуляционной воды в системе отопления;

- понятие коэффициента смешения на абонентском вводе, расчетного температурного напора и расчетного перепада температур теплоносителя в системах отопления.

6.5 Рекомендуемая литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.:Изд.МЭИ, 2001. – 472с., с.116-157.

7 Лабораторная работа №7

Определение плотности теплосъёма с нагревательного прибора отопления в зависимости от схемы движения теплоносителя

Цель работы – экспериментальное определение теплосъёма с нагревательного прибора отопления в зависимости от схемы движения воды, углубление знаний в области расчета теплообменных аппаратов методом удельных тепловых характеристик, теплового расчета систем отопления.

7.1 Теоретическое введение

Несмотря на большое разнообразие применяемых нагревательных приборов отопления, все они являются водовоздушными рекуперативными теплообменными аппаратами. Поскольку задачей отопления является поддержание в отапливаемом помещении заданной температуры воздуха, то принимается, что массовая теплоёмкость воздуха .

Площадь теплосъёма нагревательных приборов принято измерять в условных единицах – эквивалентных квадратных метрах (экм). 1экм соответствует такой части нагревательного прибора, которая в нормализованных условиях испытаний обеспечивает теплосъём в размере 506 Вт. Нормализованным условиям соответствует средняя температура теплоносителя в приборе 82,5⁰С, температура воздуха помещений 18⁰С и определенные для данного типа нагревательных приборов расход теплоносителя и схема подключения. Если примем, что теплосъём с 1 экм есть плотность теплосъёма q_0экм, то она будет зависеть от условий эксплуатации: температурного напора, расхода теплоносителя, перепада температур теплоносителя в нагревательном приборе и др. Например, для чугунных радиаторов отопления М 140-АО зависимость q_0экм, Вт/экм, от эксплуатационных условий описывается следующими формулами [1]:

движение воды снизу вверх,	, (7.1)
движение воды снизу вверх,	, (7.2)
движение воды снизу вниз,	, (7.3)
движение воды снизу вниз,	, (7.4)
движение воды сверху вниз,	, (7.5)
движение воды сверху вниз,	. (7.6)

В [1] приведены аналогичные соотношения для других типов нагревательных приборов (конвекторы, стальные, панельные радиаторы, гладкие стальные трубы и т.д.). В соотношениях (7.1) - (7.6) приняты следующие обозначения: - перепад температуры воды в приборе, , - температурный напор

, (7.7)

- температура воздуха в помещении;

- расход греющей воды через радиатор;

- относительный расход воды, т/ч:

, (7.8)

17,4, кг/ч – нормированный расход воды для чугунных радиаторов;

- площадь нагревательного прибора, экм.

Теплосъём с нагревательного прибора площадью определяется соотношением

, (7.9)

где - коэффициент влияния расхода воды;

- коэффициент взаимного влияния элементов нагревательного прибора.

Экспериментальные исследования чугунных радиаторов показали [2], что режимный коэффициент равен

, (7.10)

где - параметр отопительной нагрузки;

- расчетный перепад температур воды в тепловой сети;

- расчетный температурный напор.

7.2 Задание работы

В работе необходимо провести экспериментальное определение теплосъёма с чугунного радиатора отопления М 140-АО в зависимости от схемы движения теплоносителя при заданном расходе воды . Для каждой схемы движения теплоносителя определяется по формулам (7.1) - (7.6) величина q_0экм. Затем по соотношению (7.9) находится эквивалентная площадь нагревательного прибора , а также эквивалентная площадь элемента (секции) радиатора , где n – число секций радиатора. Величина , выбирается по справочной литературе [4].

7.3 Схема экспериментальной установки и порядок выполнения работы

Экспериментальная установка для выполнения работы собирается на универсальном стенде ТС – 1. Для этой цели на стенде ТС – 1 полностью открываются вентили 1-В1, 1-В2, закрываются вентили 1-В4, 1-В3. Открываются задвижки 1-з17, 1-з15, закрываются задвижки 1-з16, 1-з17, 1-з18, 1-з19, 1-з20, 2-з21. Заданные режимы движения теплоносителя выполняются при следующих положениях задвижек:

схема движения теплоносителя	открытые задвижки	закрытые задвижки
снизу вверх	1-з11, 1-з12	1-з10, 1-з13
снизу вниз	1-з11, 1-з13	1-з10, 1-з12
сверху вниз	1-з10, 1-з13	10з11, 1-з12

Измерение расхода воды проводится расходомером О2-2, измерение температуры воды на входе и выходе нагревательного прибора , , а также количества теплоты, отданного нагревательным прибором - по тепловычислителю PICOCAL O2-1.

Выполнение работы производится в следующей последовательности:

- заполнить систему водой при открытом вентиле 1 В3, задвижек 1-з25, 1-з35, убедиться, что воздух из системы полностью удален;

- установить необходимую схему движения теплоносителя в радиаторе;

- включить насосы 06-1, 06-2;

- включить питание термостата 01, установить на регуляторе температуры 70⁰С;

- дождаться установившегося режима, когда , не будут изменяться со временем;

- в установившемся режиме провести три последовательных измерения, результаты осреднить;

- перейти на другую схему движения теплоносителя, затем повторяются две предыдущие операции.

Результаты измерений заносятся в протокол наблюдений (таблица 7.1).

Таблица 7.1 – Протокол наблюдений

схема движения теплоносителя

м³/ч

кВт

⁰С

7.4 Обработка данных, отчет по работе

По осредненным данным трех измерений в каждой схеме движения теплоносителя по формулам (7.1) - (7.9) находятся искомые величины. Результаты обработки данных заносятся в протокол (таблица 7.2).

Таблица 7.2 – Протокол обработки данных

Схема движения теплоносителя

⁰С

Вт/экм

экм

Отчет по работе должен содержать сравнительный анализ теплосъёма с нагревательного прибора при различных схемах движения теплоносителя, приборную погрешность измерений.

7.5 Контрольные вопросы:

- назначение нагревательных приборов отопления, разновидности нагревательных приборов , схемы установки нагревательных приборов в зданиях;

- тепловой и гидравлический режим нагревательных приборов в зависимости от назначения зданий;

- понятие площади нагревательного прибора 1 экм;

- понятие плотности теплосъёма с нагревательного прибора q_0экм, Вт/экм, его зависимость от параметров эксплуатации;

- гидравлический и тепловой режим стояка отопления;

- теплопотери здания, теплопоступление в здание в отопительный период;

- тепловые характеристики нагревательных приборов: удельная тепловая характеристика, режимный коэффициент.

7.6 Рекомендуемая литература

1. Отопление и вентиляция жилых и гражданских зданий: Проектирование:Справочник/ Русланов Г.В. и др. – Киев, Будiвельник, 1983.- 272с., с.71-96.

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети – М.: Изд.МЭИ, 2001.-472с., с.120-131.

8 Лабораторная работа №8

Исследование гидравлического режима абонентской установки

закрытой централизованной системы теплоснабжения

Цель работы – экспериментальное определение относительных расходов воды на отопление и горячее водоснабжение в абонентской установке с одноступенчатой параллельной схемой включения подогревателя горячей воды и без регулятора расхода на линии отопления, получение навыков экспериментального обследования гидравлических режимов установок и тепловых сетей и обработка данных, углубление знаний в области проектирования, наладки гидравлических режимов установок абонентского ввода в централизованных системах теплоснабжения (ЦСТС).

8.1 Теоретическое введение

В зависимых закрытых ЦСТС при одноступенчатой параллельной схеме включения подогревателя горячей воды (рисунок 8.1) отопительная нагрузка – радиатор отопления РО и водоводяной подогреватель горячего водоснабжения ТА подключаются к тепловой сети (п – подача, о – обратка) параллельно. В нашем случае отопительная нагрузка РО подключена к сети непосредственно без элеватора Э, а на линии горячего водоснабжения отсутствует регулятор температуры РТ.

Рисунок 8.1 – Абонентская установка зависимой закрытой ЦСТС

Введем следующие обозначения:

, , - располагаемые напоры, расчетный и текущий, относительный располагаемый напор соответственно;

, , , - гидравлические сопротивления элементов абонентской установки соответственно входа, выхода, линии отопления, линии ТА ;

, - безразмерные гидравлические сопротивления линии отопления и горячего водоснабжения (ГВС);

, , - расходы воды соответственно через отопительную установку в расчетном и текущем режиме, через линию ГВС;

, - относительные расходы воды.

Гидравлические сопротивления отопительной нагрузки и линии ГВС включены в сеть параллельно. Относительные расходы воды на отопление и ГВС в данном случае находятся по соотношениям [1]:

, (8.1)

, (8.2)

, (8.3)

которые получены из уравнения потери напора в абонентской установке.

Как видно из решения (8.2), суммарный расход воды в абонентской установке определяется проектными значениями гидравлических сопротивлений ,, и текущим располагаемым напором . Относительный расход воды на отопление можно рассматривать как функцию относительного расхода воды на ГВС : [2]. Экспериментальное определение этой зависимости является задачей данной лабораторной работы.

8.2 Экспериментальная установка и порядок выполнения работы

Работа выполняется на универсальном стенде ТС – 1. Схема экспериментальной установки собирается на стенде следующим образом.

Открываются вентили 1-В1, 1-В2, вентили 1-В4, 1-В3 закрываются. Закрыть задвижки: 1-з11, 1-з12, 1-з18, 1-з19, 1-з7, открыть задвижки: 1-з8, 1-з9, 1-з10, 1-з13, 1-з16, 1-з17, 1-з14, 1-з15. Заполнить систему водой, убедиться, что воздух из системы полностью удален, включить насосы 06-1, 06-2.

Следует соблюдать следующий порядок выполнения работы:

- при полностью открытых задвижках 1-з8, 1-з9, 1-з10, 1-з16 определить располагаемый напор в абонентской установке как разность показаний манометров 1-М2, 1-М6, при проведении всех измерений с помощью вентиля 1-В1 располагаемый напор поддерживать постоянным;

- с помощью тепловычислителя 02-1, расходомера 02-6 определить расходы воды на отопление и ГВС ;

- изменяя степень закрытия задвижки 1-з16, уменьшить расход воды на 10%, дождаться стабилизации режима и привести измерения , ;

- в последующих измерениях уменьшается на 10% от первоначальной величины, и, таким образом, проводятся измерения в 5-7 режимах.

Результаты измерений заносятся в протокол наблюдений (таблица 8.1)

Таблица 8.1 – Протокол наблюдений

Р₁

(1-М2),

кгс/см²

Р₂

(1-М6),

кгс/см²

∆Р,

кгс/см²

V_о+V_г,

м³/ч

V_г,

м³/ч

V_о,

м³/ч

8.3 Обработка данных и отчет по работе

Для определения , , нужно определить , в расчетном режиме. Для 4-х секционного радиатора М-140-АО =1,52 экм.

Величина теплосъёма в нормализованных условиях будет равна =769,12 Вт. Отсюда равна

. м³/с . (8.4)

Расчетный располагаемый напор находится по формуле

, м . (8.5)

По найденным значениям , находятся , , в каждом режиме. Результаты заносятся в протокол обработки данных (таблица 8.2).

Таблица 8.2 – Протокол обработки данных

∆Р,

кгс/см²

∆,

м³/ч

По данным таблицы 8.2 строится график .

Отчет по работе должен содержать схему экспериментальной установки, анализ полученных результатов на основе сравнения с литературными данными.

8.4 Контрольные вопросы:

- классификация ЦСТС по способу присоединения нагрузки отопления и ГВС к тепловой сети;

- расчетная нагрузка отопления, расчетный расход циркуляционной воды через нагревательный прибор отопления;

- среднесуточная и расчетная нагрузка ГВС;

- автоматические системы регулирования нагрузки на абонентском вводе ЦСТС;

- гидравлический режим установки абонентского ввода без регулятора расхода на отопительной линии и двухступенчатой смешанной схеме присоединения водоподогревателей горячей воды;

- гидравлический режим установки абонентского ввода с непосредственным присоединением нагрузки ГВС;

- основы расчета и схемы включения в сеть аккумуляторов горячей воды;

- теоретические основы расчета гидравлического режима установок абонентского ввода.

8.5 Рекомендуемая литература

1. Пак М.И., Пак И.М., Гидравлические режимы абонентских вводов зависимых систем теплоснабжения // Энергетика и топливные ресурсы Казахстана. - 2001. - №5. С.67-72.

2. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем.- М.: «Энергия», 1976.-336с., с.18-54.

Приложение А

Тарировочный график для определения температур водопроводной воды

t₂^/и t₂^//

Приложение Б

Тарировочный график для определения перепада давления ∆Р в трубопроводах

у=k(x-4), где k=0,625