/
Text
Проф. Е. Я. СОКОЛОВ
ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ
(ВТОРОЕ. ПЕРЕРАБОТАННОЕ ИЗДАНИЕ)
Допущено Главным управлением
политехнических и машиностроительных вузов
Министерства высшего образования СССР
в качестве учебника
для энергетических высших учебных заведений и факультетов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА 1956 ЛЕНИНГРАД
Книга подготовлена к пятидесятилетнему юбилею Московского
ордена Ленина энергетического института имени В. М. Молотова
ЭТ-5-2
В книге изложены энергетические основы теплофикации,
даны теория и методика расчета тепловых сетей, рассмот-
рены схемы теплоснабжения, приведены конструкции основ-
ных элементов теплоподготовительных установок, тепловых
сетей и абонентских вводов, даны необходимые сведения по
организации эксплуатации тепловых сетей.
В приложении помещен справочный материал, необходи-
мый при проектировании и эксплуатации тепловых сетей»
Книга предназначена для студентов энергетических выс-
ших учебных заведений.
Автор Соколов Ефим Яковлевич — „Тепловые сети
Редактор А. П. Сафонов
Технич. редактор И. М. Скворцов
Сдано в набор 20/VII 1956 г.
Бумага 70X108 l/ie
Т-07735 Тираж 10 000 экз.
Объем 20,2 п. л.
| в переплете № 5 — 9 р. 35 к,
' в переплете № 7-9 р. 85 к.
Подписано к печати 15/IX 1956 г.
Уч.-изд. л 23,&
Заказ № 1422
Типография Госэнергоиздата. Москва Шлюзовая наб-, 10.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Первое издание этой книги как учебника для втузов вышло
в 1948 г.
При подготовке второго издания необходимо было, придерживаясь
программы курса и не увеличивая объема книги, отразить в ней основ-
ные задачи, связанные с дальнейшим значительным развитием тепло-
фикации и тепловых сетей, и результаты наиболее важных эксперимен-
тальных, теоретических и практических работ, проведенных в этой
области.
Автором учтен семилетний опыт использования книги как учебника
в Московском энергетическом институте имени Молотова, а также заме-
чания, высказанные при общественном обсуждении книги и в личных
беседах.
Во втором издании улучшена общая архитектоника книги; развиты:
энергетические основы теплофикации, системы и схемы теплоснабжения,
водоподготовка для тепловых сетей, автоматизация теплофикационных
установок, элементы оборудования тепловых сетей; переработаны: гидра-
влический расчет, гидравлический режим, режим отпуска тепла, тепло-
подготовительные установки.
В связи с выходом в свет в 1955 г. учебного пособия Е. Я. Соколо-
ва, Н. К. Громова и А. П. Сафонова «Эксплуатация тепловых сетей»
в настоящей книге значительно сокращен материал по эксплуатации.
Из книги также полностью исключены примеры решения задач,
поскольку в 1956 г. Госэнергоиздатом выпускается в свет книга А. П. Са-
фонова «Задачник по тепловым сетям», составленный в полном соответ-
ствии с настоящим учебником.
За ценные замечания по рукописи автор выражает благодарность
проф. С. Ф. Копьеву и кандидатам технич. наук Н. К. Громову
и Д. Я. Каган.
Особую признательность автор выражает доценту А. П. Сафонову
за большой труд при редактировании книги.
Автор считает также необходимым отметить работу инж. И. В. Дми-
триева и помощь М. М. Горностай-Польской при оформлении рукописи.
Автор
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ............................ 3
Введение................................ 5
Г лава первая. Энергетическая основа
теплофикации...................... 11
Г лава вторая. Тепловое потребление 18
2-1. Классификация тепловой нагрузки 18
2-2. Сезонная нагрузка...........19
2-3. Технологическая нагрузка и горя-
чее водоснабжение.............. 23
2-4. Годовые графики нагрузки . 24
2-5. Тепловые карты . . ............. 27
Глава третья. Системы теплоснабже-
ния ....................... . . . . 27
3-1. Подготовка теплоносителя ... 27
3-2. Водяные системы................. 29
3-3. Паровые системы................. 37
3-4. Подстанции...................... 45
3-5. Водоподготовка для тепловых
сетей.......................... 46
3-6. Выбор теплоносителя и системы
теплоснабжения................. 51
Глава четвертая. Гидравлический рас-
чет .............................. 53
4-1. Задача гидравлического расчета . 53
4-2. Основные расчетные зависимости 53
4-3. Пьезометрический график .... 60
4-4. Методика расчета разветвленных
тепловых сетей................... 68
4-5. Определение состояния пара в кон-
це паропровода................. 70
4-6. Определение параметров цирку-
ляционных насосов.............. 71
Глава пятая. Гидравлический режим 71
5-1. Гидравлическая характеристика
системы................................ 71
5-2. Расчет гидравлического режима . 74
5-3. Гидравлическая характеристика
регулирующих органов........... 77
5-4. Гидравлическая устойчивость . . 81
Глава шестая. Режим отпуска тепла 85
6-1. Условные обозначения......... 85
6-2. Системы регулирования.......... 85
6-3. Качественное регулирование ... 90
6-4. Количественное регулирование . 93
6-5. Качественно-количественное регу-
лирование ..................... 95
6-6. Комбинированное регулирование 96
6-7. Режим отбора и система регули-
рования .............................103
Глава седьмая. Автоматизация тепло-
фикационных установок.............106
7-1. Задачи автоматизации............106
7-2. Автоматизация теплоподготови-
тельных установок..............108
7-3. Автоматизация абонентских вво-
дов ..................’.......П4
Глава восьмая. Элементы оборудова-
ния тепловых сетей...............117
8-1. Схемы и конфигурации тепловых
сетей......................... 117
8-2. Трасса и профиль.............119
8-3. Строительные конструкции ... 121
8-4. Тепловая изоляция............132
8-5. Трубы и их соединения........138
8-6. Опоры........................144
8-7. Компенсаторы .... .... 150
Глава девятая. Тепловой расчет . . . 159
9-1. Основные расчетные зависимости 159
9-2. Методика теплового расчета . . 163
9-3. Теплопотери4 и к. п. д. изоляции . 165
9-4. Падение температуры теплоноси-
теля и выпадение конденсата . . 166
9-5. Выбор толщины изоляции .... 168
Глава десятая. Теплоподготовитель-
ные установки....................169
10-1. Типы теплоподготовительных
установок......................169
10-2. Водоподогревательные установки 169
10-3. Паропреобразовательные уста-
новки ........................ 184
10-4. Механические и химические тер-
мокомпрессоры .................185
10-5. Пароструйные компрессоры и
водоструйные насосы............188
Глава одиннадцатая. Экономика транс-
порта тепла......................200
11-1. Методика технико-экономических
расчетов.......................200
11-2. Экономия топлива............201
11-3. Стоимость тепловой сети .... 202
11-4. Стоимость абонентских систем 205
11-5. Стоимость перекачки теплоноси-
теля ..........................206
11-6. Стоимость тепловых потерь . . 207
11-7. Выбор экономического падения
давления.......................207
11-8. Выбор оптимального давления
пара в отборе турбины..........210
11-9. Выбор оптимального графика тем-
ператур для тепловой сети . . . 210
Глава двенадцатая. Эксплуатация теп-
ловых сетей......................211
12-2. Организация эксплуатации ... 211
12-2. Режим работы и регулирование
системы .......................212
12-3. Методы обнаружения и ликви-
дации аварий...................214
12-4. Борьба с коррозией.............216
Приложения ... •.....................219
Литература...........................232
ВВЕДЕНИЕ
Под теплофикацией советские энер-
гетики понимают центр ализованное
теплоснабжение на базе комбиниро-
ванной выработки тепла и электриче-
ской энергии.
Теплофикация заметно улучшает
использование топлива на тепловых
электр оста нциях вследствие объеди -
нения процесса выработки электриче-
ской энергии с получением тепла для
центр а лиз ов анного тепл осн абже и и я и
приводит к заметному удешевлению
теплоснабжения благодаря правильной
организации режима тепло-потребления
и значительному сокращению обслужи-
вающего персонала.
Кроме теплофикации, находит при-
менение также централизованное теп-
лоснабжение от центральных котель-
ных. При централизованном теплоснаб-
жении не реализуются основные выго-
ды теплофикации, заключающиеся в
р а дик ал ьн ом п ов ыш ен и и э коном ичн о -
сти выработки электрической энергии
и тепла. Однако одни только преиму-
ществ а центр ал из ов анного теплосн а б -
жения (уменьшение потерь в котель-
ных, упорядочение теплоснабжения и
удешевление эксплуатации) делают его
во многих случаях предпочтительным
по сравнению с теплоснабжением от
местных котельных.
Теплоф ик а ци о нные уст ановки зн а -
чительно эффективнее установок цент-
рализованного теплоснабжения, поэто-
му в условиях социалистического хо-
зяйства СССР теплофикация имеет
превалирующее .применение.
Кроме экономии топлива, теплофи-
кация создает еще ряд других преиму-
ществ, а именно:
а) возможность перевода тепло-
снабжения на низкосортное, местное
топливо, сжигание которого под мел-
кими котлами индивидуальных потре-
бителей чрезвычайно затруднительно;
•б) уменьшение капитало- и метал-
ловложений в тепловое хозяйство
вследствие укрупнения генерирующих
источников тепла и снижения суммар-
ного резерва;
в) сокращение рабочего персонала
и снижение эксплуатационных расхо-
дов по энергохозяйству в целом вслед-
ствие укрупнения агрегатов и механи-
зации трудоемких процессов;
г) высвобождение площадей, заня-
тых под индивидуальные котельные в
жилых домах и на промышленных и
коммунальных предприятиях;
д) улучшение санитарных условий
благодаря концентрации топливосжи-
гания на теплоэлектроцентралях, мо-
гущих быть размещенными на значи-
тельном расстоянии от жилых кварта-
лов города, и применения современных
методов газоочистки и золоудаления.
В о з н икн овен и е идеи тепло фик а ци и
относится к 80-м годам прошлого сто-
летия. В 1877 г. в г. Локпорте в США
была сооружена первая установка для
централизованного теплоснабжения.
Однако в США в течение длительного
периода (около 60 лет) централизован-
ное теплоснабжение городов не связы-
валось с организацией комбинирован-
ной выработки тепла и электрической
энергии. В большинстве случаев цент-
рализованное теплоснабжение городов
осуществлялось там от центральных
котельных. В некоторых из этих ко-
тельных были установлены машины с
противодавлением, которые использо-
вались главным образом для собствен-
ных нужд и не имели практического
значения с точки зрения электроснаб-
жения городов.
Только незадолго до начала второй
6
Введение
мировой войны в США (начали соору-
жаться городские теплоэлектроцентра-
ли (Нью-Йорк, Милуоки, Лансинг
и др.).
Значительно интенсивнее шло раз-
витие промышленной теплофикации в
США.
Первые районные теплофикацион-
ные установки в Европе возникли в на-
чале XX в. В 1908 г. была пущена в
работу первая районная теплофикаци-
онная установка в Дрездене (Герма-
ния). Вслед за ней возникли теплофи-
кационные установки как в других
городах Германии, так и в других ев-
ропейских странах. Однако и эти уста-
новки ограничивались весьма неболь-
шими электрическими мощностями, не
имевшими сколь-нибудь серьезного
значения с точки зрения электроснаб-
жения этих городов.
История советской теплофикации
неразрывно связана с общим разви-
тием советской энергетики.
До революции в России теплофи-
кации в современном понимании не
было. Имелось несколько фабрично-
заводских теплосиловых установок, в
которых отработавший пар использо-
вался для теплоснабжения, как, напри-
мер, Трехгорная мануфактура, фабрика
Циндель (ныне Ситценабивная фабри-
ка № 1) и др., но в этих установках
теплоснабжение ограничивалось только
потребностью самих предприятий, не
охватывало близлежащие жилые райо-
ны и соседние предприятия, поэтому
они не могут рассматриваться как рай-
онные теплофикационные установки.
Прогрессивными русскими учеными
делались и до Великой Октябрьской
соци ал истической революции попытки
ос у ществ л ени я тепл оф и к а-ционн ы х
установок не только для теплоснабже-
ния промышленных предприятий, но и
для теплоснабжения жилых и общест-
венных зданий. Однако эти установки
также ограничивались пределами од-
ного владения и в условиях царской
России не могли превратиться в уста-
н овки р а йонного теплое наб жен и я.
Использование всех преимуществ
теплофикации возможно лишь при кон-
центрации тепловой нагрузки и при со-
четании планов развития теплоэлектро-
централей и тепловых сетей с ростом
теплового потребления. Основной прин-
цип теплофикации — комбинированная
выработка тепла и электрической энер-
гии,— принцип, претворенный в широ-
ком масштабе впервые в СССР, позво-
ляет получать электрическую энергию
при удельном расходе топлива в 2 —
2,5 раза меньше, чем на современных
конденсационных тепловых электро-
станциях.
При теплофикации полезно исполь-
зуется для электро- и теплоснабжения
около 75% тепла, заключенного в топ-
ливе, в то время как при раздельной
выработке электроэнергии и тепла на
теплов ых конденс ационн ых электр о -
станциях полезно используется около
30% тепла топлива, а в местных ко-
тельных 50—60% тепла топлива.
Г осуд арств ен н ый пл ан э л ектр иф и -
кации России ГОЭЛРО, разработан-
ный по инициативе В. И. Ленина и
одобренный VIII Всероссийским съез-
дом Советов в декабре 1920 г., преду-
сматривал широкое использов а ние
местного топлива для электрификации.
Т еп л о ф и к ацй я яв л яетс я л ог ич еск им
развитием идей, заложенных в Ленин;
ском плане электрификации. Теплофи-
кация позволяет перевести не только
электроснабжение, но и теплоснабже-
ние городов, промышленных и сельско-
хозяйственных районов на местное топ-
ливо и наилучшим образом использо-
вать это топливо для выработки тепла
и электрической энергии.
Теплофикация — это наиболее ра-
циональный метод использования топ-
ливных ресурсов страны для энерго-
снабжения.
Начало районной советской тепло-
фикации было положено в ноябре
1924 г. 25 ноября 1924 г. в Ленинграде
по проекту и под руководством инж.
Л. Л. Гинтера и проф. В. В. Дмитрие-
ва был пущен теплопровод от Ленин-
градской электростанции № 3 (ныне
ТЭЦ имени Л. Л. Гинтера), по которо-
му было подано тепло в дом № 96 по
Фонтанке, а в дальнейшем в Казачьи
бани, зданиям Обуховской больницы
имени Нечаева и др. В 1927 г. на
ЛГЭС № 3 конденсационная турбина
мощностью 680 кет была переведена
на ухудшенный вакуум, проведено
дальнейшее расширение тепловой сети
и подано тепло для отопления несколь-
ких десятков зданий.
Введение
7
Вслед за Ленинградом началась
тепл оф ика ци я Москв ы. Иници атор ом
теплофикации Москвы является Всесо-
юзный теплотехнический институт.
В 1928 г. был проложен теплопро-
вод от экспериментальной ТЭЦ ВТИ к
заводам «Динамо» и «Парострой» и
началось теплоснабжение этих пред-
приятий отработавшим паром давле-
нием 5 ата из отбора турбины.
Пуск первых теплофикационных
установок в Ленинграде и Москве
явился стимулом для развития тепло-
фикации в Ростове, Харькове, Киеве,
Ярославле, Иванове, Самаре, Казани
и в других городах СССР. В период
с 1924 по 1930 гг. теплофикация в
СССР развивалась главным образом
по инициативе отдельных передовых
эн ер гетиков. О тсутствов ал п ерсп ектив -
ный план строительства теплоэлектро-
централей и тепловых сетей.
Для этого периода характерно
проектирование и сооружение неболь-
ших промышленных станций, рассчи-
танных в основном на обслуживание
какого-либо предприятия и прилегаю-
щего поселка, без сколь-нибудь широ-
кого учета соседних потребителей теп-
ла. Вначале это были теплоэлектро-
централи небольшой мощности (2—
8 мгвт) при предприятиях текстильной
и бумажной промышленности, как, на-
пример, Краснопресненская ТЭЦ (ны-
не ТЭЦ № 7 Мосэнерго), Орехово-Зу-
евская ТЭЦ, Балахнинюкая ТЭЦ, Оку-
ловская ТЭЦ, ТЭЦ Пролетарской ма-
нуфактуры (г. Калинин) и др.
Затем стали возникать ТЭЦ более
крупной мощности при предприятиях
химической, металлургической и маши-
ностроительной промышленности, как,
например, ТЭЦ Донсода, Грозненская,
Б ер езниковска я, У р а лм а пнитостр о я
и др. Многие из этих фабрично-завод-
ских ТЭЦ превратились в дальнейшем
в р а йонн ые теплоэлектр оцентр а ли.
Суммарная мощность ТЭЦ составила
в 1930 г. 200 тыс. кет, а отпуск тепла
1,5 млн. мгккал.
Широкое развитие советской тепло-
фикации началось в 1931 г. после по-
становления июньского Пленума ЦК
В КП (б) (июнь 1931). В решениях
июньского' Пленума ЦК указывалось:
«ЦК считает, что в дальнейшем
плане электрификации страны должна
быть во всем объеме учтена задача
р азв ернутого строительств а (Мощных
теплоэлектроцентралей в первую оче-
редь в крупных индустриальных цент-
рах как старых (Москва, Ленинград,
Харьков и др.), так и новых (Челя-
бинск, Сталинград и др.).
Пленум ЦК предлагает ВСНХ раз-
работать план строительства мощных
теплоэлектроцентр алей и форсировать
практическое разрешение проблемы
теплофикации».
После июньского Пленума ЦК на-
ряду с дальнейшим строительством
ТЭЦ небольшой и средней мощности
при отдельных промышленных пред-
приятиях и в небольших городах нача-
лось строительство мощных теплоэлек-
троцентралей (100—200 мгвт) для
районного теплоснабжения в крупных
городах и при вновь создаваемых круп-
ных промышленных комбинатах. Пе-
реход к строительству мощных тепло-
электроцентралей вместе с ускорением
темпов развития теплофикации значи-
тельно улучшил экономические показа-
тели теплофикации, так как удельные
начальные затраты на сооружение
мощных ТЭЦ меньше, чем на соору-
жение ТЭЦ малой мощности, а к. п. д.
агрегатов крупной мощности, как пра-
вило, выше, чем агрегатов малой мощ-
ности.
За 17 лет, прошедших от пуска в ра-
боту первой советской теплофикацион-
ной установки до начала Великой Оте-
чественной войны, советская теплофи-
кация добилась крупных успехов. Теп-
лоэлектроцентрали и тепловые сети
были сооружены в большинстве ста-
рых городов и, как правило, во всех
новых городах и промышленных райо-
нах.
В 1940 г. мощность действующих
теплоэлектроцентралей достигла 2 млн.
кет, протяженность тепловых сетей
650 км, отпуск тепла превысил 25 млн.
мгккал, а годовая экономия топлива
составила около 2,5 млн. т условно-
го топлива. По мощности действующих
установок, величине комбинированной
выработки тепла и электрической энер-
гии и протяженности тепловых сетей
наша страна превосходила все страны
западной Европы, вместе взятые.
Н емецко-ф аш ис теки е з а хв атч и ки,
оккупировавшие в первый период Be-
8
Введение
ликой Отечественной войны значитель-
ную территорию Советского Союза, на-
несли огромный вред теплофикации.
Т епл оф ика ци о ни ы е уст ановки, н а хо -
лившиеся на оккупированной террито-
рии, были выведены из строя. Окку-
пантами были разрушены мощные теп-
лоэлектроцентрали в Харькове, Киеве,
Донбассе, Ростовской области, Подмо-
сковном бассейне, Сталинграде и мно-
го других промышленных и коммуналь-
ных теплофикационных установок.
Большой ущерб теплофикации был
нанесен не только в результате по-
вреждений, связанных с военными дей-
ствиями и преднамеренным выводом
оккупантами оборудования из строя,
но и в результате холодной консерва-
ции оборудования в прифронтовых
районах и в городах, подвергавшихся
блокаде. Так, в Ленинграде из-за за-
мораживания отдельных участков име-
ли место массовые повреждения сетей
в виде разрыва задвижек, сварных
швов, чугунных компенсаторов и др.
Великая отечественная война яви-
лась серьезной проверкой для всего
энергетического хозяйства страны, в
том числе и для советской теплофика-
ции. Несмотря на исключительно тя-
желые условия, мощность теплофика-
ционных установок СССР за годы
Великой Отечественной войны не умень-
шилась благодаря демонтажу и пере-
базировке значительной части станци-
онного оборудования из прифронтовой
полосы на Восток, развернутому строи-
тельству теплофикации в военные годы
на Урале, в Сибири и на Волге и бы-
стром у в осстанов лен и ю теп л оф и каци -
онных установок после изгнания не-
мецких захватчиков.
В трудных условиях военного вре-
мени при недостатке топлива и мате-
риалов теплоэлектроцентрали и тепло-
вые сети выполнили свои обязатель-
ства перед промышленностью, значи-
тельно увеличив отпуск тепла за годы
войны, и бесперебойно снабжали теп-
лом население городов и промышлен-
ных районов. Строительство тепловых
сетей в годы Великой Отечественной
войны не прекращалось, хотя произво-
дилось оно в крайне ограниченных раз-
мерах из-за острого дефицита в сталь-
ных трубах. Ускоренными темпами про-
водились работы по ремонту и восста-
новлению поврежденных сетей.
Особенно высокое развитие получи-
ла теплофикация в послевоенные годы.
Пятилетним планом восстановления и
развития народного хозяйства СССР
на 1946—1950 гг. было предусмотрено
дальнейшее развитие теплофикации,
в том числе: окончание строительства
21 теплоэлектроцентрали и продолже-
ние работ по теплофикации Москвы,
Ленинграда, Киева, Харькова, Сверд-
ловска, Ростов а-на-Дону. Этот план
был перевыполнен. Мощность -ТЭЦ за
пятилетку удвоилась, а годовой отпуск
тепла достиг 50 млн. мгккал, т. е. вдвое
превысил довоенный. Экономия топли-
ва от теплофикации составила в 1950 г.
около 4,5 млн. т.
По одной лишь Москве мощность
тепл оэл ектроцентр алей достигл а не-
скольких сотен тысяч киловатт. Еже-
годный отпуск тепла от семи москов-
ских ТЭЦ превысил 3,5 млн. мгккал.
От тепловых сетей в Москве снабжа-
лось теплом свыше 100 промышленных
предприятий и свыше 1 500 зданий.
Протяженность тепловых сетей Моск-
вы достигла 200 км. По протяженности
тепловых сетей Москва вышла на пер-
вое место в мире. Впервые в истории
в «старых» городах появились районы
сплошной теплофикации: Калининский,
Фрунзенский, Киевский районы Моск-
вы, Смольнинский район Ленинграда,
в которых к тепловым сетям присоеди-
няются как крупные здания, имевшие
ранее центральные котельные, так и
малые дома, в которых существовав-
шее ранее печное отопление переобо-
рудовано на центральное.
В решениях XIX съезда партии по
пятилетнему плану развития СССР на
1951—1955 гг. было намечено дальней-
шее значительное развитие теплофика-
ции. По этому вопросу съездом была
дана директива: «Обеспечить строи-
тельство теплоэлектроцентралей и теп-
лосетец для осуществления широкой
теплофикации городов и промышлен-
ных предприятий».
Выполнение этого задания подняло
советскую теплофикацию на еще более
высокий уровень. В 1955 г. отпуск теп-
ла от теплоэлектроцентралей превысил
довоенный в 4 раза, годовая экономия
Введение
9
топлива на 'базе теплофикации достиг-
ла 8 млн. т условного топлива.
Советский Союз является первой
страной в мире, где развитие теплофи-
кации поставлено на плановой и науч-
ной основе, поэтому основные техниче-
ские вопросы теплофикации получили
в СССР принципиально иное решение,
чем в Западной Европе и США.
В СССР впервые была сформулиро-
вана проблема дальнего теплоснабже-
нии как метода существенного оздоров-
ления воздушного бассейна городов,
улучшения условий их планировки и
сокращения завоза топлива в города.
С самого начала своего развития со-
ветская теплофикация базируется на
районные теплоэлектроцентрали, на ко-
торых тепло и электрическая энергия
в ыр аба ты в а юте я комб ин и ров анн ьгм
способом.
При теплофикации советских горо-
дов в качестве теплоносителя для теп-
ловых сетей используется главным об-
разом вода. В настоящее время Совет-
ский Союз обладает самыми крупными
водяными сетями в мире. Приме-
нение воды в качестве теплоносителя
позволяет использовать для теплоснаб-
жения отработавший пар низкого дав-
ления из отборов теплофикационных
турбин. Основная тепловая нагрузка
городов обычно удовлетворяется за
счет тепла отработавшего пара давле-
нием 1,2—2,5 ата. Использов-ание от-
работавшего пара низкого давления
повышает эффективность теплофикации
благодаря увеличению выработки элек-
трической энергии на базе теплового
потребления.
Советским ученым и инженерам
принадлежит честь разрешения многих
технических проблем, связанных с усо-
в ершенствов ан и ем техн ичес кой базы,
повышением надежности и эффектив-
ности теплофикации. Энергетическая
эффективность теплофикации зависит
в значительной мере от начальных па-
раметров пара на теплоэлектроцентра-
ли. Поэтому с самого начала развития
советской теплофикации был взят -курс
на высокие начальные параметры па-
ра на ТЭЦ. Первые советские тепло-
электроцентрали сооружались, как пра-
вило. с начальными параметрами пара
30—36 ата, 400—425° С, хотя в тот пе-
риод большинство работавших тепло-
вых электростанций имели начальные
параметры 18—20 ата, 250—275° С.
Первые советские тепловые электро-
станции, построенные с высокими на-
чальными параметрами пара и освоив-
шие работу на- высоких параметрах,
были теплоэлектроцентр а ли.
Однако подавляющее большинство
тепл оэлектр оцентр а лей, построенн ых
до Великой Отечественной войны, бы-
ло станциями среднего давления. В
послевоенный период советскими Ma-
in иностроител ьн ым и з ав одами б ыл о
начато серийное изготовление котлов и
тепл офика ционн ы х тур бин в ы-сокого
давления (90 ата, 480° С) и началось
широкое строительство теплоэлектро-
централей высокого давления, а также
частичный перевод ТЭЦ со среднего на
высокое давление путем установки
предвключенных турбин. Начиная с
1954 г., на новых ТЭЦ устанавливают-
ся, как правило, тур-бины высокого
давления.
Широкое развитие теплофикации в
Советском Союзе поставило в порядок
дня создание конструкций мощных
теплофикационных турбин. Эта задача
была успешно решена советскими кон-
структор а м и -ту р б остр о и тел ям и. Л енин -
градским металлическим заводом были
соз д ан ы отечествен н ые констру кци и
теплофикационных турбин. С 1934 г.
ЛМЗ был организован серийный вы-
пуск теплофикационных турбин для
начальных параметров пара 29 ата,
400° С мощностью 25 мгвт.
Перед Великой Отечественной вой-
ной в 1939 г. ЛМЗ изготовил самую
крупную в мире теплофикационную
турбину АП-50-1 мощностью 50 мгвт
с отбором 7 ата.
Великая Отечественная война не-
сколько задержала развитие отечест-
венного турбостроения.
По окончании Великой Отечествен-
ной войны ЛМЗ перешел к серийному
в ыпу с ку тепло ф и-каци о нн ы х турб ин
высокого давления (90 ата, 500° С)
мощностью 25 мгвт. В 1949 г. ЛМЗ по-
строил первую турбину высокого дав-
ления ВПТ-25 мощностью 25 мгвт с
двумя регулируемыми отборами пара.
В этих турбинах нижний отбор 1,2—
2,5 ата может быть использован для
коммунальной теплофикации, а верх-
ний отбор 8—13 ата для промышлен-
10
Введение
ной теплофикации. Выпуск таких тур-
бин обеспечивает возможность повы-
шения экономичности ТЭЦ при сме-
1П диной (про м ышленно -комму н ал иной)
тепловой нагрузке, за счет снижения
среднегодового пропуска пара в кон-
денсатор.
В настоящее время наши заводы
выпускают также турбины высокого
давления ВПТ-50 мощностью 50 мгвт.
Советские инженеры сконструиро-
вали и соорудили мощные пароводяные
теплообменные установки на тепло-
электроцентралях для подогрева цир-
куляционной воды и создали эффек-
тивные и компактные конструкции во-
доводяных секционных подогревателей
для абонентских вводов.
Совете ким и на учи о - исс ледов ат ел ь -
скими институтами (Центральным кот-
лотурбинным институтом имени Ползу-
нова и Всесоюзным теплотехническим
институтом имени Дзержинского) раз-
работаны теория и методы расчета и
констр у и ров ан и я п а ров ы х комп р еосо -
ров для повышения давления пара.
Эти аппараты находят применение на
тепловых станциях и в промышленных
установках.
Сов етск ие ин ж ен ер ы р азр а бога л и
конструкции подземных теплопроводов
для различных условий прокладки и
оборудование для тепловых сетей и
абонентских вводов. Современные кон-
струкции теплопроводов состоят из
укрупненных элементов, заранее изго-
товленных на заводах. Строительство
тепловых сетей заключается в сборке
на трассе готовых элементов при помо-
щи соответствующих транспортно-подъ-
емных механизмов и других средств
м е ха низ а ции стр опте л ьн о -м онта ж н ы х
работ.
Советскими научно-исследов ател ь-
скими институтами, наладочными и
эксплуатационными организациями
(ВТИ, ОРГРЭС, Теплосеть .Мосэнерго)
разработаны оригинальные конструк-
ции приборов для автоматического ре-
гулирования гидравлического и'тепло-
вого режимов тепловых сетей абонент-
ских вводов и станционных установок.
Из-за большой протяженности и
разветвленности тепловых сетей осо-
бенно актуальна задача дистанционно-
го контроля параметров теплоносителя
(давления, температуры, расхода) и
дистанционного управления запорными
и регулирующими органами.
Московским энергетическим инсти-
тутом разработан прибор «диспетчер-
ский'рапорт» для дистанционного конт-
роля параметров (давление, темпера-
тура, расход) теплоносителя по теле-
фонным проводам без нарушения ра-
боты телефонных приборов, присоеди-
ненных к этим проводам. При помощи
этого прибора можно осуществить пе-
редачу показаний из любой точки сети
на диспетчерский пункт, с записью
этих показаний на ленту. Этот прибор
позволяет без специально проложен-
ных линий связи контролировать рабо-
ту тепловых сетей.
В Советском Союзе разработана и
систематизирована теория тепловых се-
тей как одного из основных элементов
теплофикации. Советским ученым при-
надлежит приоритет в разработке и
развитии теории теплофикации как са-
мостоятел ыной н аучной дисциплин ы.
Такая научная дисциплина не была
создана ни в Западной' Европе, ни в
Америке.
В Директивах XX съезда КПСС по
шестому пятилетнему плану развития
народного хозяйства СССР на 1956—
1960 гг. предусмотрено дальнейшее
р а звитие сов етской теплофикации.
В решениях съезда указывается на
необходимость усиления темпов и
улучшения качества строительства и
дальнейшего повышения технического
уровня тепловых электростанций, гид-
роэлектростанций, электрических и теп-
ловых сетей и предлагается «Обеспе-
чить дальнейшую теплофикацию про-
мышленных предприятий и крупных
городов и ликвидировать отставание в
строительстве тепловых сетей».
ГЛАВА ПЕРВАЯ
энергетическая основа теплофикации
Теплоэлектроцентраль производит
два вида энергии: электрическую и теп-
ловую. Эти. виды энергии не являются
экономически равноценньями, поэтому
их нельзя сравнивать между собой
лишь по тепловому эквиваленту, счи-
тая 1 квтч равноценным 860 ккал теп-
ла. Электрическая энергия является
более совершенным, но зато и более
дорогим видом энергии. Выработка
электрической энергии связана со зна-
чительно большими потерями, чем вы-
работка тепловой энергии.
В ыр аботк а электр ич еск о й энергии
на конденсационных станциях высоко-
го давления (90 ат а, 500° С) произво-
дится с к. п. д. порядка 30%, в то вре-
мя как тепло вырабатывается в мест-
ных котельных с к. п. д. порядка 50—
60%.
Пр и ко мб ин и р ов ан ной в ыр або тк е
тепла и электрической энергии на теп-
лоэлектроцентрали полезно использует-
ся 70—80% тепловой энергии топлива.
Следовательно, на выработку единицы
тепла на теплоэлектроцентрали затра-
чивается примерно в 1,3—1,5 раза
меньше топлива по сравнению с расхо-
дом его в местных котельных, в то вре-
мя как на выработку единицы электри-
ческой энергии на теплоэлектроцентра-
ли затрачивается в 2,5 раза меньше
топлива, чем на конденсационной элек-
трической станции.
Для оценки эффективности тепло-
фикации иногда пользуются так назы-
ваемым коэффициентом использования
топлива, представляющим собой отно-
шение суммы отпущенного со станции
тепла и выработанной электрической
(1-1)
энергии, выраженных в тепловых еди-
ницах к теплу сожженного топлива:
_ Q -и 860Э
BQP
где Q — количество отпущенного теп-
ла, ккал\
Э — количество выработанной элек-
трической энергии, квпгч\
В — количество сожженного топ-
лива, кг\
QPH—низшая теплотворность топ-
лива, к кал 1кг.
Коэффициент использования топли-
ва не может дать правильной количе-
ственной оценки народнохозяйственной
эффективности теплофикации. Дело в
том, что в выражении (1-1) электриче-
ская энергия оценивается по тепловому
эквиваленту (860 ккал/квтч) и сумми-
руется с теплом.
Снижение выработки электрической
энергии на теплоэлектроцентрали за
счет увеличения выработки тепла при-
водит к некоторому росту коэффициен-
та использования топлива вследствие
уменьшения электромеханических по-
терь в турбогенераторной установке.
Однако при этом народнохозяйствен-
ная эффективность теплофикации
уменьшается, так как недовыработан-
ную на теплоэлектроцентрали электри-
ческую энергию приходится вырабаты-
вать на конденсационной электриче-
ской станции при значительно более
низком к. п. д.
При увеличении выработки элек-
трической энергии на теплоэлектро-
централи возрастет народнохозяйствен-
12
Энергетическая основа теплофикации
[гл. 1
пая эффективность теплофикации, так
как снижается расход топлива в систе-
ме на выработку наиболее дорогого ви-
да энергии — электрической энергии,
хотя коэффициент использования топ-
лива на тэц ( ) при этом несколько
уменьшается.
Наиболее правильно оценивать эф-
фективность теплофикации по эконо-
мии топлива, получаемой при удовлет-
ворении заданного теплового и элек-
трического потребления. х.
Если обозначить расход топлива
при комбинированной выработке теп-
ла и электрической энергии через
Вк, а расход топлива при раздельной
выработке того же количества энергии
г. * Вк
через Вр, то отношение характе-
ризует относительную эффективность
комбинированного цикла по сравне-
нию с раздельным циклом, а разность
[Вр — Вк) показывает абсолютную эко-
номию топлива при теплофикации по
сравнению с раздельной выработкой
тепла и электрической энергии.
Расход топлива на комбинирован-
ную выработку тепла и электрической
энергии на теплоэлектроцентрали (без
учета конденсационной выработки)
может быть определен как сумма двух
слагаемых:
в =В +в (1-2)
к к.э 1 к.т> \ '
где Вк д— расход топлива на выработку
электрической энергии;
Вк m — расход топлива на выработку
тепла.
Если суммарный расход топлива
Вк распределить пропорционально теп-
ловому эквиваленту того и другого
вида энергии, то каждое из этих сла-
гаемых может быть определено сле-
дующим образом [Л. 67]:
В =Э
к.э
—— = 0,123 кг
7 000'Иэл
усл. топлива, (1-3)
В =Q-l°^=143-%*?
K'm 7 000-,;
(1-4)
усл. топлива,
где Q — количество тепла, выработан-
ного при комбинированном
процессе, мгккал\
э — удельная выработка электри-
ческой энергии комбинирован-
ным методом, т. е. на базе
использованного отработав-
шего тепла, квтч]мгккал\ >
— к. п. д. котельной электро-
станции;
risM — электромеханический к. п. д.
турбогенераторной установки
(произведение механического
к. п. д. • и к. п. д. генера-
тора).
Произведение 3 = aQ представляет
собой количество электрической энер-
гии (tfe/m), выработанное комбиниро-
ванным методом.
Величина э определяется из выра-
жения
_ ’О1 >ЭМ •« 'О1 1ЭМ / « г' \
где Н — адиабатное теплопадение па-
ра в турбине от начальных
параметров до давления в от-
боре, ккал!кг\
т)0. — внутренний относительный
к. п. д. турбины;
i—теплосодержание пара в от-
боре турбины, ккал1кг-,
tK п — температура конденсата, пос-
ле использования тепла пара
из отбора.
На фиг. 1-1 приведена номограмма,,
построенная по формуле (1-5).
Расход топлива при раздельной
выработке того же количества тепла
и электрической энергии может быть-
также определен как сумма двух сла-
гаемых:
В =В +В (1-6)-
р р.э 1 р.т.1 V /
где Врэ~— расход топлива на выработ-
ку электрической энергии
на конденсационной элек-
тростанции;
Вр т — расход топлива на выработ-
ку тепла в местных котель-
ных потребителей.
[гл. 1
Энергетическая основа теплофикации
13
В свою очередь, каждое из этих
'Слагаемых определяется так:
В„ =э —
р-9 7 000ТОал(
0,123 — кг
усл. топлива, (1-7)
106п т1.
В„ = 143 —Q кг
Р'”1 7 000^ г,*
усл. топлива, (1-8)
где т\1—внутренний абсолютный к. п. д.
конденсационной турбины;
—к. п. д. индивидуальной ко-
тельной потребителя;
— к. п. д. тепловой сети.
Внутренний абсолютный к. п. д.
конденсационной станции равен произ-
ведению термического к. п. д. на внут-
ренний относительный к. п. д. турбины
= Мог
В выражении (1-8) к. п. д. тепловой
сети т] введен в числитель, так как
для получения одного и того- же по-
лезного эффекта требуется выработать
меньше тепла в местных котельных
у потребителей, чем в центральной
котельной, на величину тепловых по-
терь в сети.
Для средних условий можно при-
нимать:
к. п. д. котельной электро-
станции ..................^ = 0,8 — 0,9
внутренний относительный
к. п. д. турбины ... . = 0,8 — 0,85
к. п. д. индивидуальной ко-
тельной потребителя . . . ^ = 0,5 — 0,6
электромеханической к. п. д. уэм = 0,9 — 0,95
к. п. д. тепловой сети . . . = 0,92 — 0,95
Из сравнения выражений для рас-
ходов топлива при комбинированной
и раздельной выработке тепловой и
электрической энергии видно, что наи-
большая относительная экономия топ-
лива получается на выработке электри-
ческой энергии.
Отношение расхода топлива на вы-
работку электрической энергии при
комбинированном процессе к расходу
топлива на выработку этого же коли-
чества энергии при раздельном про-
цессе:
= V (1-9)
Фиг. 1-1. Комбинированная выработка элек-
трической энергии. При построении номограм-
мы принято qOiTi3M = 472»
/—начальные параметры пара /?о=130 ата, /О=535° С
с промежуточным перегревом /7ЛЛ=ЗО am, tn=525° С;
2—начальные параметры пара /?о=90 ата> /О = 480° С;
3—начальные параметры пара /?О=55 ата, /О=450° С;
4— начальные параметры пара /?О=35 ата, /О=435° С;
<5—начальные параметры пара /?о=20 ата, tQ=3№° С.
При значении внутреннего абсолют-
ного к. п. д. конденсационных элек-
трических станций высокого давления
(90 ата, 480° С) т). = 0,40; отношение
Вк э
-й~- равно примерно 0,4, т. е. расход
^р.Э
топлива на выработку электроэнергии
комбинированным методом в 2,5 раза
меньше, чем при выработке этой энер-
гии на конденсационной станции.
Значительно меньше относительная
экономия топлива, получаемая на вы-
работке тепла.
Отношение расхода топлива на вы-
работку тепла при комбинированном
14
Энергетическая основа теплофикации
[ гл. 1
процессе к расходу топлива на выра-
ботку тепла при раздельном процессе
(1-10)
При т)с = 0,92, ^ = 0,8 и т^ = 0,6 это
отношение
Вк.т
В р.т
0,6
0,92-0,8
0,82.
На основании выражений (1-2)—
(1-8) легко найти отношение расхода
топлива при комбинированной выра-
ботке тепла и электрической энергии
к расходу топлива при раздельной
выработке этой энергии:
Вк 14-1160^
Вр^ . 1 + . 1АО '
Vi VK?
(1-11)
При практически постоянных зна-
чениях in. 71 , 71 и 71 отношение -н-
гл
р
зависит по существу от двух перемен-
ных величин:
а) внутреннего абсолютного к. п. д.
конденсационной станции и
б) удельной выработки электриче-
ской энергии на базе теплового потреб-
квтч
ления э —-----.
мгккал
Чем меньше отношение , тем
вр
выше эффективность теплофикации.
При изменении величины э от 0 до
Вк
бесконечности g- изменяется в пре-
делах:
"Пк Вк
---«~>^-
•ПА А
Наибольшая величина отношения
В -г)
= —— имеет место при э = 0, т. е.
ьр W
когда централизованное теплоснабже-
ние осуществляется от центральной
котельной и нет комбинированного
производства тепла и электрической
энергии. В этом случае эффективность
теплофикации определяется отноше-
нием к. п. д. индивидуальных котель-
ных потребителей к произведению*
к. п. д, центральной котельной и теп-
ловой сети. При указанных выше сред-
них значениях к. п. д. котельных и
сети
J = 0,82.
вр
Замена индивидуального теплоснаб-
жения централизованным теплоснабже-
нием дает в рассматриваемых условиях
экономию топлива порядка 18°/0.
и В*
Наименьшее значение-в-, соответ-
ВР
ствующее э = оо, равно vj.. Так как
в действительности удельная выработ-
ка электрической энергии является
вк
конечной величиной, то всегда
& р
т. е. отношение расхода топлива при
комбинированной выработке тепла и
электрической энергии к расходу топ-
лива при раздельной выработке всег-
да больше внутреннего абсолютного
к. п. д. конденсационной станции.
При понижении давления пара в
отборе турбины растет удельная -вы-
работка электрической энергии на теп-
ловой базе и повышается эффектив-
ность теплофикации. Так, например,,
при понижении давления пара в отборе
турбины (АТ) от 2 до 1,2 апга увели-
чивается удельная выработка электри-
ческой энергии на тепловой
200 7^ до 250
мгккал мгккал
вк
шение -в- изменяется от 0,64
Вр
Экономия топлива от теплофикации
возрастает при этом от 36 до 39°/О
от суммарного расхода топлива при.
раздельной выработке.
Абсолютная экономия топлива при
теплофикации по сравнению с раздель-
ной выработкой может быть представ-
лена как сумма двух слагаемых:
дв=двэ+двт, (1-12)
базе от
а отно-
до 0,61-
ДВ —(В —В \ =
т \ р.т к.т)
ЬВ — (В —В \_0-123aQ7J—р.
9 1 рэ кэ) vu U- /
(1-12а)
зг л
(1-126)
[гл. 1
Энергетическая основа теплофикации
15
Первое слагаемое &Вэ показывает
экономию топлива за счет комбиниро-
ванной выработки электрической энер-
гии, т. е. благодаря ликвидации имею-
щей место на конденсационных элек-
тростанциях бесполезной отдачи отра-
ботавшего тепла в окружающую среду.
Второе слагаемое &Вт показывает
экономию топлива за счет централи-
зации теплоснабжения, т. е. благодаря
замене мелких котельных потребите-
лей центральной котельной, имеющей
более высокий к. п. д.
Удельная экономия топлива на каж-
дую мгккал тепла, отпущенного со
станции, может быть также представ-
лена как сумма двух слагаемых:
Д* = ^ = Дй, + Д4ш =
0,123 /1 1 \ । 143 ftci , \
= —— э (-------1 Н—г I--------1
«М \ Ъ \ J
кг усл. топлива/мгккал. (1-13)
При централизованном теплоснаб-
жении от центральной котельной э=0.
В этом случае удельная экономия топ-
лива по сравнению с выработкой тепла
в местных котельных определяется
только одним вторым слагаемым
А, 143 Лл Л
= —т----------------1 кг усл
\ /
топлива/ж/с/шл. (1-14)
Экономия топлива при теплофика-
ции по сравнению с централизованным
теплоснабжение^ от центральной ко-
тельной определяется только одним
первым слагаемым.
0,123
—э
кг усл. топлива
мгккал
(Ы5)
Внутренний абсолютный к. п. д.
конденсационный турбинной установки
т]. представляет собой отношение теп-
лового перепада, использованного на
лопатках турбины, к количеству тепла
сообщенного пару при его выработке.
Пусть пар поступает в турбину при
давлении р0 с теплосодержанием /0 и
расширяется в турбине до давления
рк, оставляя турбину с теплосодержа-
нием/*,. Обозначим адиабатное теплопа-
дение пара в турбине через Нк ккал/кг\
внутренний относительный к. п. д_
турбины т) теплосодержание кон-
денсата tK.
Тепловой перепад, использованный
на лопатках конденсационной турбины,
очевидно, равен Нкт\о1 ккал/кг. Затрата
тепла на каждый килограмм пара
без учета регенерации равна (/о—
ккал\кг.
Следовательно, внутренний абсо-
лютный к. п. д. конденсациннной тур-
бины:
____ Н К^\о1
(Ы6)
Выражение для расчета удельной
экономии топлива может быть значи-
тельно упрощено, если в формулу (1-13)
ввести значения удельной выработки,
электроэнергии по уравнению (1-5) и
внутреннего абсолютного к. п. д. кон-
денсационной турбины по уравнению
(1-16).
После соответствующих преобразо-
ваний получается следующее выраже-
ние для удельной экономии топлива
при теплофикации по сравнению с раз-
дельным энергоснабжением:
* ‘'к.п
I 143/пХ
кг усл. топлива .
мгккал ’ ' '
Первое слагаемое дает экономию
топлива за счет комбинированной вы-
работки тепла и электрической энер-
гии, второе — за счет централизации
теплоснабжения.
При выводе выражения (1-17) внут-
ренний, относительный к. п. д.тепло-
фикационной и конденсационной тур-
бины принят одинаковым, что вполне
допустимо для предварительных рас-
четов.
С достаточной для практических
расчетов точностью можно также при-
нять
1к — __ 1
i — tKn ’
В этом случае удельная экономия
16
Энергетическая основа теплофикации
[ гл. 1
топлива за счет комбинированной вы-
работки тепла и электрической энергии
А, 143 Н кг усл. топлива Z1 1ОЧ
^Ьэ = — н--------------мгккал----------‘ (Ь18)
yj П >И-с-/V/V
Принимая т^ = 0,8, получим:
д/? = 180 — кг) мгккал. (1-19)
Нк
Если бы для теплоснабжения можно
было использовать тепло, отводимое
от конденсаторов теплофикационных
турбин, то была бы достигнута макси-
мальная экономия топлива от комби-
нированной выработки тепла и элек-
трической энергии. В этом случае
^- = 1 и Д/?= 180 кг/мгккал.
В действительности для теплоснаб-
жения требуется, как правило, тепло
более высокого потенциала. Поэтому
для теплоснабжения отбирается пар
Фиг. 1-2. Удельная экономия топлива от ком-
бинированной выработки тепла и электриче-
ской энергии. При построении номограммы
принято: к. п. д. котельной электростанции
= 0,8, внутренний относительный к. п. д.
турбины^т)Ог- = 0,8, давление в конденсаторе
рк = 0,04 ата.
1—начальные параметры пара /?о = 13О ата. /0=535° С;
с промежуточным перегревом рпп=^ ата; tn=525° С;
2—начальные параметры пара ро=90 ата. /о=480° С;
3—начальные параметры пара />О=55 ата, /О = 450° С;
4—начальные параметры пара /?0=35 ата, /0=435° С;
5—начальные параметры пара ро—20 ата, /О=350° С;
при более высоком давлении, чем в
конденсаторе.
Так как отношение адиабатных
Теплопадений jj~<Cl> то и удельная
экономия топлива на базе теплового
потребления &b 180 кг/мгккал.
Анализ выражения (1-17) показы-
вает, что экономия топлива, получае-
мая при теплофикации, зависит от
двух групп факторов:
1) параметров пара перед турбиной,
давления в отборе и давления в кон-
денсаторе; эта группа факторов опре-
деляет отношение адиабатных тепло-
„ Н
падении -гг ;
Нк
2) конструктивного совершенства
оборудования станции, тепловой сети
и местных котельных, определяющих
значения к. п. д. т]', т}с.
Пользуясь выражением (1-18), легко
определить удельную экономию топ-
лива от комбинированной выработки
тепла и электрической энергии. Для
облегчения расчетов на фиг. 1-2 при-
ведена номограмма.
При снижении давления пара в от-
боре турбины увеличивается адиабат-
ное теплопадение Н и растет удельная
экономия топлива &Ьэ за счет комби-
нированной выработки электрической
энергйи на базе теплового потребления.
При повышении начальных парамет-
ров пара растут одновременно адиабат-
ные теплопадения в турбины до давле-
тт ккал
ния в отборе Н----- и до давления
кг
тт к к ал
в конденсаторе И к - . Однако ве-
личина Н увеличивается быстрее, чем
величина Нк. Поэтому при повышении
начальных параметров пара на станции
Н
отношение тт- увеличивается и удель-
Н к
ная- экономия топлива от комбиниро-
ванной выработки электрической энер-
гии возрастает.
При повышении начальных парамет-
ров пара на ТЭЦ уменьшается расход
топлива на выработку заданного коли-
чества тепла и электрической энергии.
Поэтому перевод городских тепло-
электроцентралей на высокое давление
уменьшает завоз топлива в города.
гл. 1]
Энергетическая основа теплофикации
17
Тепло, отпускаемое станцией, в
большинстве случаев поступает из раз-
личных источников.
Часть тепла берется из отборов
теплофикационных турбин; другая
часть — непосредственно из котлов, че-
рез дроссельно-увлажнительную уста-
новку, т. е.
Q = QK + QP, (1-20)
где Q — полное количество тепла,
отпущенного со станции;
QK — количество тепла,- вырабо-
танное комбинированным ме-
тодом, т. е. отпущенное из
отборов турбин;
Qp — количество тепла, отпущен-
ное непосредственно из кот-
лов.
При теплоснабжении промышлен-
ных предприятий для технологических
целей давление пара в отборе турбины
поддерживается постоянным в течение
круглого года.
При отопительно-вентиляционной
нагрузке давление в отборе меняется
обычно в течение года в зависимости
от климатических условий местности
и принятой системы регулирования
отпуска тепла.
Для определения годовой экономии
топлива необходимо установить годо-
вой расход тепла из каждого источ-
ника, а по пару из отбора — годовой
расход тепла по каждому давлению
отбора.
Годовая экономия топлива опреде-
ляется по формуле:
дв=д^? + ЧД + ЧА+
+ -+ЧД- (1-21)
где ЛЬт— удельная экономия топлива
за счет централизации тепло-
снабжения кг1мгккал\
Д£э2,... , Lbdn — удельная эконо-
мия топлива за счет комби-
нированной выработки тепла
и электрической энергии, при
давлениях пара в отборе
кг
, р -------;
мгккал
Qb Q2’ • • • * Qn— годовой расход тепла
из отборов при давлениях
в отборе Pi, р2, ... , рп,
мгккал\
Qi + Q2 + • • • + Qn — QK>
Первое слагаемое в выражении
(1-21) дает годовую экономию топлива
за счет централизации теплоснабжения.
Сумма всех остальных слагаемых
равна годовой экономии топлива за
счет комбинированной выработки элек-
трической энергии на базе теплового
потребления.
В частном случае, когда тепло
отпускается только из котлов,
Д/?э1 = Д/?э2=--- = Д^ = 0’
и в выражении (1-21) остается только
один первый член.
Когда тепло отпускается только
из отбора турбины, но давление в от-
боре поддерживается круглый год по-
стоянным, что часто имеет место при
отпуске тепла в виде пара, выражение
для годовой экономии топлива прини-
мает вид:
AjB = AZ>Q кг усл. топлива, (1-22)
А . А , I а » кг усл. топлива
где Д/? = &Ь -4- Д/> —±---------;
“ э m мгккал
Q — годовой отпуск тепла со станции,
мгккал.
Обычно на теплоэлектроцентралях
устанавливаются теплофикационные
турбины с отбором пара.
Годовая выработка электрической
энергии теплофикационной турбины с
отбором пара является суммой двух
слагаемых
Э — Эк -\~Эр квтч, (1-23)
где Эк—выработка электрической энер-
гии комбинированным методом;
Эр —выработка электрической энер-
гии раздельным методом, т. е.
на конденсационном режиме.
При выработке на такой ТЭЦ в
течение года Э квтч электрической
энергии и Q мгккал тепла годовой
расход топлива может быть найден из
выражения
в=^
Ук^эм
э +
К 1 1
+ ^Q кг усл. топлива. (1-24)
2 Е. Я. Соколов.
18
Тепловое потребление
[ гл. 2
ГЛАВА ВТОРАЯ
ТЕПЛОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ
2-1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВОЙ
НАГРУЗКИ
По тепловым сетям подается тепло
р азличным тепловым потребител ям.
Несмотря на значительное разнообра-
зие тепловой нагрузки, ее можно раз-
бить на две группы по характеру про-
текания по времени: 1) сезонная на-
грузка; 2) технологическая нагрузка и
горячее водоснабжение.
Величина и характер изменения се-
зонной нагрузки зависят главным об-
разом от 'климатических условий: тем-
пературы наружного воздуха, направ-
ления и скорости ветра, солнечного
излучения, влажности воздуха и др.
Основное значение имеет наружная
температура. Сезонная нагрузка имеет
сравнительно постоянный суточный
график и переменный годовой график
нагрузки.
К сезонной тепловой нагрузке отно-
сятся отопление, вентиляция, кондицио-
нирование воздуха. Каждый из ука-
занных видов сезонной нагрузки не
имеет круглогодичного характера.
Отопление и вентиляция являются зим-
ними тепловыми нагрузками, охлаж-
дение воздуха при кондиционирова-
нии — летней тепловой нагрузкой.
Р аботы, пр сведенные Всесоюзн ым
теплотехническим институтом имени
Дзержинского [Л. 98] и Всесоюзным
холодильным институтом (Л. 82], пока-
зывают цел есообр азность испол ьзов а -
ния тепла из отбора турбин для выра-
ботки в летний период холода в аб-
сорбционных холодильных установках.
Искусственный холод нужен для
кондиционирования воздуха и для тех-
нологических целей. Присоединение хо-
лодильных установок увеличивает лет-
нюю тепловую нагрузку теплоэлектро-
централей, что повышает эффектив-
ность теплофикации.
Характер технологической нагрузки
зависит главным образом от техноло-
гического процесса и режима работы
произв одств енн ы х пре дир и яти и.
График нагрузки горячего водо-
снабжения зависит от порядка работы
коммунальных предприятий (бань,
прачечных) и состава населения горо-
да.
Технологическая нагрузка и горячее
водоснабжение в отличие от сезонной
нагрузки весьма слабо зависят от на-
ружной температуры и имеют кругло-
годичный характер. Эти нагрузки име-
ют переменный суточный график и
сравнительно постоянный годовой гра-
фик.
Исключением являются только не-
которые отр асли п ром ы ш ленности,
главным образом связанные с перера-
боткой сельскохозяйственного сырья
(например, сахарная), работа которых
имеет сезонный характер.
Одна из первоочередных задач при
проектировании теплофикации и раз-
работке режима эксплуатации заклю-
чается в определении величины и ха-
рактера тепловой нагрузки.
В первую очередь, необходимо вы-
яснить:
а) максимальную расчетную часо-
вую нагрузку;
б) характер изменения нагрузки в
течение суток— суточный график на-
грузки;
в) характер изменения нагрузки в
течение года —годовой график на-
грузки; •
г) продолжительность р азл ичных
тепловых нагрузок в течение года —
график тепловых нагрузок по продол-
жительности;
д) параметры тепловой нагрузки.
Для определения тепловых нагрузок
при проектировании теплофикации
пользуются укрупненными измерителя-
ми, так как более точные данные обыч-
но отсутствуют, а укрупненные изме-
рители не приводят к существенным
погрешностям.
В процессе эксплуатации произво-
дится корректирование расчетных теп-
ловых нагрузок по действительным
расходам. Это дает возможность уста-
новить с течением времени проверен-
ную тепловую характеристику для
каждого потребителя.
§ 2-2]
Сезонная нагрузка
19
2-2. СЕЗОННАЯ НАГРУЗКА
Часовой расход те in ла
Основная задача отопления заклю-
чается в поддержании внутренней тем-
пературы помещений 1на заданном
уровне. Для этого 'необходимо сохра-
нение равновесия между тепловыми
потерями здания и теплопритоком. *
Условие теплового равновесия зда-
ния может быть выражено в виде ра-
венства
Q = Qm+Q0> (2-1)
где Q — теплопотери здания;
Qm — внутренние тепловыделения
Qo—подвод тепла в здание через
отопительную систему.
Откуда
Q—Q—Q;
при Qm= °; Q = Q0- (2-2)
Источником внутренних тепловыде-
лений в жилых зданиях являются
обычно люди, приборы для приготов-
ления пищи (газовые, электрические и
другие плиты), осветительные прибо-
ры.
Эти тепловыделения носят в значи-
тельной мере случайный характер и
не поддаются никакому регулированию
по времени.
Кроме того, тепловыделения не рас-
пределяются равномерно по зданию. В
помещениях с.большой плотностью на-
селения внутренние тепловыделения от-
носительно велики, а в помещениях с
малой плотностью населения внутрен-
ние тепловыделения незначительны.
Для обеспечения в жилых районах
нормального темпер атурного режим а
во всех отапливаемых помещениях не-
обходимо устанавлив ать гидр ав личе-
ским и температурный режимы теп-
ловой сети по наиболее невыгодным
условиям, т. е. по режиму отопления
помещений с нулевыми внутренними
тепловыделениями
* Q -0.
Для предупреждения перегрева по-
мещений, в которых имеются значи-
тел ьные внутр енние тепловы д ел ени я,
необходимо осуществлять местную под-
регулировку путем периодического вы-
9*
ключения части отопительных прибо •
ров или уменьшения расхода теплой; -
сителя через отопительные приборы.
Качественное решение этой задачи воз-
можно лишь при индивидуальной авто-
матизации, т. е. при установке непо-
средственно на отопительных и венти-
ляциониых приборах авторегуляторов
для регулирования их теплоотдачи.
Источником внутренних тепловыде-
лений в промышленных зданиях явля-
ются различного рода тепловые и си-
ловые установки и механизмы (печи,
сушила, двигатели и др.). В среднем
можно считать, что около 90% всей
электрической энергии и 50—60% теп-
ловой энергии, потребляемой промыш-
ленными предприятиями, выделяется в
конечном счете в помещения в виде
тепла.
Внутренние тепловыделения про-
мышленных предприятий являются до-
статочно устойчивой величиной. Кроме
того, по своему значению внутрен-
ние тепловыделения промышленных
предприятий нередко представляют
значительную долю от расчетной ото-
п ител ьно нв ентил яционн о й на груз ки
предприятий. Поэтому в промышлен-
ных районах внутренние тепловыделе-
ния следует учитывать при установле-
нии режима теплоснабжения.
Тепловые потери зданий любого на-
значения могут определяться расчет-
ным путем по формуле:
Q = ZFkM , (2-3)
где F — поверхность отдельных на-
ружных ограждений, м2\
k — коэффициент теплопередачи
наружных ограждений,
к кал/час °C;
А/ — разность внутренней и наруж-
ной температур, °C.
Для проведения расчетов по фор-
муле (2-3) необходимо иметь данные о
размерах и конструкциях наружных
ограждений каждого здания. Так как
получение указанных данных в стадии
предварительного проектирования пред-
ставляет значительные трудности, то
в этом случае для определения рас-
хода тепла на отопление пользуются
обычно более простой формулой (2-4),
в которой тепловые потери отнесены
20
Тепловое потребление
[гл. 2
Фиг. 2-1. Карта районирования СССР.
не к наружной поверхности ограждаю-
щих конструкций, а к объему здания:
Q = х0 V (te — tH) ккал}час, (2-4)
где Q — тепловые потери, ккал1час;
хо — отопительная характеристика
здания, ккал)м3 час ° С, т. е.
потеря тепла 1 ;и3 здания при
разности внутренней и наруж-
ной температур в 1°С;
tQ — внутренняя температура, °C;
V — объем здания по наружному
обмеру, м3.
Отопительная характеристика за-
висит главным образом от конструк-
ции здания. Для данного здания ото-
пительная характеристика является
величиной постоянной для любых зна-
чений (te — tH).
Теоретически расход тепла на
отопление прямо пропорционален раз-
ности внутренней и наружной темпе-
ратур. Максимальный расход тепла на
отопление соответствует минималь-
ному значению tH, т. е. наинизшей
наружной температуре.
Естественно, возникает вопрос, по
какой наружной температуре следует
определять расчетный расход тепла на
отопление. Если этот расход опреде-
лять по минимальной наружной тем-
пературе, когда-либо наблюдавшейся в
данной (местности, то получаются чрез-
мерно завышенные мощности тепловых
установок для удовлетворения отопи-
тельных нагрузок, так как минималь-
ная наружная температура имеет, как
правило, весьма кратковременный ха-
рактер и наблюдается не ежегодно.
Поэтому при определении расчетного
расхода тепла на отопление исходят
не из минимального значения наруж-
ной температуры, а из другого более
высокого, так называемого расчетного
зн ач ен и я на р ужной темпер атур ы t \,
равной средней температуре наиболее
холодной пятидневки из четырех наи-
более холодных зим за 25-летний пе-
риод.
В приложении 1 приведены расчет-
ные наружные температуры для ряда
городов СССР [Л. 103].
Для пунктов, не указанных в при-
ложении 1, расчетная наружная тем-
§ 2-2]
Сезонная нагрузка
21
•пература принимается -на основании
карты районирования СССР фит. 2-1
[Л. 103].
Для Кавказского побережья Черно-
го моря и для побережья Каспийского
моря в пределах Азербайджанской
ССР расчетная наружная температура
принимается 5° С.
В приложении 2 приведены значе-
ния отопительных характеристик жи-
лых и общественных зданий различно-
го объема и назначения.
Отопительная характеристика жи-
лых зданий для районов средней поло-
сы Европейской части СССР и север-
ной части Средней Азии может быть
ориентировочно определена по эмпири-
ческой формуле ВТИ:
_ 1,6 ккал (9 гч
° ~~ j/V я?час3 С * { }
Значения отопительных характери-
стик жилых зданий, исчисленные по
формуле (2-5), приведены на фиг. 2-2.
Формула (2-5) достаточно хорошо
оценивает теплопотери жилых зданий
через наружные ограждения (двойное
остекление, толщина стен 2,5 кирпича)
и естественную вентиляцию при сплош-
ной застройке кварталов и нормальных
разрывах между зданиями.
При неплотной застройке кварталов
теплопотери возрастают. Рост теплопо-
терь при неплотной застройке кварта-
лов может быть ориентировочно /оце-
нен в 5—10%.
Значения отопительных характери-
стик промышленных зданий различно-
го объема и назначения приведены в
приложении 3.
Для ориентировочного расчета теп-
лового по треб лен и я про м ыш л енн ы х
зданий, когда конструкция воздвигае-
мых зданий еще не выяснена, можно
принимать следующие значения отопи-
тельных характеристик для всех кли-
матических районов:
произво дственн ые, пром ыш л енн ы е
здания
хо = 0,45 — 0,75 3ккаЛ~;
° ж3 час С ’
непроизводственные, промышлен-
ные здания (складские помещения,
конторы)
р, ккал
хо — 0,35-^----.
0 м3час С
Фиг. 2-2. Номограмма для определения ото-
пительных характеристик.
Для качества теплоснабжения и
правильного использования топлива
имеет весьма важное значение выбор
начала и конца отопительного сезона.
Начало и конец отопительного сезона
для жилых и общественных зданий
о б ычно регл ам ентиру юте я м естн ым и
сов етам и. Э ксплу ата ционн ые н аб л ю -
дения показывают, что нельзя остав-
лять жилые и общественные здания
без отопления в течение продолжи-
тельного времени при наружной тем-
пературе ниже 4-10° С, так как это
приводит к заметному снижению внут-
ренней температуры в помещениях и
неблагоприятно отражается на само-
чувствии населения.
• Практикой установлен следующий
принцип определения начала и конца
отопительного сезона. Начало отопи-
тельного сезона определяется снижени-
ем среднесуточной температуры на-
ружного воздуха ниже 4-10° С ® те"
чение трех суток подряд. Конец отопи-
тельного сезона определяется повыше-
нием среднесуточной температуры на-
ружного воздуха ниже 4-10° С в тече-
ние трех суток подряд. Начало и ко-
нец отопительного сезона для промыш-
ленных зданий определяются наруж-
ной температурой, при которой тепло-
потери через наружные ограждения де-
лаются равными внутренним тепловы-
делениям.
Так как тепловыделения в промыш-
ленных зданиях значительны, то в
большинстве случаев длительность ото-
22
Тепловое потребление
[гл. 2
лителынаго сезона для промышленных
зданий короче, чем для жилых и об-
щественных зданий. Начало и конец
отопительного сезона для промышлен-
ных зданий соответствуют обычно на-
ружной температуре ниже 4-10° С.
Формула (2-4) дает прямолинейную
зависимость между расходом тепла на
отопление и разностью внутренней и
наружной температур. В действитель-
ности наблюдается отступление от ука-
занной закономерности.
Практика показывает, что при низ-
ких наружных температурах фактиче-
ский расход тепла меньше теоретиче-
ского. Наоборот, при повышенных на-
ружи ы х темп е р ату р ах пр актически й
расход тепла превышает теоретический.
Поэтому максимальный расход тепла
на отопление, рассчитанный по указан-
ному выше уравнению, получается с
некоторым запасом.
Причин а откл онения ф актического
расхода тепла на отопление от вели-
чины, полученной теоретически, заклю-
чается в 'своеобразных условиях
эксплуатации зданий. При низких на-
ружных температурах обслуживающий
персонал и жители зданий принимают
жесткие меры к экономии тепла путем
контроля за закрытием наружных две-
рей, сокращения или полного отказа
от вентиляции, плотной заделки ще-
лей в окнах и т. д.
Обратная картина наблюдается
обычно при повышенных наружных
температурах.
Расход тепла на вентиляцию жилых
зданий, не имеющих, как правило, спе-
циальной приточной системы, относи-
тельно невелик. Он обычно не превы-
шает 5—10% от расхода тепла на
отопление и учитывается отопительной
характеристикой здания хо.
Расход тепла на вентиляцию про-
изводственных и коммунальных пред-
приятий, а также общественных и
культурных учреждений составляет
значительную долю от суммарного теп-
лопотребления объекта. В производ-
ственных предприятиях расход тепла
на вентиляцию часто превышает рас-
ход тепла на отопление. Для общест-
венных зданий расход тепла на венти-
ляцию может быть ориентировочно
оценен в 20—30% от расхода тепла на
отопление.
Определение расхода тепла на вен-
тиляцию должно, как правило, произ-
водиться на основании проектных дан-
ных. Для ориентировочного определе-
ния расхода тепла на вентиляцию мож-
но воспользоваться формулой:
Qe = mV6 с (te — Q ккал]час, (2-6)
где Qe — часовой расход тепла на
вентиляцию, ккал/час;
m — кратность обмена воздуха,
1 \час\
Vo—вентилируемый объем зда-
ния, ж3;
с — объемная теплоемкость воз-
духа, равная 0,3 ккал1м3 ° С;
te— температура нагретого воз-
духа, подаваемого в поме-
щение, °C;
tH — температура наружного воз-
духа, °C.
Для удобства расчетов формулу
для определения расхода тепла на
вентиляцию можно привести к сле-
дующему виду:
= (2-7)
где 'хв— вентиляционная характери-
стика здания, т. е. удельный
расход тепла на вентиляцию
здания, отнесенный к 1 м3 на-
ружного объема здания и
к 1°С перепада температур.
Вентиляционная характеристика хв
может- быть определена из уравнения:
хв = тс • (2’8)
В приложениях 2 и 3 приведены
средние значения вентиляционных ха-
рактеристик для общественных и про-
мышленных зданий.
Для ориентировочных расчетов
можно принимать следующие значения
отношения вентиляционных и отопи-
те
тельных характеристик а = — .
хо
Для общественных зданий а =
= 0,2—0,3;
для производственных зданий а =
= 0,3—1,0.
§ 2-3]
Технологическая нагрузка и горячее водоснабжение
23
Как видно из формулы (2-6), рас-
ход тепла на вентиляцию прямо про-
порционален перепаду температур
воздуха в калорифере.
В целях снижения расчетного рас-
хода тепла на вентиляцию промыш-
ленных зданий минимальная наружная
температура, по которой производится
расчет вентиляционных установок tH в
принимается, как правило, выше рас-
четной температуры для отопления.
Исключением являются только
промышленные цехи с большим выде-
лением вредностей, в которых венти-
ляционные установки рассчитываются
по той же минимальной наружной
температуре, что и отопление, т.е. tH в
принимается равной t'K.
Значения расчетной наружной тем-
пературы для проектирования венти-
ляции для ряда городов СССР при-
ведены в приложении 1.
Когда температура наружного воз-
духа становится ниже tHB, расход
тепла на вентиляцию не должен вы-
ходить за пределы расчетного рас-
хода. Это достигается сокращением
кратности обмена.
На практике часто не проводится
регулирования обмена воздуха при
низких наружных температурах, что,
естественно, приводит к перерасходу
тепла на вентиляцию. Причиной от-
каза от регулирования обмена при
низких наружных температурах яв-
ляется сложность ручного регулиро-
вания. Надежное регулирование рас-
хода тепла на вентиляцию может
быть получено только при автомати-
зации промышленных вентиляционных
установок.
Суммарный расход тепла на отоп-
ление и вентиляцию Qc является функ-
цией наружной температуры.
ПРИ z«<^.e
и U;
<эс = х0 V (t, - Q+xs V (te - tH e) - Qn.
(2-9)
При и Qm>x0V —Q;
= (2-10)
Фиг. 2-3. Зависимость расхода тепла на отоп-
ление и вентиляцию района от наружной
температуры.
1—теплопотери жилых и общественных зданий;
2—теплопотери промышленных зданий; 3—внутренние
тепловыделения в промышленных зданиях; 4—расход
тепла на вентиляцию промышленных и общественных
зданий; 5—суммарный расход тепла на отопление и
вентиляцию.
При tH>teH
и Qm<x0V(/s —/„);
Qc = (^+^)V(/e-^)-Qm. (2-И)
При tH > tH e
и Qm>xov(^-O;
Q/-^V(/e-^e). (2-12)
На фиг. 2-3 показана примерная
зависимость суммарного расхода теп-
ла на отопление и вентиляцию района
от наружной температуры.
2-3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА
И ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
Расход тепла на технологические
нужды, а также потребные параметры
тепла зависят от характера технологи-
ческого процесса, типа производствен-
ного оборудования, общей организации
работ и т. д. Усовершенствование и
рационализация технологического про-
цесса <могут вызвать коренные изме-
нения в размере и характере тепловой
нагрузки. Поэтому, как правило, теп-
ловые нагрузки промышленных пред-
24
Тепловое потребление
[гл. 2
приятий задаются технологами на ос-
новании соответствующих' технологиче-
ских расчетов или данных тепловых
испытаний.
Для ориентировочных расчетов рас-
хода тепла на технологические нужды
могут быть использованы данные, при-
веденные в технической литературе
[Л. 86]. Для определения расхода теп-
ла на горячее водоснабжение можно
пользоваться удельными нормами, при-
веденными в приложении 4.
Горячее водоснабжение городов
имеет весьма неравномерный суточный
график, характер которого зависит в
первую очередь от состава населения.
Нагрузка горячего водоснабжения жи-
лых домов имеет, как правило, пики
в утренние и вечерние часы и прова-
лы в дневные и поздние ночные часы.
В домах с ваннами пиковая нагрузка
горячего водоснабжения превышает
среднесуточную нагрузку в 2—3 раза.
Суточный график нагрузки комму-
нальных предприятий имеет более ров-
ный характер.
При определении суммарного рас-
хода тепла необходимо учитывать
процент охвата населения горячим во-
доснабжением.
При проектировании на отдаленные
годы следует принимать повышенные
нормы расхода тепла на горячее водо-
снабжение, учитывая рост благосостоя-
ния населения и благоустройства жи-
лых зданий.
Так как резко переменный суточ-
ный график горячего водоснабжения
усложняет регулирование и вызывает
дополнительные капиталю- и металло-
влюжения на сооружение системы теп-
лоснабжения, которая р ассчитывается
по максимальной величине тепловой
напрузки, то желательно искусственно
выравнять суточный график горячего
во доен аб жени я.
Суточные графики технологической
нагрузки и горячего водоснабжения
п роизво д ственн ы х п р ед пр и ят ий м ало
зависят от наружной температуры. Од-
нако на размере этой нагрузки также
отражается «сезонность». Так, в летний
период расход тепла на производствен-
ных предприятиях на технологические
нужды и горячее водоснабжение обыч-
но ниже, чем в зимний период. Это
объясняется рядом обстоятельств: по-
вышением температуры сырья, посту-
пающего в обработку; повышением
температуры водопроводной или реч-
ной воды; снижением теплопотерь про-
изводственной аппаратуры и др.
Суточные графики технологической
нагрузки и годовой расход тепла на
технологические нужды зависят в пер-
вую очередь от характера производ-
ства и числа часов его работы в сутки.
В рабочие дни суточный график техно-
логической нагрузки заполнен доста-
точно равномерно, в то время как \ су-
точный график горячего водоснабже-
ния жилых районов имеет явно выра-
женные пики в утренние и вечерние
часы и провалы в дневные часы. В вы-
ходные дни технологическая нагрузка
незначительна, а нагрузка горячего во-
доснабжения заметно возрастает. Су-
точный график нагрузки горячего во-
доснабжения имеет в выходные дни,
как правило, весьма равномерное за-
полнение.
Для выяснения режима работы си-
стемы теплоснабжения во время про-
ектиров ания составл яются суточные
графики технологической нагрузки и
горячего водоснабжения для ряда ха-
рактерных дней: рабочего, выходного
и т. д. В основу построения суточных
графиков кладутся данные технологов
о намечаемом режиме работы пред-
приятий или материалы о расходе теп-
ла на родственных предприятиях. На
основе суточных графиков строятся
годовые графики нагрузок и исчисля-
ется годовой расход тёпла путем умно-
жения часовых, расходов тепла, приве-
денных на суточных графиках, на дли-
тельность режима.
2-4. ГОДОВЫЕ ГРАФИКИ НАГРУЗКИ
Годовые графики (фиг. 2-4) харак-
теризуют тепловую нагрузку по отдель-
ным сезонам (зима, лето и т. д.) или
по отдельным месяцам. Эти графики
являются исходным материалом для
планирования работы системы в годо-
вом разрезе, установления режима ра-
боты оборудования, порядка и сроков
ремонта его, порядка отпусков обслу-
живающего персонала и т. д. Годовые
графики системы являются результи-
рующими графиками и строятся на ос-
новании годовых графиков нагрузки
§ 2-4]
Годовые графики нагрузки
25
Фиг. 2-4. Примерный годовой график теплового
потребления.
При отсутствии климатологи-
ческих таблиц можно для ориен-
тировочных расчетов принимать
следующую длительность отопи-
тельного сезона:
С|И1б1и<рь, Урал, Сейер, европейской
части СССР 5 500 час.
Средняя полоса Европей-
ской части СССР и
северная часть Сред-
ней Азии.............5 000 час.
Юг Европейской части
СССР, южнее Харькова 4 000—4 500 час.
Крым, Кавказ и юг Сред-
ней Азии............ 2 500—3 000 час.
однотипных потребителей и отдельных
наиболее крупных абонентов.
В приложении 5 приведены средне-
месячные наружные температуры ряда
городов СССР.
График продолжительности
тепловой нагрузки
Дл я уст ан ов лен и я экономического
режим а р аботы тепло фи к анионного
оборудования, выбора наивыгоднейших
п ар аметр ов теп лоносител я, по дсч ет а
выработки электроэнергии и для дру-
гих плановых и технико-экономических
изысканий необходимо учесть повто-
ряемость тепловых нагрузок в течение
года. Для этой цели удобно пользо-
ваться графиками продолжительности
нагрузки.
При построении графика продолжи-
тельности сезонной тепловой нагрузки
по оси абсцисс откладывают число ча-
сов отопительного сезона, в течение
которых наблюдается данная темпера-
тура наружного воздуха, т. е. продол-
жительность стояния данной наружной
температуры, а по оси ординат откла-
дывают часовые расходы тепла, соот-
ветствующие этим температурам на-
ружного воздуха. Площадь, ограничен-
ная осями координат и построенной
кривой, равна расходу тепла за сезон
(фиг. 2-5).
Длительность состояния наружных
температур принимают по данным со-
ответствующих .климатологических таб-
лиц. В приложении 6 приведена дли-
тельность стояния наружных темпера-
тур для некоторых городов СССР.
Годовой расход тепла на отопление
можно исчислять с небольшой погреш-
ностью, без точного учета повторяемо-
сти температур наружного воздуха за
отопительный сезон, приняв средний
часовой расход тепла на отопление за
сезон равным 50% от максимально ча-
сового расхода. С другой стороны, ес-
ли известен годовой расход тепла на
отопление и вентиляцию, то, зная дли-
тельность отопительного сезона, легко
определить среднечасовой расход теп-
ла. Максимально часовой расход теп-
ла можно для ориентировочных расче-
тов принимать равным удвоенному
среднечасовому расходу.
Расход тепла на технологическую
нагрузку и горячее водоснабжение не
является функцией наружной темпера-
туры, в то время как расход тепла на
отопление и вентиляцию почти исклю-
чительно зависит от наружной темпе-
ратуры. Из-за указанного обстоятель-
ства годовой график продолжительно-
сти технологической нагрузки и горя-
чего водоснабжения не может быть не-
посредственно просуммирован с годо-
вым графиком сезонного теплопогреб-
ления.
Для построения суммарного годо-
вого графика продолжительности теп-
ловой нагрузки приходится строить
суммарные суточные графики по всем
видам нагрузки для различных темпе-
ратурных условий (летние и зимние),
а затем переносить часовые тепловые
нагрузки с суточного графика на годо-
вой путем перемножения продолжи-
тельности данной тепловой нагрузки
по суточному графику на повторяе-
26
Тепловое потребление
[гл. 2
Фиг. 2-5. График продолжительности сезонной нагрузки.
/—отопление; 2—вентиляция; 3—суммарный расход.
мость данного теплового режима в те-
чение года. Такой способ построения
графика весьма сложен и требует боль-
шой затраты времени.
Для упрощения построения суммар-
ного годового графика продолжитель-
ности тепловой нагрузки может быть
рекомендован другой метод [Л. 2]. Гра-
фик строится по обычным правилам
(в порядке .последовательного умень-
шения ординат) для одного вида теп-
ловой нагрузки, сезонной, технологиче-
ской или горячего водоснабжения, ко-
торая для данного объекта является
основной. На этот график надстраи-
вается другой график тепловой нагруз-
ки по среднегодовой ординате. Для
установления возможных размеров из-
менения тепловой нагрузки на графике
дополнительными пунктирными линия-
ми указываются возможные максиму-
мы и минимумы нагрузок надстроен-
ного графика. Суммирование произво-
дится отдельно для отопительного и
летнего сезонов.
Обычно в городах основным видом
тепловой нагрузки является сезонное
теплопотребление (отопление и венти-
ляция). Поэтому при построении сум-
марного графика в качестве основной
нагрузки для зимнего периода прини-
маются отопление и вентиляция. К гра-
фику отопител ьно -в ентил яци они ой н а -
грузки пристраивают сверху график
технологической нагрузки и горячего
водоснабжения по среднезимней орди-
нате.
В летний период основным видом
теплового потребления являются тех-
нологическая нагрузка и горячее водо-
снабжение, для которых по обычным
правилам строится график продолжи-
тельности. "
На фиг. 2-6 приведен суммарный
график для сезонной нагрузки, техно-
логической нагрузки и горячего водо-
снабжения. График технологической
нагрузки и горячего водоснабжения
пристроен к графику сезонной нагруз-
ки по средней своей ординате. Верхний
пунктир показывает величину возмож-
ных кратковременных максимумов на-
грузки. Нижний пунктир показывает
величину возможных минимумов на-
грузки. Площадь графика равна годо-
вому расходу тепла.
В тех ^случаях, когда отсутствуют
данные для построения графиков теп-
ловой нагрузки по продолжительности,
годовой расход тепла по району может
быть найден ориентировочно как сум-
ма произведений максимальных часо-
вых нагрузок по отдельным-видам теп-
лового потребления на число часов ис-
пользования максимума:
Q —п ,
^год и'
где QM — максимальный часовой рас-
ход тепла по отдельным
видам тепловой нагрузки;
пи — число часов использования
максимума.
Обычно исходные тепловые нагруз-
ки представляют собой расходы тепла
у потребителей. Для определения рас-
§ 3-1]
Подготовка теплоносителя
27
О
ficped
iemn
Отопительный сезон
Год= 8760часов
Фиг. 2-6. Суммарный годовой график продол-
жительности нагрузок: сезонной, технологи-
ческой и горячего водоснабжения.
r\vq Технологическая и
бытовая нагрузки
Сезонная нагрузка
хода тепла со станции необходимо к
расходу тепла у потребителей приба-
вить тепловые потери в сети. Абсолют-
ная величина, теплопотерь сети практи-
чески весьма мало зависит от тепловой
нагрузки, зато относительные тепло-
потери резко изменяются при измене-
ниях тепловой нагрузки. При макси-
мальной тепловой нагрузке сети тепло-
вые потери обычно не превышают 3—
5%. Среднегодовые теплопотери сети
составляют в среднем 5—8% от отпу-
ска тепла со станции.
теплоплотность отдельных районов и
ожидаемые тепловые нагрузки. При по-
строении тепловых карт, представляю-
щих особый интерес на начальных ста-
диях проектирования, приходится поль-
зой атьс я у кру пн енн ыми и змер ител я м и,
так как более точные данные для ис-
числения тепловых нагрузок на этой
стадии проектирования обычно отсут-
ствуют.
Для ориентировочного расчета теп-
ловых нагрузок вновь застраиваемых
районов могут быть использованы сле-
дующие данные:
Средняя плотность населения во
вновь застраиваемых кварталах горо-
дов 250 чел. на 1 га, или 25 000 чел.
на 1 км2.
Максимально - часовая и годовая
теплоплотности на 1 км2:
Сибирь, Урал, Север Европейской
части СССР 51 и 150 000
час год
Средняя полоса Европейской части
СССР и северная часть Средней Азии
Л п мгккал
49-------и
час
134 000
мгккал
год
2-5. ТЕПЛОВЫЕ КАРТЫ
При решении различных перспек-
тивных вопросов развития теплофика-
ции крупных городов, теплового райо-
нирования и размещения теплоген ери-
рующих источников весьма удобно
пользоваться тепловыми картами.
На тепловых картах различными
услов1н ы ми о б о зн ачен и ям и (р асцв ет -
ками или штриховками) указывается
р замещение тепловых потребителей,
Юг Европейской части СССР,
.. мгккал
южнее Харькова 44 —и
107 000
мгккал
год
Крым, Кавказ, юг Средней Азии
gy мгккал
час
И 87 000 мгкк™
гоо
Максимально-часовой и годовой
расход тепла на одного жителя при-
ведены в приложениях 7 и 8.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
3-1. ПОДГОТОВКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Процесс теплоснабжения состоит из
трех последовательных операций:
а) подготовка теплоносителя;
б) транспорт теплоносителя;
в) использование теплоносителя.
Подготовка теплоносителя произво-
дится в специальных установках на
теплоэлектроцентралях или в централь-
ных котельных. Транспортируется теп-
лоноситель по тепловым сетям. Исполь-
зуется теплоноситель в теплоприемни-
ках потребителей. Комплекс установок,
пр едн азн аченн ы х дл я под готовк и,
транспорта и использования теплоно-
сителя, составляет систему теплоснаб-
жения.
Фиг. 3-1. Тепловая схема теплоэлектроцентрали высокого давления.
/—основной подогреватель; 2— пиковый подогрева-
тель; 3—сетевой насос; 4— обратный водяной кол-
лектор; 5—подающий водяной коллектор; 6—подпи-
точный насос; 7—регулятор подпитка; 8—деаэратор
подпиточной воды; 9—паровой коллектор; 10—коллек-
тор конденсата; //—конденсатор турбины; /2—основ-
ной конденсатный насос; 13—эжекторный подогрева-
тель; 14—вакуумный регенеративный подогреватель;
15—регенеративный подогреватель низкого давления;
16—деаэратор * питательной воды; /7—питательный
насос; 18 и 19—регенеративные подогреватели высо-
кого давления; 20, 21 и 22—паровые редукторы; 23- на-
сос химически очищенной воды; 24 и 25—конденсат-
ные насосы.
Для транспорта тепла на большие
расстояния применяются два теплоно-
сителя: вода и водяной пар. На фиг. 3-1
показана тепловая схема теплоэлектро-
централи высокого давления (100 ата,
500° С). На станции установлена тур-
бина ВПТ с двумя регулируемыми от-
борами пара 8—13 ата и 1,2—2,5 ата и
тремя нерегулируемыми отбор ами
25 ата, 7 ата и 0,4 ата. Теплоэлектро-
централь отпускает тепло в виде пара
и в виде воды.
Основным источником подогрева во-
ды, циркулирующей в тепловой сети,
является пар «из регулируемого отбора
1,2—2,5 ата. Подогрев воды про-
изводится в двухступенчатой подо-
гр ев ател ьн ой (бой л ерной) установи е,
состоящей из двух групп аппаратов:
основной 1 и пиковой 2. Обе ступени
подо гр ев а включен ы пос л едовятел ьн о
по воде. Сначала вода поступает в ос-
новные подогреватели /, где нагрева-
ется паром из регулируемого отбора
1,2—2,5 ата. Давление пара, поступаю-
щего в основные подогреватели, регу-
лируется изменением давления в отбо-
ре турбины в зависимости от требуе-
мой температуры подогрева.
Для подогрева воды до температу-
ры 92—100° С используется пар давле-
нием 1,2 ата. При необходимости подо-
грева воды до более высокой темпе-
ратуры повышают давление в отборе
турбины. При давлении в регулируе-
мом отборе 2,5 ата вода может быть
подогрета до 115— 120° С.
Для получения более высокой тем-
пературы подогрева вода после основ-
ных подогревателей 1 проходит через
пиковый подогреватель 2. Пиковый по-
догреватель питается паром более вы-
сокого давления (обычно 8 ата). Он
включается в работу только в периоды
больших тепловых нагрузок.
Включение подогревателей по сту-
<§ 3-2 J
Водяные системы
29
пенчатой (схеме увеличивает степень
использования пара низкого давления,
отчего возрастает выработка электри-
ческой энергии на базе теплового по-
требления.
Циркуляция воды в системе тепло-
снабжения создается циркуляционными
насосами 3. Охлажденная (обратная)
вода, возвращающаяся от потребите-
лей на станщпр, проходит через кол-
лектор 4 и фильтр-грязевик. Грязевик
защищает насосы от механических за-
грязнений, которые могут остаться в
трубопроводах тепловой сети и або-
нентских установках при монтаже. На-
сосы подают воду через подогреватель-
ные установки в подающий коллектор
5, откуда вода поступает по подаю-
щей линии тепловой сети к потреби-
телям.
Таким образом, вода циркулирует в
замкнутом контуре: подогревателыная
установка (бойлерная), подающая ли-
ния тепловой сети, абонентская уста-
новка, обратная линия тепловой сети,
ци ркул я ционн ые н ас ос ы, по догр ев а -
тельная установка.
Для восполнения утечек воды из се-
ти на станции установлено подпиточ-
ное устройство, состоящее из водопод-
готовительной аппаратуры (водоочист-
ка и деаэрация 8), подпиточного насо-
са 6 и регулятора подпитка 7,
Система регенеративного подогрева
питательной воды также работает на
паре из отбора турбины. Конденсатный
насос 12 забирает конденсат из кон-
денсатора 11 и подает его через эжек-
торный подогреватель 13 и регенера-
тивные подогреватели 14 и 15 в деаэ-
ратор 16, обогреваемый паром из нере-
гулируемого отбора турбины (5—
7 ата). Из деаэратора 16 вода заби-
рается питательным насосом 17 и по-
дается им через регенеративные подо-
греватели высокого давления 18 и 19
в котел.
Как в системе регенеративного по-
догрева 18, 19 и 15, 14, так и в тепло-
фикационной подогрев ател иной уста-
новке /, 2 конденсат греющего пара
движется через систему подогревателей
противотоком к нагреваемой воде, что
обеспечивает более глубокое охлажде-
ние конденсата. Конденсат из пиковых
подогревателей 2 направляется в ос-
новные подогреватели 1. Из основных
подогревателей конденсат з абир ается
насосом 24 и подается им в деаэра-
тор 16. В деаэратор 16 поступает весь
конденсат ив конденсатора турбины и
из системы теплоснабжения, а также
вода их химводоочистки.
Для подачи абонентам тепла в ви-
де пара используется пар из регулируе-
мого отбора турбин при давлении 8—
13 ата. Пар из отбора подводится в
коллектор 9, откуда он направляется
по паровым сетям к потребителям.
Конденсат, возвращаемый от потреби-
телей на станцию, поступает в коллек-
тор 10, откуда направляется в деаэра-
тор 16. На случай остановки турбины,
а также для покрытия пиковых тепло-
вых нагрузок в схеме предусмотрена
подача острого пара на подогреватель-
ную установку и в паровую сеть через
редукционно-увл ажнительные устрой-
ства 20 и 21.
В зависимости от вида теплоносите-
ля системы теплоснабжения делятся
на водяные и паровые.
3-2. ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ
В зависимости от количества линий,
предназначенных для транспорта теп-
ла в одном направлении, водяные си-
стемы делятся на однотрубные, двух-
трубные, трехтрубные и многотрубные.
Наиболее простой системой являет-
ся однотрубная. Эта система примени-
ма в том случае, когда теплоноситель
полностью используется у абонентов,
например для горячего водоснабжения,
и обратно на станцию не возвращает-
ся. Однотрубная система представляет
интерес для транспорта тепла на боль-
шие расстояния, например от загород-
них теплоэлектроцентралей. В этом
случае горячая вода, подаваемая по
однотрубному теплопроводу, использу-
ется сначала для отопления, а затем
охлажденная вода подается в установ-
ки горячего водоснабжения.
Для теплоснабжения наших горо-
дов в большинстве случаев применя-
ются двухтрубные водяные системы.
Тепловая сеть состоит из двух парал-
лельных линий: подающей и обратной.
По подающей линии горячая вода под-
водится от станции к абонентам, по
обратной линии охлажденная вода воз-
вращается на станцию.
30
Системы теплоснабжения
[ гл. 3
Преимущественное строительство в
городах двухтрубных систем объясня-
ется тем, что эти системы дешевле
многотрубных по начальным затратам
и эксплуатационным расходам и тре-
буют меньших металловложений при
соор ужен ии. Дву хтр'убн ые систем ы
применимы в тех случаях, когда всем
потребителям района требуется тепло-
вая энергия одного потенциала. Такие
условия имеют обычно место в горо-
дах, где вся тепловая нагрузка (отоп-
ление, вентиляция и горячее водоснаб-
жение) может быть удовлетворена в
основном теплом низкого потенциала.
В промышленных районах, где име-
ется технологическая тепловая нагруз-
ка повышенного потенциала, может в
ряде случаев оказаться более целесо-
образным применение трехтрубных си-
стем [Л. 54]. В трехтрубных водяных
сетях две линии используются как по-
дающие, а третья линия является об-
ратной. К каждой подающей линии
присоединяются однородные по потен-
циалу и режиму тепловые нагрузки.
В промышленных районах обычно к
одной подающей линии присоединяют-
ся отопительные и вентиляционные
установки (сезонная нагрузка), а к
другой — технологические установки и
у становии горячего во доен аб жен и я.
При таком решении полнее использу-
ется пар из отбора низкого давления
турбины.
Трехтрубная система позволяет осу-
ществлять центральное регулирование
двух различных по характеру тепло-
вых нагрузок, так как в одной подаю-
щей линии температурный и гидравли-
ческий режимы могут изменяться в
соответствии с характером сезонной
тепловой нагрузки, а режим работы
другой линии может соответствовать
графику технологической нагрузки.
Водиные системы теплосн абжения
можно разбить на две группы—закры-
тые и открытые. В закрытых системах
вода, циркулирующая в тепловой сети,
используется только как теплоноситель,
но из сети не отбирается. В открытых
системах циркулирующая вода частич-
но или полностью разбирается у або-
нентов для горячего водоснабжения.
Минимальное цисло линий для откры-
той системы равно единице, а для за-
крытой системы — двум.
Закрытые системы
Число параллельных линий © за-
крытой системе должно' быть не мень-
ше двух, так как после отдачи тепла
в абонентских установках теплоноси-
тель должен быть возвращен на стан-
цию. На фиг. 3-2 показана закрытая
двухтрубная водяная система. По по-
дающей линии 1 тепловой сети горячая
вода поступает в абонентские установ-
ки, а по обратной линии II охлажден-
ная вода возвращается на станцию.
В зависимости от характера або-
нентской установки и режима работы
тепловой сети выбираются схемы при-
соединения к тепловой сети. На прак-
тике находят применение две принци-
пиально различные схемы присоедине-
ния — зависимая и независимая. При
первой схеме присоединения вода из
тепловой сети непосредственно посту-
пает в приборы абонентской установки.
При второй схеме вода из тепловой се-
ти проходит через теплообменник, в
котором нагревает вторичный теплоно-
ситель, используемый в абонентской
установке.
При зависимых схемах присоедине-
ния давление в абонентской установке
зависит от давления в тепловой сети.
При независимых схемах присоедине-
ния давление в местной системе не за-
висит от давления в тепловой сети, так
как вода, циркулирующая в тепловой
сети, отдает тепло вторичному тепло-
носителю в теплообменнике через стен-
ку, не находясь с ним в непосредст-
венном соприкосновен ни.
Оборудование абонентского ввОда
при зависимой схеме присоединения
проще и дешевле, чем при независимой
схеме. При зависимой схеме присо-
единения может быть получен больший
перепад температур сетевой воды в
абонентской установке, чем при неза-
висимой схеме. Увеличение перепада
температур воды в местной системе
уменьшает расход теплоносителя в се-
ти, что приводит к снижению диамет-
ров сети и экономии на начальной
стоимости тепловой сети и на "эксплуа-
тационных расходах.
Недостаток зависимых схем присо-
единения заключается в передаче дав-
ления тепловой сети на приборы або-
нентской установки. В тех случаях,
§ 3 2]
Водяные системы
31
А
7ПП
~~гптп
тип.
ТИП
“ШШ_
тип.
"ШИ
шш
Фиг. 3-2. Закрытая двухтрубная водяная система.
Л—зависимая схема присоединения отопительной установки без гмешения; Б—за-
висимая схема присоединения отопительной установки со струйным смешением;
В—зависимая схема присоединения отопительной установки с насосным смеше-
нием; Г—независимая схема присоединения отопительной установки; Д—присоединение установки горячего
водоснабжения с верхним аккумулятором; В—присоединение установки горячего водоснабжения с нижним
аккумулятором;'И—последовательное включение установки горячего водоснабжения и отопительной
—Водо-
вод провод
Подпиточная вода из хим-
очистни и деаэрации
.Анкуунулятор
ТШк
"ППТ1
~ппп
Водопро
Аккумуля-
Водо-
7 6
установки.
когда при зависимой схеме нельзя
обеспечить допустимый уровень давле-
ний в абонентской установке, приме-
няются независимые схемы присоеди-
нения. Допустимое давление для чу-
гунных приборов (радиаторов) в ото-
пительных установках обычно равно
5 ати *, поэтому независимые схемы
пр исо е д инени я от опител ьн ы х уст ано -
вок применяются в тех случаях, если
при зависимых схемах нельзя обеспе-
чить поддержание в местной отопи-
тельной установке давления ниже
5 ати. На фиг. 3-2 показаны различные
схемы присоединения абонентов к во-
дяной тепловой сети.
На узле А изображена зависимая
схема присоединения отопительной
установки. Вода из подающей линии
тепловой сети непосредственно посту-
пает в приборы отопительной установ-
ки и отдает в них тепло окружающему
воздуху. Охлажденная вода поступает
в обратную линию тепловой сети. Та-
кая схема присоединения применима в
тех случаях, когда температура воды
в подающей линии тепловой сети не
превосходит предела, установленного
санитарными нормами для отапливае-
мых помещений.
В большинстве случаев присоедине-
ние отопительных установок к город-
ским водяным сетям производится по
зависимой схеме со смесительным уст-
ройством (схемы Б и В). Объясняется
* По ГОСТ 6425-52 допустимое давление
для чугунных отопительных радиаторов, пред-
назначенных для отопления жилых, обще-
ственных и промышленных зданий,равно 6 ати.
это тем, что по санитарным нормам
максимальная температура воды, по-
ступающей в приборы отопления жи-
лых и общественных зданий, не долж-
на превышать 95° С, в то время как
максимальная температура воды в по-
дающей линии тепловой сети обычно
выше указанной величины. В город-
ских теплофикационных установках
СССР максимальная температура во-
ды в подающей линии принимается в
большинстве случаев равной 130—
150° С, причем имеется тенденция к
дальнейшему повышению температуры
воды в сети.
Смесительное устройство, установ-
ленное на абонентском вводе, подме-
шивает к горячей воде, поступающей из
подающей линии, охлажденную воду из
обратной линии. В результат смешан-
ная вода получает более низкую темпе-
ратуру, чем вода в подающей линии.
В качестве смесительных устройств на
абонентских вводах применяются струй-
ные и центробежные насосы.
На узле Б показана зависимая схе-
ма присоединения со струйным насо-
сом (элеватором). Эта схема, получив-
шая широкое применение, была разра-
ботана и предложена проф. В. М.
Чаплиным еще на заре развития теп-
лофикации в СССР.
Вода из подающей линии тепловой
сети поступает через патрубок 1 в
струйный насос 2. Через патрубок 3 в
струйный насос подсасывается охлаж-
денная вода, возвращающаяся из ото-
пительной установки в обратную ли-
нию тепловой сети. Смешанная вода
32
Системы теплоснабжения
[гл. 3
Фиг. 3-3. Водоструйный элеватор конструкции
ВТИ—Теплосеть Мосэнерго.
подается струйным насосом по трубе 4
в отопительную установку.
На фиг. 3-3 показан разрез струй-
ного насоса (элеватора). Вода из по-
дающей линии тепловой сети поступает
в элеватор через сопло 1. Выходя с
большой скоростью из сопла, струя во-
ды подсасывает в приемную камеру 2
воду из обратной линии отопительной
установки. Смесь воды поступает в ка-
меру смешения 3, где происходит вы-
равнивание скоростей инжектирующего
и инжектируемого потоков. Далее вода
поступает в диффузор 4, где кинетиче-
ская энергия потока переходит в по-
тенциальную энергию и давление пото-
ка повышается. Из диффузора вода
поступает в отопительную установку
абонента.
Для работы элеватора необходима
значительная разность напоров между
подающей и обратной линиями тепло-
вой сети. При гидравлическом сопро-
тивлении отопительной установки або-
нента порядка 1 —1,5 м и обычно тре-
бующихся коэ ффициентах инжекции
1,5—2,5 разность напоров подающей и
обратной линий должна составлять 8—
15 м. В тех ^случаях, когда на абонент-
ском вводе отсутствует разность напо-
ров достаточной величины, в качестве
смесительного устройства применяются
центробежные насосы.
Зависимая схема со смесительным
насосом показана на узле В (фиг. 3-2).
Насос 1 забирает охлажденную воду
из обратной линии отопительной уста-
новки и подает ее на смешение с горя-
чей водой, поступающей из подающей
линии. Работа центробежного насоса
требует постоянного расхода электри-
ческой энергии. Кроме того, необходи-
мо постоянное обслуживание насоса.
Bice это усложняет эксплуатацию.
На узле Г показана независимая
схема присоединения отопительной
установки к тепловой сети. Вода из
подающей линии поступает по трубе 1
в водоводяной теплообменник 2, в ко-
тором через стенку нагревает вторич-
ную воду, циркулирующую в отопи-
тельной установке абонента. Охлаж-
денная вода по трубе 3 возвращается
в обратную линию тепловой сети. Цир-
куляция воды в местной отопительной
установке создается насосом 4.
У с т ан овк а гор я чег о в о дос н а бж ени я
абонентов присоединяется к тепловой
сети через водоводяные теплообменни-
ки. Узлы Д и Е показывают присоеди-
нение установок горячего водоснабже-
ния к тепловой сети. Вода из тепловой
сети проходит через водоводяной подо-
греватель /, в котором она через стен-
ку нагревает вторичную воду, посту-
пающую из водопровода. Подогретая
водопроводная вода проходит в уста-
новку горячего водоснабжения або-
нента.
В тех случаях, когда режим работы
тепловой сети не соответствует графи-
ку нагрузки горячего водоснабжения
(периодические перерывы в работе се-
ти при круглосуточном расходе горя-
чей воды у абонентов, неравномерный
график нагрузки горячего водоснабже-
ния и др.), в абонентских установках
устав ав лив а ются анку мул ятор ы горя -
чей воды.
При помощи аккумуляторов' произ-
водится выравнивание графика нагруз-
ки. В периоды малой нагрузки горяче-
го водоснабжения аккумулятор заря-
жается горячей водой. В периоды
пиковых нагрузок или в периоды оста-
новки тепловой сети горячая вода, за-
пасенная в аккумуляторе, используется
для горячего водоснабжения. На узле
Д аккумулятор горячей воды располо-
жен в верхней точке установки, на
узле Е аккумулятор расположен внизу.
При верхней установке аккумулято-
ра зарядка его производится под на-
пором водопровода, а разрядка—под
§ 3-2]
— Водяные системы
33
его статическим напором. При нижней
установке аккумулятора зарядка про-
изводится при помощи насоса 2, При
включении в работу насоса 2 вода из
аккумулятора поступает в насос и по-
дается им в водоводяной подогрева-
тель 1. В подогревателе вода нагре-
вается до необходимой температуры и
затем вновь поступает в аккумулятор
по трубе 4. Таким образом, при заряд-
ке аккумулятор заполняется сверху
горячей водой, а холодная вода заби-
рается из него насосом снизу. Разряд-
ка аккумулятора производится -под на-
пором водопровода. Для этого откры-
вают задвижку 5 ив аккумулятор
снизу подводят водопроводную воду,
которая вытесняет горячую воду из
аккумулятора через патрубок 4.
Аккумуляторы горячей воды уста-
навливаются у абонентов, расходую-
щих большое количество горячей воды
(бани, прачечные, производственные
предприятия). Абоненты, имеющие
сравнительно небольшую нагрузку го-
рячего водоснабжения (жилые дома,
общественные здания), обычно присо-
единяются к тепловой сети без акку-
муляторов.
Для уменьшения расхода воды в се-
ти целесообразно обратную воду после
отопите л ьн ых уста новок н а пр авить
для использования в установки горя-
чего водоснабжения. На узле И изо-
' бражена схема ВТИ — МЭИ — Тепло-
сеть Мосэнерго, которая предусматри-
вает использование тепла обратной
воды после отопительных установок
жилых зданий в водоводяных подогре-
ва тел ях гор ячего в од ослаб жения
[Л. 102]. Вода из подающей линии теп-
ловой сети поступает через задвижку-
регулятор 1 м элеватор 2 в отопитель-
ную установку. Обратная вода из ото-
пительной установки проходит через
водоводяной подогреватель 5, а после
него поступает в обратную линию теп-
ловой сети. В водоводяном подогрева-
теле 5 обратная вода нагревает холод-
ную водопроводную воду, поступаю-
щую после подогрева в установку
горячего водоснабжения.
В том случае, когда температура
водопроводной воды после подогрева-
теля 5 ниже требуемой, ‘ открывается
задвижка-регулятор 9, вода из подаю-
щей линии тепловой сети проходит
3 Е. Я. Соколов
через подогреватель 10 и нагревает
водопроводную воду до температуры,
требуемой для горячего водоснабже-
ния. Греющая вода после подогревате-
ля 10 направляется в отопительную
систему. В летний период, когда ото-
пительные установки выключены, за-
движки /, 3 и 4 закрыты. Вода из по-
дающей линии тепловой сети проходит
п ос л ед ов ател ьно через под огр ев ател и
10 и 5 и нагревает водопроводную во-
ду, поступающую в установку горячего
во доен абжен и я.
При применении схемы ВТИ —
МЭИ —Теплосеть Мосэнерго снижает-
ся температура обратной воды, посту-
пающей на станцию, что позволяет
использовать для ее подогрева пар из
вакуумных отборов, отчего возрастает
уд ел ьн а я в ыр аб отк а эл ектрической
энергии на базе теплового потребле-
ния. Кроме того, при этой схеме умень-
шается расход воды в сети и снижает-
ся стоимость транспорта тепла. На
всех узлах горячего водоснабжения
(Д, Е, И), приведенных на фиг. 3-2,
водопроводная вода, поступающая в
установки горячего водоснабжения, не
имеет прямого контакта, с сетевой во-
дой. Подогрев водопроводной воды
осуществляется на абонентских вводах
в поверхностных водоводяных подогре-
вателях.
Г идравлическая изолированность
водопроводной воды, поступающей в
установки горячего водоснабжения, от
воды, циркулирующей в тепловой сети,
является преимуществом закрытой си-
стемы. Благодаря гидравлической изо-
лированности водопроводной воды от
сетевой обеспечивается стабильное ка-
чество горячей воды, поступающей в
,уста нов ки гор ячего вод осн аб жения,
одинаковое с качеством водопроводной
воды. Вода поступающая в установки
горячего водоснабжения, не загряз-
няется шламом, илом, коррозионными
отложениями и др., выпадающими в
сети и отопительных приборах.
Чрезвычайно прост санитарный кон-
троль системы горячего водоснабже-
ния благодаря короткому пути про-
хождения водопроводной воды от вво-
да в здание до водоразборного крана.
Прост контроль герметичности теп-
лофикационной системы, который осу-
ществляется по величине подпитка.
34
Системы теплоснабжения
[гл. 3
Подпиточная вода
из хилючистни и
деаэрации
Фиг. 3-4. Закрытая трехтрубная водяная система.
Л—зависимая схема присоединения отопительной установки со струйным смешением; />—зависимая схема
присоединения отопительной установки с насосным смешением; В— независимая схема присоединения ото-
пительной установки; Г—присоединение вентиляционной установки; Д—присоединение промышленной уста-
новки горячего водоснабжения; Е— присоединение технологических аппаратов; И—присоединение испари-
тельной установки.
Основными недостатками закрытых
систем являются:
а) усложнение оборудования и экс-
плуатации абонентских вводов горяче-
го водоснабжения из-за установок во-
доводяных подогревателей;
б) коррозия местных установок го-
рячего водоснабжения при мягкой
водопроводной воде (жесткость ниже
1 мг-экв/л) из-за поступления недеа-
эрированной водопроводной воды;1
в) выпадение накипи в местных
водоводяных подогревателях и трубо-
проводах горячего водоснабжения при
воде повышенной жесткости (больше
5 мг-экв/л).
На фиг. 3-4 показана трехтрубная
закрытая водяная система. Со станции
отходят две подающие линии I и II, в
котор ых поддер жива ется различи ый
температурный режим. По линии I во-
да подается в отопительные и венти-
ляционные установки -потребителей.
По линии II вода подается в установки
горячего водоснабжения и технологи-
ческие аппараты. По линии III обрат-
ная вода от потребителей возвращает-
ся на станцию.
1 Как -показали работы доц. А. В. Хлу-
дова (МСИ) этот (недостаток устраняется при
включении на подогретой водопроводной воде
двух .последовательных фильтров: сталестру-
жечного и кварцевого. В первом поглощается
кислород, растворенный в .воде; во втором за-
держиваются коррозионные отложения.
На узлах А, Б и В показаны схемы
присоединений отопительных установок
к тепловой сети.
Схема Г показывает присоединение
вентиляционных установок к сети. Во-
да из подающей линии поступает по
трубе 1 в калориферы 2 вентиляцион-
ных установок. В калориферах вода
напревает воздух, прогоняемый через
калориферы вентилятором 3. Охлаж-
денная вода по трубе 4 возвращается
в обратную линию.
Схема Д показывает присоединение
к тепловой сети установок горячего во-
доснабжения. .В периоды малых нагру-
зок вода в длинных сетях горячего
водоснабжения выстывает и поэтому в
дальние точки поступает охлажденной.
Для повышения температуры воды при
малых тепловых нагрузках при помо-
щи насоса 1 создается искусственная
циркуляция в установке горячего водо-
снабжения.
Схема Е показывает присоединение
к тепловой сети технологических аппа-
ратов.
В тех случаях, когда по подающей
линии тепловой сети подается вода вы-
сокой температуры, а потребителю тре-
буется пар, последний может быть
получен у абонентов. Для этой цели
применяются водопаровые испаритель-
ные установки.
Схема И .показывает присоединение
к водяной тепловой сети абонентской
испарительной установки. Вода из по-
§ 3-2]
Водяные системы
35
дающей линии тепловой сети поступает
по трубе 1 в испаритель 2. В испари-
теле греющая вода нагревает через
стенку вторичную воду и испаряет ее.
Полученный пар отводится из испари-
теля по трубе 3. Греющая вода из ис-
парителя проходит через трубу 4 в
теплообменник 5. В теплообменнике
греющая вода отдает часть своего теп-
ла вторичной воде, направляющейся
для выпаривания в испаритель.
Охлажденная вода по трубе 6 посту-
пает в обратную линию тепловой сети.
Питательная вода, подаваемая из хим-
водоочистки насосом 7, проходит через
теплообменник 5 в испаритель.
Открытые системы
На фиг. 3-5 показана однотрубная
водяная открытая система.
На узле А -показано последователь-
ное присоединение отопительной уста-
новки по независимой схеме и установ-
ки горячего водоснабжения. Горячая
вода поступает из тепловой сети по ли-
нии 1 в водоводяной подогреватель 2,
в котором она нагревает вторичную во-
ду, циркулирующую в местной отопи-
тельной установке. Охлажденная вода
поступает после водоводяного подогре-
вателя в установку горячего водоснаб-
жения 5.
На узле Б показано последователь-
ное присоединение отопительной уста-
новки по зависимой схеме и установки
горячего' водоснабжения. Горячая вода
поступает из тепловой сети по линии 1
в элеватор, где к этой воде подмеши-
вается часть обратной воды по пере-
мычке 2. Охлажденная вода после ото-
пительной системы поступает в уста-1
новку горячего водоснабжения 3.
Для обеспечения требуемой темпе-
ратуры воды в системе горячего водо-
снабжения предусмотрена возможность
подачи некоторой доли горячей воды
непосредственно из подающей линии по
перемычке.
На узле В показано' присоединение
установки горячего водоснабжен и я.
Вода поступает из тепловой сети в
установку горячего водоснабжения че-
рез элеватор-смеситель. Для регулиро-
вания температуры воды, поступаю-
щей в местную систему к смесителю,
подведена водопроводная вода. При
помощи элеватора можно также осуще-
ствить циркуляцию воды в случае ее
сильного выстывания в местной си-
стеме.
/7fa/7U7770WrtZ# fa fa /7Ж/7£>
Фиг. 3-5. Однотрубная водяная система.
А—присоединение установки горячего водоснабжения и отопительной установки по независи-
мой схеме; Б- присоединение установки горячего водоснабжьния и отопительной установки no-
зависимой схеме; В—присоединение установки горячего водоснабжения.
3*
36
Системы теплоснабжения
[гл. 3
Фиг. 3-6. Открытая двухтрубная система.
А, Би В—присоединение отопительных установок; Г и Д—присоединение установок горячего водоснабже-
ния; Е и Л—абонентские установки для лимической обработки и похюгрева воды, подаваемой в сеть;
1—сопло пленочного подогревателя; 2—выпарная труба пленочного подогревателя; 3—опускная труба; 4 и 5—
решетки; 6—слой шлама; 7—коллектор осветленной воды; 8—подпиточный насос; 9—кварцевый фильтр.
На фиг. 3-6 показана открытая
двухтрубная система. Горячая вода по-
ступает со станции к абонентам по ли-
нии I. Обратная вода 'возвращается на
станцию по линии II. .
Отопительные установки (А, 5, В)
присоединяются к тепловой сети по тем
же схемам, что и в закрытых системах
теп лосн а бж ен и я.
Схемы присоединения установок го-
рячего водоснабжения (Г и Д) прин-
ципиально отличны от ранее рассмот-
ренных схем. Вода из подающей и об-
ратной линий тепловой сети поступает
по труба-м 1 и 2 в смеситель 3, а из
него по трубе 4 в установку горячего
водоснабжения абонента. Для преду-
преждения перетекания воды из по-
дающей линии в обратную через сме-
сительные устройства на обратной ли-
нии установлен обратный клапан 5.
Наличие смесителя позволяет регули-
ровать температуру воды у абонента.
Регулирование произволится задвиж-
кой 1 на подающей линии. Задвижка
на обратной линии во время работы
открыта полностью.
Основной особенн остью откр ытых
систем теплоснабжения является непо-
средственный разбор воды из тепловой
сети для горячего водоснабжения. Это
позволяет использовать для горячего
водоснабжения в больших количествах
отходящие тепловые воды с темпера-
турой 15—30° С, имеющиеся на элек-
тростанциях (охлаждающая вода кон-
денсаторов турбин, охлаждающая вода
топочных панелей) и на многих про-
мышленных предприятиях. В закрытых
системах теплоснабжения возможность
использования этой воды весьма огра-
ничена, так как величина подпитка,
для которого эта вода может быть при-
менена, в закрытых системах обычно
не превышает 0,5—1% от расхода цир-
кулирующей воды. Использование от-
ходящей теплой воды в открытых
системах дает экономию топлива и
удешевляет стоимость горячего водо-
снабжения.
При открытых системах упрощается
оборудование абонентских вводов и
абонентских установок горячего водо-
снабжения, так как отпадает необхо-
димость установки на вводах водово-'
дяных подогревателей. Вместо них на
абонентских вводах должны быть по-
ставлены смесители, из которых сме-
шанная вода, отобранная из обратной
и подающей линий тепловой сети, по-
ступает в местную установку горячего
водоснабжения. При отсутствии у або-
нента внутренней разводки горячего
во доен аб жен и я можно испо л ьзов ат ь
для этой цели подающие линии отопи-
тельной установки (схема В). Однако
в этом случае вода, отбираемая для
горячего водоснабжения, не имеет по-
стоянной температуры. В отдельные
периоды температура ее значительно
ниже 60° С.
Пр оизводительность под п иточн ого
устройства в открытых системах долж-
на быть значительно больше, чем в за-
крытых. В закрытых системах произ-
водительность подпиточного устройства
§ 3-3]
Паровые системы
37
обычно равна 1—2% расхода циркули-
рующей воды. В открытых системах
подпиточное устройство должно быть
рассчитано, кроме восполнения утечек
из-за неплотности системы, на макси-
мальный расход воды на горячее водо-
снабжение. Производительность подпи-
точного устройства в открытых систе-
мах .может превышать 15—20% от рас-
хода циркулирующей воды.
В связи со значительным увеличе-
нием подпитка для открытых систем
теплоснабжения вопросы водоподго-
товки получают особое значение.
Даже в районах с водой средней
жесткости (от 1 до 5 л^г-экв/л) подпи-
тывание сети сырой водой приводит в
большинстве случаев к быстрому зара-
станию станционных подогревателей и
трубопроводов тепловой сети накипью
и шламом.
Для горячего водоснабжения в от-
крытых системах могут быть исполь-
зованы не только отходящие тепловые
воды электростанций, но также отхо-
дящие теплые воды и отбросное тепло
промышленных предприятий. Для этой
цели на предприятиях, располагающих
ресурсами отходящего тепла, сооружа-
ются установки для стабилизации (или
умягчения) и деаэрации воды. Обрабо-
танная вода подается насосами в об-
ратную линию тепловой сети. Такие
установки Е и К показаны на фиг. 3-6.
Поскольку из тепловой сети отбирается
для горячего водоснабжения деаэри-
рованная вода, .местные установки го-
рячего водоснабжения не подвергают-
ся коррозии.
Основными преимуществами откры-
тых систем по сравнению с закрытыми
являются:
а) возможность использования для
горячего водоснабжения низко-потен-
циальных тепловых отходов электро-
станций и промышленных пред-
приятий;
б) упрощение и удешевление або-
нентских вводов горячего водоснаб-
жения.
Недостатки открытых систем:
а) усложнение и удорожание стач-
ци он ной в одоп од готовки;
б) нестабильность воды, поступаю-
щей в водоразбор, по цвету и запаху;
в) усложнение и увеличение объема
санитарного контроля за системой теп-
лоснабжения;
г) усложнение контроля герметич-
ности системы теплоснабжения.
В настоящее время единственным
показателем плотности системы являет-
ся величина подпитка. В открытых
системах величина подпитка не харак-
теризует плотность системы. Это об-
стоятельство затрудняет контроль
плотности открытых системы в экс-
плуатационных условиях.
3-3. ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ
Паровые системы сооружаются двух
типов:
а) с возвратом конденсата;
б) без возврата конденсата.
Паровая система с возвратом
конденсата
В практике промышленной тепло-
фикации имеет широкое применение
однотрубная паровая система с возвра-
том конденсата, приведенная на фиг.
3-7. Пар из отбора турбины поступает
в однотрубную паровую сеть I и транс-
портируется по ней к потребителям
тепла. Конденсат возвращается от по-
требителей на станцию по конденсато-
проводу II. На 'Случай остановки тур-
бины или недостаточной мощности от-
бора предусмотрена резервная подача
пара в сеть через редуктор III.
С хем ы ирис о ед ин ен и й а бо н ен тск и х
установок к паровой сети зависят от
характера этих установок. Если пар
может быть пущен непосредственно в
установку абонента, то присоединение
производится по зависимой схеме
(узел Л). Если пар не может быть пу-
щен непосредственно в установку або-
нента, то присоединение производится
по независимой схеме через теплооб-
менник (узлы Б и В).
На схеме А показано присоединение
установки парового отопления к паро-
вой сети. Пар поступает в отопитель-
ную установку из тепловой сети через
регулировочный клапан 1. В приборах
отопительной установки пар конденси-
руется. Конденсат отводится кондеи-
сатоотводчиком 2 в сборный резервуар
3, откуда он забирается насосом 4 и
перекачивается по конденсатопроводу
тепловой сети обратно на станцию.
38
Системы теплоснабжения
[ гл. 3
Фиг. 3-7. Однотрубная паровая система с возвратом конденсата.
Л—присоединение паровой отопительной установки; Z>—присоединение водяной отопительной установки;
В—присоединение установки горячего водоснабжения; Г—присоединение технологических аппаратов; Д—при
соединение установки с механическим компрессором.
Для защиты установки от поступления
в них конденсата из конденсатопровода
тепловой сети после насоса 4 установ-
лен обратный клапан 5. Аналогично
присоединяются к сети паровые кало-
риферы 'вентиляционных установок.
На схеме Б показано присоединение
установки водяного отопления к паро-
вой сети по независимой схеме. Пар
поступает по трубопроводу 1 в паро-
водяной теплообменник 2, в котором
он напревает через стенку воду, цирку-
лирующую в местной установке. Кон-
денсат стекает в сборный резервуар 3,
откуда откачивается насосом 4 в кон-
денсатопровод. Циркуляция воды в
местной отопительной установке соз-
дается насосом 5. Установки горячего
водоснабжения также присоединяются
Фиг. 3-8. Однотрубная паровая система с цен-
тральной термокомпрессией.
/—котел; 2 — турбина; 3—струйный компрессор; 4—теп-
лоприемник поверхнсстого типа; 5—кон хенсатоотвод-
чик; 6—конденсатный бак; 7—насос; 5-станционный
деаэратор; 9—химическая водоочистка; 10 и //—на-
сосы.
к тепловой сети через пароводяные
теплообм енн ики.
На схеме В показано присоединение
горячего водоснабжения.
Технологические аппараты промыш-
ленных предп р иятий пр исоеди н я ются
обычно к паровой сети непосредствен-
но. Схема такого присоединения пока-
зана на узле Г.
В тех случаях, когда давление пара,
•в паровой сети ниже давления, требуе-
мого отдельным абонентом, оно может
быть искусственно повышено у абонен-
тов при помощи компрессора. Для
этой цели применяются поршневые, ро-
тационные или центробежные компрес-
соры с электрическим или механиче-
ским приводами.
Схема такой установки показана на
узле Д, Пар из тепловой сети посту-
пает по трубопроводу 1 в механический
компрессор с приводом от электродви-
гателя. В компрессоре пар сжимается
от давления рн до давления ре. Сжа-
тый пар поступает из компрессора в
установку потребителя.
Если давление пара, получаемого из
отборов турбин на ТЭЦ, недостаточно
для удовлетворения всех или значи-
тельной части тепловых потребителей,
то оно может быть искусственно' повы-
шено на станции. Для повышения дав-
ления пара на станции применяются
струйные компрессоры. На фиг. 3-8 по-
казана паровая система с центральной
термокомпрессией1. Отработавший пар
из турбины поступает в приемную ка-
1 Расчет и характеристика струйных ком<-
прессоров приводятся в гл.10.
§ 3-3]
Паровые системы
39
меру струйного компрессора 3. В соп-
ло струйного компрессора поступает
острый ,пар из котла. В сопле происхо-
дит расширение рабочего -пара. Рабо-
чий пар, выходящий с большой скоро-
стью из сопла, подсасывает пар из
приемной камеры, передает ему часть
своей кинетической энергии и увеличи-
вает его скорость. Смешанный паровой
поток, имеющий повышенную скорость,
поступает в диффузор, где кинетиче-
ская энергия потока используется для
сжатия пара. Сжатый пар при повы-
шенном давлении выходит из диффу-
зора в паровую сеть.
Применение струйных компрессоров
позволяет использовать для теплоснаб-
жения пар низкого давления.
В тех случаях, когда потребителям
района требуется пар разных давлений
(низкого и повышенного), а станция
может удовлетворить потребность в па-
ре низкого давления из отборов турбин
и потребность в паре повышенного дав-
ления за счет пара из котлов, приме-
няются двухтрубные системы. Двух-
трубные паровые системы иногда при-
меняются также при различных расхо-
дах пара у абонентов в разные сезоны,
например зимой и летом. В этом слу-
чае в периоды больших расходов пара
включаются в работу оба паропровода,
а в периоды малых расходов — один.
На фиг. 3-9 показана двухтрубная
паровая система с возвратом конден-
сата. Отработавший пар низкого дав-
Фиг. 3-9. Двухтрубная паровая система с воз-
враюм конденсата.
1—котел; 2— турбина; 3— perукционный клапан; 4—теп-
лоприемник повер местного типа; 5—конденсатоот-
водчик; 6— конденсатный бак; 7—насос; 8—станцион-
ный деаэратор; 9—химическая водоочистка; 10 и
И—насосы.
ления поступает из турбины в один
паропровод. Редуцированный острый
пар или пар из отбора повышенного
давления поступает в другой паропро-
вод. В зависимости от требуемых па-
раметров тепла абонентские установки
присоединяются к тому или другому
паропроводу. Конденсат возвращается
на станцию по общему конденсатопро-
воду. Возврат чистого конденсата из
абонентских установок на теплоэлек-
троцентраль имеет серьезное значение
для надежности, бесперебойности и
экономичности работы станции. При
ограниченной производительности стан-
ционной химв одо очистки перебои в
возврате конденсата или получение
недоброкачественного конденсата при-
водят к снижению количества отпу-
скаемого тепла. Замена конденсата
химически очищенной воды вызывает
увеличение продувки котлов и ухуд-
шает экономичность котельной уста-
новки.
Абонентские установки для возвра-
та конденсата состоят из конденсаго-
отводчиков, сборников конденсата и
к он денс а тн ы х н ас осов. Н а эн а ч ен ием
конденсатоотводчиков является отвод
из приборов скопившегося в них кон-
денсата. Правильно работающий кон-
денсатоотводчик должен отводить из
прибора конденсат, не пропуская при.
этом пара. При постоянном расходе
пара в качестве конденсатоотводчиков
могут быть использованы подпорные
шайбы с постоянным отверстием (фиг.
3-10). Пропускная способность отвер-
стия подпорной шайбы должна быть
равна расчетному расходу конденсата.
Легко справляясь с пропуском воды,
подпорная шайба создает большое ги-
дравлическое сопротивление для пара,
чем обеспечивается отвод конденсата
из пароприемников при минимальном
пропуске пара. Подпорные шайбы при-
меняются обычно в качестве конденса-
тоотводчиков при невысоких давлениях
пара от 1,5 до 8 ата. При давлениях
пара в пароприемнике ниже 1,5 ата в
качестве конденсатоотводчика может
быть применен гидравлический затвор.
Схема гидравлического затвора пока-
зана на фиг. 3-11.
Г идравлический затвор представ-
ляет собой трубу, согнутую в виде пет-
ли. Один конец затвора присоединяет-
40
Системы теплоснабжения
[ гл. 3
Фиг. 3-10. Подпорная шайба.
/—сетка; 2— шайба; 3—дренаж; 4—патрубок для контроля.
Конденсат, поступаю-
щий из пароприемника
стекает в корпус конден-
сатоотводчика и заполня-
ет пространство между
корпусом и поплавком. По
мере накопления конден-
сата в корпусе поплавок
всплывает и клапан, наса-
женный на конец стерж-
ня, закрывает канал в
кр ы ш ке к он де нс а то о тв од -
чика. Конденсат, поступа-
ющий в горшок, достигает
ся к парсприемнику 1, другой конец
введен в сборный бак конденсата.
При переменном расходе пара при-
меняются автоматические конденсато-
отводчики двух типов: периодического
действия и непрерывного действия. На
фиг. 3-12 показан конденсатоотводчик
с открытым поплавком. Конденсатоот-
водчик состоит из цилиндрического
корпуса, внутри которого находится от-
крытый сверху поплавок 1. Ко дну
поплавка 1 прикреплен вертикальный
стержень 2 с установленным на нем
клапаном. Стержень ходит внутри не-
подвижной вертикальной трубки. При
подъеме поплавка вверх клапан закры-
вает канал для прохода конденсата.
Входная часть этого канала выполнена
в виде сменной шайбы, устанавливае-
мой через отверстие в крышке конден-
сатоотводчика и закрепляемой на ме-
сте при помощи нарезной пробки.
Р аб от а ет к о н д енс ато отв о дчик пе -
риодического действия следующим об-
разом.
Фиг. 3-11. Гидравлический затвор.
1—пароприемник ; 2—гид равлический затвор; 3—сбор-
ный бак конденсата; 4—регулятор давления паровой
подушки; 5—конденсатный насос.
верхнего края поплавка и
сливается в поплавок. Поплавок тонет,
опускается вниз и увлекает вниз стер-
жень. Отверстие в шайбе для прохода
конденсата открывается. Конденсат, на-
ходящийся в поплавке, выжимается
давлением пара в отводящий конденса-
топровод через кольцевой зазор, обра-
зуемый стержнем в вертикальной труб-
ке. По мере опорожнения поплавок
всплывает и вновь закрывает отверстие
для прохода конденсата. Таким ,обра-
зом происходит периодическое удале-
ние конденсата из конденсатоотвод-
чика.
От многократных пульсаций клапан
конденсатоотводчика периодического
действия изнашивается и конденсато-
отводчик требует поэтому частого
ремонта. Более надежно работают кон-
денсатоотводчики с закрытым поплав-
ком. Общий вид такого конденсатоот-
водчика показан на фиг. 3-13. Работа
Фиг. 3-12. Конденсатоотводчик с открытым
поплавком.
/—поплавок; 2—клапан; 5-обводный вентиль; 4—смен-
ный груз; 5—спускная пробка.
§ 3-3]
Паровые системы
41
конденсатоотводчика с закрытым -по-
плавком основана на принципе регули-
ров ан и я уроэн я. Кон д е нс атоотводчи к
состоит из чугунного или стального
корпуса /, внутри которого находится
закрытый поплавок 2, насаженный на
рычаг 5, вращающийся на оси 4. С ры-
чагом 3 связан золотник 5, перекры-
вающий входное отверстие канала 6.
Конденсат из пароприемника поступает
в конденсатоотводчик через канал 7 и
выходит из конденсатоотводчика по
каналу 6. При повышении уровня кон-
денсата в кснденсатоотводчике попла-
вок 2 всплывает, происходит переме-
щение золотника 5 вниз и увеличивает-
ся открытие входного отверстия кана-
ла 6. При снижении уровня конденсата
поплавок опускается, и золотник 5 при-
крывает отверстие для стока конден-
сата.
Для обесп ечен и я долг ов ечности
стальных конденсатопроводов необхо-
димо, чтобы перекачиваемый по ним
конденсат не содержал растворенного
кислорода. Местами аэрации конден-
сата обычно являются открытые кон-
денсатосборники, в которые отводится
конденсат из пароприемников, а также
абонентская аппаратура и участки кон-
денсатной сети работающие под ваку-
умом. При наличии в конденсате рас-
творенного кислорода происходит кор-
розия конденсатопроводов, выводящая
их из строя в короткий срок. Кроме то-
го, коррозия вызывает повышенные по-
тери напора в системе вследствие уве-
личения шероховатости стенок трубо-
проводов и уменьшения их поперечного
сечения. Последнее обстоятельство осо-
бенно существенно при трубопроводах
малого диаметра.
Объем продуктов коррозии в 3—4
раза больше объема исходного метал-
ла (стали), участвующего в процессе
коррозии. Продукты коррозии, обра-
зующиеся на внутренней поверхности
конденсатопроводов, омываются и уно-
сятся движущимся конденсатом, что в
результате приводит к серьезным за-
труднениям в эксплуатации котельного
оборудования. В конденсатных систе-
мах наблюдаются как язвенная корро-
зия, так и равномерная коррозия. Осо-
бенно опасна язвенная коррозия вслед-
ствие образования сквозных свищей,
выводящих трубопроводы из (строя в
Фиг. 3-13. Конденсатоотводчик с закрытым
поплавком.
/—корпус; /- поплавок; 2—рычаг; 4—ось; 5-золотник
(клапан); 6—выхогнсй канал; 7—входной канал;
8—груз; 9— воздушник.
относительно короткий пр омежуток
времени. Интенсивность язвенной кор-
розии объясняется тем, что при этом
виде коррозии имеет место локальное
поглощение кислорода, растворенного в
воде, на сравнительности ограниченной
поверхности трубопровода. Равномер-
ная коррозия не приводит к столь бы-
строму выходу конденсатопроводов из
строя вследствие поглощения кислоро-
да всей поверхностью трубопровода.
Язвенная коррозия возникает в ус-
ловиях «стояния», когда нет движения
конденсата по трубопроводу. Для пре-
дупреждения язвенной коррозии сле-
дует применять непрерывную откачку
конденсата по конденсатопроводу и
избегать периодическую откачку. Ки-
сл ор одн а я кор роз и я кон ден с атопр ов о -
дов устраняется при применении за-
крытых конденсатосборных установок,
в которых конденсат находится под из-
быточным (выше атмосферного) давле-
нием паровой подушки и не имеет
' контакта с атмосферным воздухом.
На фиг. 3-14 показана закрытая
конденсатосборная установка. Конден-
сат из пароприемников подается в за-
крытый конденсатосборник /, в кото-
ром постоянно поддерживается избы-
точное (выше атмосферного) давление
паровой подушки при помощи регуля-
торов давления 2 и 3. При снижении
давления в конденсатосборнике откры-
вается регулятор давления «после се-
бя» 2. В конденсатосборник поступает
пар, и давление в нем восстанавливает-
ся. При повышении давления в кон-
денсатосборнике выше заданной вели-
42
Системы теплоснабжения
[гл. 3
Фиг. 3-14. Закрытая конденсатосборная уста-
новка.
1—закрытый конденсатосборник; 2—регулятор дав-
ления „после себя"; 3—регулятор давления „до себя";
4—пароводяно i подогреватель; 5—кон денсатный на-
сос; 6— регулятор уровня; 7—конденсатоотводчик.
чины открывается регулятор давления
«до себя» 5, пар из конденсатосборника
отводится в -пароводяной подогрева-
тель 4 и давление в конденсатосбор-
нике восстанавливается. Конденсат из
пароводяного подогревателя 4 отводит-
ся в конденсатосборник. Конденсат из
конденсатосборника откачивается на-
сосом 5 по конденсатопроводу на ТЭЦ.
Подача конденсатного насоса регули-
руется регулятором уровня 6.
В том случае, когда на действую-
щих промышленных предприятиях за-
мена существующих открытых конден-
сатосборников на закрытые конденсато-
сборники вызывает затруднения, (мож-
но при помощи ряда несложных меро-
приятий ослабить аэрацию конденсата
и при открытых конденсатосборниках.
Конденсат обычно интенсивно’ погло-
щает в местах свободного слива в от-
крытые баки. Для ослабления аэрации
поступающего конденсата следует вво-
дить конденсат под уровень жидкости
возможно ближе к месту забора его
насосом. В тех случаях, когда конден-
сат поступает в открытые конденсато-
сборники, при температуре ниже 100° С
целесообразно подводить его не в бак,
а непосредственно к всасывающему
патрубку конденсатного насоса. Кон-
денсатосборник выполняет в этом слу-
чае только роль расширительного со-
суда.
Весьма важное значение для дол-
говечности открытых систем имеет тем-
пература возвращаемого конденсата.
Ее целесообразно поддерживать на
Фиг. 3-15. Железостружечный затвор к кон-
денсатному баку.
1—бак; 2—железные стружки; 3—поплавок.
уровне 95—100° С. Чем выше темпера-
тура конденсата, тем ниже содержание
в нем растворенного кислорода. Так,
например, если при температуре кон-
денсата 50° С количество растворенно-
го кислорода может достигать 5 мг/л,
то-при 95° С это количество снижается
до 1 мг/л. Для защиты конденсата от
аэрации с поверхности открытых кон-
денсатных баков целесообразно при-
менение железо-стружечного затвора с
поплавком [Л. 1]. На фиг. 3-15 пока-
зано такое устройство.
В нижней части конденсатного бака
размещается затвор из железных стру-
жек таким образом, чтобы стружки
постоянно находились под слоем воды.
Над поверхностью конденсата разме-
щается деревянный поплавок, резко со-
кращающий поверхность контакта кон-
денсата с воздухом и тем затрудняю-
щий диффузию кислорода из окружаю-
щего воздуха. Между поплавком и
стенками бака должен быть обеспечен
зазор для свободного перемещения по-
плавка при изменении уровня конден-
сата.
Для защиты открытых конденсат-
ных систем от коррозии можно устано-
вить последовательно- на напорной сто-
роне конденсатных насосов два филь-
тра — сталестружечный и кварцевый.
Р а бо чи й пр оцесс сталестружечного
фильтра заключается в коррозии насад-
ка фильтра кислородом, растворенным
в воде. В качестве насадка для фильтра
исл о л ьз у етс я об езж и р енн а я ст ал ын а я
стружка обычной нелегированной ста-
ли от Ст. 0 до Ст. 6.
§ 3-3]
Паровые системы
43
Реакция происходит по формуле:
3Fe4 2O2-Fe3O4. (3-1)
На 1 кг кислорода требуется 2,6 кг
железа. Так как стружки приходится
менять после примерно 50% их износа,
то на 1 кг расчетной производительно-
сти фильтра по кислороду загружают
в фильтр около 5 кг железной стружки.
Из-за сильно развитой поверхности
металлической стружки процесс погло-
щения кислорода протекает весьма
интенсивно. Активность этого процесса
повышается с температурой. При тем-
пературе 70° С вода полностью обески-
слоро ж ив а етс я ст а л ь н ым и стр у ж к ами
при двухминутном контакте и началь-
ном содержании кислорода в воде не
свыше 4 мг/л.
В процессе эксплуатации необхо-
димо систематически следить за кон-
центрацией кислорода в конденсате до
фильтра и после него и за гидравличе-
ским сопротивлением фильтра. Эти
данные позволяют судить о чистоте
стальной стружки в фильтре. Загряз-
ненный насадок промывается водой.
Признаком загрязнения фильтра яв:
ляется рост его сопротивления, повы-
шенное содержание кислорода в кон-
денсате после фильтра, а также нали-
чие мути и ржавчины в конденсате.
Промывка фильтра производится горя-
чей водой при обратном токе воды, т. е.
при направлении движения воды через
фильтр снизу—вверх. Промывка про-
изводится до полного осветления воды
после фильтра.
В процессе эксплуатации конден-
сатных сталестружечных фильтров не-
обходимо обеспечивать постоянное пол-
ное заполнение фильтра конденсатом.
Опыт показывает, что даже кратковре-
менное оголение сталестружечного на-
садка в фильтре повышает мутность
конденсата. Кроме того, при оголении
стружка покрывается слоем ржавчины,
тормозящим процесс поглощения ки-
слорода, растворенного в воде. В ре-
зультате работа фильтра резко ухуд-
шается. Поэтому при остановке фильт-
ра следует путем закрытия задвижки
на линии после фильтра или другим
способом обеспечить заполнение кор-
пуса фильтра конденсатом.
Для долговечности конденсатосбор-
ной системы необходимо также осво-
Фиг. 3-16. Схема использования выделяюще-
гося пара при помощи струйного компрессора.
1 — конденсатоотводчик; 2—конденсатный бак;
3 — струйный компрессор; 4—насос.
бождать конденсат от углекислоты, ко-
торая часто содержится в паре, посту-
пающем к потребителям. При наличии
в паре большого количества углекисло-
ты следует устраивать постоянный дре-
наж неконденсирующихся газов из
пароиспользующей аппаратуры. В том
случае, когда не может быть обеспе-
чен надежный отвод углекислоты из
теплопотребляющих аппаратов прихо-
дится деаэрировать конденсат у або-
нентов. Деаэрация может быть осуще-
ствлена разбрызгиванием конденсата
при температуре кипения в деаэрацион-
ных головках, устанавливаемых над за-
крытыми конденсатными баками с па-
ровой подушкой.
Для связывания углекислоты целе-
сооб р азно п о д щел а ч ив а ть во звр а щае -
мый на станцию конденсат едким нат-
ром, если это допустимо по условиям
использования конденсата в качестве
добавка к питательной воде для кот-
лов. В случае применения сталестру-
жечных фильтров щелочь вводится в
конденсат перед фильтрами.
Если в приборах абонентской систе-
мы не осуществляется переохлаждение
(ниже температуры насыщения) кон-
денсата, то в конденсатосборнике про-
исходит его самоиспарение, так как
давление в конденсатосборнике всегда
ниже, чем в приборах. Получающийся
пар должен отводиться из конденсато-
сборников. Целесообразно использовать
этот пар для нагревательных целей
(подогрев воды и др.). Если лар, отво-
димый из конденсатосборника, не мо-
жет быть использован из-за его низких
параметров, то давление его можно
44
Системы теплоснабжения
[ гл. 3*
повысить при помощи (пароструйного
компрессора. Такая схема показана на
фиг. 3-16. Пароструйный компрессор
отсасывает пар из конденсатосборника,
сжимает его от давления рн до давле-
ния рс и .подает для использования
в местную установку.
Паровые системы без возврата
конденсата
В некоторых случаях при использо-
вании -конденсата в абонентских уста-
новках для горячего водоснабжения
или при трудности сохранения чисто-
ты конденсата по условиям технологи-
ческого процесса, может оказаться ра-
циональным не возвращать конденсат
на ТЭЦ. При отказе от возврата кон-
денсата упрощаются и удешевляются
тепловая сеть (за счет конденсатспро-
вода) и абонентская установка (из-за
замены поверхностного подогрева сме-
шивающим) и экономится электроэнер-
гия на перекачку. Так как потеря кон-
денсата ко мп ен си р у етс я увел и ч ен и ем
производительности станционной водо-
подготовки, то возрастает начальная
стоимость станции и увеличиваются по-
тери котельной из-за повышения вели-
чины продувки котлов.
Проведенные исследования показы-
вают, что на теплоэлектроцентралях
среднего давления (30 ата) при удов-
летворительном качестве исходной сы-
рой воды (солесодержание ниже 250
мг/л) экономически целесообразно ис-
пользовать конденсат у абонентов для
горячего водоснабжения. В тех случа-
ях, когда давление пара в отборе тур-
бин значительно превышает требуемое
давление для абонентских установок, а
конденсат от абонентов не может быть
возвращен, можно при установке испа-
рителей сохранить конденсат на стан-
ции. Пар из отбора турбины поступает
в испаритель, в котором он через по-
верхность нагрева отдает тепло вто-
ричной воде, подаваемой из химводо-
очистки. Вторичный пар из испарителя
отводится по тепловой сети в абонент-
ские установки. Конденсат .-первичного
пара сохраняется на станции. Давле-
ние вторичного пара ниже давления
первичного пара. Разность температур
насыщения первичного и вторичного-
пара обычно составляет 12—15° С. На
фиг. 3-17 показана паровая система
без возврата конденсата. Все потреби-
тели тепла присоединяются, как пра-
вило, непосредственно, без промежу-
точн ых теп лоо б м енн иков. Кон д ен с ат
греющего пара используется для горя-
чего водоонабжения абонентов.
На узле А показана схема непо-
ср едственного пр исо единения вод я но й
отопительной установки к паровой се-
ти [Л. 80]. Пар из паропровода посту-
пает по линии / в струйный эжектор 2,
подсасывает воду из обратной линии 3
местной отопительной установки и по-
дает .подогретую воду в подающий сто-
як 4. Эжектор 2 создает циркуляцию'
воды в местной отопительной установ-
ке. Одновременно в эжекторе 2 произ-
водится частичный нагрев циркулирую-
щей воды. Дополнительный ее подогрев
производится в струйном подогревате-
ле 5, включенном на подающей линии
отопительной установки. В периоды
малых тепловых нагрузок (повышен-
ные наружные температуры), когда до-
полнительный подогрев воды не нужен,
пар в струйный подогреватель 5 не
Фиг. 3-17. Паровая система без возврата конденсата.
А—присоединение водяной отопительной установки: Б — присоединение паровой отопительной установки;
В — присоединение установки горячего водоснабжения.
§ 3-4]
Подстанции
45
подается. Если давление пара в паро-
проводе ниже статического давления
отопительной установки, эжектор и
струйный подогреватель должны уста-
навливаться в верхних точках здания.
Вследствие присадка конденсата уро-
вень воды в расширителе повышается.
Избыток воды из верхней части расши-
рителя отводится для горячего водо-
снабжения.
На узле Б показано присоединение
паровой отопительной установки. Кон-
денсат из отопительной установки по-
дается через ко1нденсатоотводчики 1 в
бак горячего водоснабжения. При низ-
ких давлениях пара конденсат стекает
самотеком в нижний сборный бак и из
него подается насосом на горячее во-
доен а бжени е. Ан алогично пр исоед и н я -
ют-ся вентиляционные установки и тех-
нологические аппараты.
Присоединение гор ячего в о доен а б -
жения к паровой сети производится
через сопловые смесители или барбо-
тажные подогреватели. На схеме В по-
казано присоединение горячего водо-
снабжения. Пар и водопроводная вода
поступают в сопловой подогреватель 1.
Из соплового подогревателя подогретая
вода поступает в бак горячей воды 2.
Для регулирования температуры воды
предусмотрен дополнительный подо-
грев в баке барботажным способом.
3-4. ПОДСТАНЦИИ
В современных крупных тепловых
сетях нередко сооружаются подстан-
ции.
Возникновение подстанций вызыва-
ется обычно неблагоприятным профи-
лем района, большой дальностью пе-
редачи тепла, высокой расчетной тем-
пературой воды в подающей линии,
прев ыш а ющей допустим ы й ур ов ен ь
для абонентских установок; необходи-
мостью значительного увеличения про-
пускной способности действующих теп-
ловых сетей, без их перекладки и др.
Схема подстанции и ее размещение в
сети определяются ее назначением, т. е.
задачей, которая должна быть решена
при помощи’ подстанции.
Подстанция не всегда является
единств ен н ым воз можн ым р ешен и ем
задачи. Во многих случаях тот же тех-
нический эффект может быть получен
Абоненть/ I Абоненты П
'Ф.НН / / НН
А
Фиг. 3-18. Схема сети с насосно-понизительной
подстанцией.
А—насосная установка на ТЭЦ; Б — насосная уста-
новка на подстанции; В—обратный клапан.
и другим путем, например при оснаще-
нии соответствующими устройствами
всех абонентских установок. В этом
случае подстанция заменяется много-
численными индивидуальными установ-
ками.
Преимуществом подстанции по срав-
нению с индивидуальными установка-
ми заключается, как правило, в цен-
трализованном управлении и упроще-
нии эксплуатации.
Все основное оборудование на под-
станциях оснащается приборами авто-
регулирования, а при отсутствии на
подстанции постоянного дежурного по-
ста также приборами дистанционного
контроля и управления. Основное обо-
рудование подстанций состоит в боль-
шинстве случаев из насосов, пароводя-
ных и водоводяных подогревателей,
приборов регулирования, управления и
контроля.
Рассмотрим некоторые схемы теп-
ловых сетей с подстанциями.
На фиг. 3-18 показана схема двух-
трубной водяной сети с насосно-пони-
зительной подст анци ей. П одета н ция
предназначена для уменьшения напора
(давления) в обратной линии тепловой
сети, а также увеличения расхода во-
ды и располагаемого напора (разности
напоров между подающей и обратной
линиями) у абонентов группы II, при-
соединенных к тепловой сети на конце-
вых участках, на значительном рас-
стоянии от ТЭЦ. При включении на-
соса Б на подстанции напор в точке 1
снижается, а напор в точке 2 растет.
Под действием разности напоров (дав-
лений) закрывается обратный кла-
пан В, установленный на обратной ли-
нии, и весь расход воды от абонентов
группы II проходит через насосы под-
станции. При выключении насосной
подстанции происходит обратная кар-
тина.
46
Системы теплоснабжения
[гл. 3
[X
3
Дб0НеН777Ь/ /
Фиг. 3-19. Схема сети с насосно-повыситель-
ной подстанцией.
А — насосная установка на ТЭЦ; Б—насосная уста-
новка на подстанции; В — обратный клапан.
#foffe//777e>/ JZ
ин
Абоненты /
НВ
Фиг, 3-21. Схема сети с насосно-подогрева
тельной подстанцией.
А — насосная установка на ТЭЦ; Б—насосная уста-
новка на по станции; В — подогревательная
установка на подстанции.
На фит. 3-19 'показана схема сети с
насосной подстанцией на подающей ли-
нии. Подстанция Б предназначена для
повышения напора в подающей линии
и располагаемого напора у абонентов
группы //, присоединенных в концевых
точках сети. На фит. 3-20 показано
включение смесительных подстанций Б
на ответвлениях от главной магистра-
ли сети. Смесительные подстанции воз-
никают в тех случаях, когда темпера-
тура воды в подающей линии В глав-
ной магистрали значительно превышает
температуру, допустимую для местных
систем.
На фиг. 3-21 показана схема сети с
насосно-подогревательной подстанцией.
Н ас ос но -.подогр ев а тел ьн ы е подст ан -
ции сооружаются в том случае, когда
по условиям рельефа или по другим
причинам группа абонентов II не мо-
жет быть присоединена по зависимой
схеме к общей водяной сети.
В поверхностных подогревателях В,
установленных на подстанции вода,
поступающая с ТЭЦ, нагревает вторич-
ную воду, циркулирующую через систе-
му теплоснабжения абонентов II. Та-
ким образом, система теплоснабжения
абонентов группы II гидравлически
изолирована от системы теплоснабже-
ния абонентов группы I.
В паровых системах теплоснабже-
ния надобность в подстанциях возни-
Фиг. 3-20. Схема сети с насосно-смеситель.
ными подстанциями.
А — насосная установка на ТЭЦ: Б — насосно-смеси-
тельная подстанция; В — подающая магистраль;
кает при необходимости снабжения
группы абонентов теплом в виде воды
для возврата конденсата с групповых
пунктов его сбора на ТЭЦ и в других
случаях.
3-5. ВОДОПОДГОТОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ
СЕТЕЙ
Подпиточная вода теплосетей долж-
на удовлетворять следующим основным
требованиям:
а) отсутствие накипеобразования и
шл а мовы деления в подогревателях,
трубопроводах и местных системах;
б) отсутствие коррозии металла.
При наличии непосредственного во-
доразбора подпиточная вода должна
согласно требованиям санитарного над--
зора соответствовать по всем показа-
телям, в том числе по цветности и за-
паху, питьевой воде.
Согласно ПТЭ1 подпиточная вода
теплосетей должна удовлетворять сле-
дующим нормам:
содержание кислорода не более
0,1 мг/л\ остаточная карбонатная жест-
кость не более 0,7 мг-экв!л\ содержа-
ние взвешенных веществ не более
5 мг/л.
Для защиты станционного оборудо-
вания, тепловых сетей и абонентских
установок от накипи и коррозии вода,
используемая для подпитии, должна
б ыть предв а р ител ьно соответств енно
обработана. Под обработкой подпиточ-
ной воды подразумевается удаление из
нее растворенных газов, главным об-
разом кислорода и угольной кислоты
(основных коррозионных агентов), и
создание таких условий, при которых
соли так называемой временной жестко-
сти, если таковые в воде' имеются, не
распадались в системе и не вызывали
образования накипи и шлама.
1 ПТЭ—Правила технической эксплуата-
ции электростанций и сетей [Л. 83].
§ 3-5]
Водоподготовка для тепловых сетей
47
Для (подпитка тепло-вых сетей дол-
жна применяться деаэрированная вода
(природная или умягченная содово-из-
вестковым, катионитовым или другим
методом) или же вода со стабилизиро-
ванной жесткостью.
Так как продувочная вода котлов
является мягкой, щелочной и не содер-
жит растворена ого кислорода, то она
без предварительной обработки (кроме
фильтрования через кварцевый фильтр)
может быть применена для подпитка
теплосети. Если одной продувочной во-
ды не хватит для подпитка, то недо-
стающее количество должно быть по-
полнено только умягченной химически
очищенной водой, не содержащей со-
лей временной жесткости. В противном
случае, т. е. при смешении щелочной
продувочной воды с водой, содержа-
щей соли временной жесткости, послед-
ние будут переходить в нерастворимые
соединения, выпадать и зашламлять
систему.
Если в качестве добавка к проду-
вочной воде применяется вода, содер-
жащая соли временной жесткости, то
необходимо предварительно смесь про-
дувочной и добавочной воды осветлять
путем .пропускания через шламовый от-
стойник. Вода должна подаваться в
сеть только после осветления.
Удаление растворенного в воде кис-
лорода производится путем термиче-
ской деаэрации или связывания кис-
лорода каким-либо восстановителем.
Наибольшее распространение в теп-
лофикационных системах имеет пер-
вый способ, который основан на
принципе уменьшения растворимости
кислорода в воде при ее нагревании.
В ы д е л ени е р аств ор ен н ого кисло рода
происходит при разбрызгивании воды
и нагреве ее до< кипения. J
Второй способ основан на принципе
св я з ыв ан и я р а ств ор енн ого кис ло р ода
химическим реагентом. Естественно,
что как сам реагент, вводимый в воду,
так и химическое соединение, получае-
мое после реакции с кислородом, дол-
жны быть совершенно безопасны в от-
ношении коррозии трубопроводов теп-
ловой сети и местных систем.
В качестве химического реагента
для деаэрации подпиточной воды обыч-
но применяется сульфит натрия — сер-
нисто-кислый натрий N'a2SO3. В этом
случае процесс химического связыва-
ния кислорода называется сульфатиро-
ванием. В результате реакции сульфи-
та натрия с кислородом образуется
сульфат натрия, безопасный в отноше-
нии коррозии трубопроводов. Реакция
происходит по формуле
2Na2SO3 + O2=2Na2SO4. (3-2)
На 1 кг кислорода, растворенного в
воде, расходуется 9—10 кг безводного
техн ич ес кого продукт а, со д ерж а щего
около 80% чистого сульфита натрия.
Широкого применения в тепловых
сетях метод сульфитирования не полу-
,чил из-за постоянного расхода реаген-
та и необходимости подогрева воды до
75—80° С, так как при более низкой
температуре реакция сульфита с кис-
лородом резко замедляется. В то же
время при подогреве воды до 100—
102° С осуществляется ее термическая
деаэрация при атмосферном давлении
без расхода реагента. Поэтому в на-
стоящее время сульфитирование при-
меняется только в тех установках, в ко-
торых возможен временами подсос воз-
духа в отдельных точках системы
из-за неустойчивости гидравлического
режима. Избыток сульфита, поддержи-
ваемый искусственно в сетевой воде,
связывает в этом случае кислород про-
никший в воду. Этим предупреждается
коррозия металла тепловой сети и ме-
стных систем.
При больших расходах подпиточ-
ной воды, имеющих место в открытых
системах теплоснабжения, нецелесооб-
разно сооружать сложные установки,
применяемые для обработки питатель-
ной воды паровых котлов (содоизвест-
кование, катиюнирование и др.). Для
этих условий могут быть использованы
более упрошенные, дешевые методы
в о доп о дготовки.
Уп р ощенн ые м ет оды во доп од готов -
ки приемлемы, конечно, только при
плотных станционных подогревателях,
в которых отсутствует подсос вторич-
ной воды в конденсат. При неплотных
подогревателях качество сетевой воды
должно быть тождественно качеству
конденсата, так как в противном слу-
чае при подсосе сетевой воды ухуд-
шится конденсат греющего пара. Поэ-
тому для открытых систем теплоснаб-
48
Система теплоснабжения
[гл. 3
жения одной из важных задач являет-
ся создание плотных пароводяных по-
догревателей, особенно для станций
в ыс окого давления, обор удов ан н ы х
прямоточными котлами.
Для открытых систем проф. С. Ф.
Копьевым был .предложен термический
метод обработки подпиточной воды
[Л. 46]. По своей идее этот метод обра-
ботки позволяет без больших капиталь-
ных затрат и без применения специаль-
ных химических реагентов получать
умягченную, деаэрированную воду. В
основу этого метода положен принцип
создания в воде равновесной системы
между бикарбонатами и угольной кис-
лотой. Бикарбонатные соли кальция и
магния, составляющие временную жест-
кость воды [Са(НСО3)2 -и Mg(HCO3)2],
не распадаются с образованием карбо-
натов, если в воде имеется так назы-
ваемая равновесная угольная кислота.
При нагревании равновесная угольная
кислота из воды удаляется, и бикар-
бонаты кальция и магния разрушаются
с образованием плохо растворимых
карбоната кальция (СаСО3) и гидрата
окиси магния Mg(OH)2, образующих
накипь или шлам.
Процесс распада бикарбоната про-
исходит по формулам
Са(НСО3)2^СаСО34СО9+Н2О; (3-3)
Mg(HCO3)2^MgCO34CO24H2O.
(3-4)
Карбонат магния MgGO3 подверга-
ется затем гидролизу с образованием
гидрата окиси магния и угольной кис-
лоты. Реакция идет по формуле
MgCO34-H2O->Mg(OH)24-CO2. (3-5)
При разложении 1 000 мг-экв каль-
циевой жесткости на каждые 28 г СаО
выделяется 22 г СО2, а при разложе-
нии 1 000 мг-экв магниевой жесткости
на каждые 20 г MgO выделяется 44 г
СО2. Выделившаяся угольная кислота,
находясь в равновесии с оставшимися
бикарбонатами (при высокой темпера-
туре воды), должна предотвращать
дальнейший их распад в трубопрово-
дах тепловой сети. Условие равновесия
стабилизированной бикарбонатной же-
сткости и угольной кислоты, растворен-
ных в воде, определяется уравнением
уу 3
СО2--= -у- мг/л, (3-6)
где Нк — конечная стабилизированная
карбонатная жесткость,
мг-экв/л',
k — коэффициент, зависящий от
температуры воды.
В следующей ниже таблице при-
ведены значения k = f (/)
Температура воды t, °C 20 40 60 80 100 120
k 3,6 1,9 1,1 0,61 0,36 0,19
С повышением темпер атуры коэф-
фициент k падает и, следовательно, ра-
стет количество углекислоты, требую-
щееся для стабилизации временной
жесткости. Поэтому при повышении
температуры воды выше температуры
с та б и лиз а ции в оз м о ж н о- д оп о л н и те л ь -
ное разложение бикарбонатов кальция
и магния и выпадение карбонатной на-
кипи.
Зависимость между начальной же-
сткостью воды до обработки и конеч-
ной (стабилизированной) может быть
представлена уравнением
Н*
(Нн-Нк)а^-^-мг1л (3-7)
где Нн — начальная жесткость воды,
мг-экв/л\
а — количество выделяющейся
угольной кислоты при распа-
де бикарбонатов, мг/мг-экв.
Для кальциевой жесткости
для магниевой жесткости
мг-экв/л ’
На фиг. 3-22 показана зависимость
для кальциевой жесткости
при различных температурах стаби-
лизации воды. Поскольку при терми-
ческой стабилизации значительное
количество солей временной жестко-
сти остается в воде, то норма ПТЭ
по остаточной карбонатной жесткости
(не более 0,7 мг-экв/л) при этом ме-
тоде обработки воды не всегда выдер-
живается.
§ 3-5]
Водоподготовка для тепловых сетей
49
Фиг. 3-22. Зависимость между начальной и
конечной жесткостью воды при термической
стабилизации.
Нк — начальная жесткость;
Нк — конечная жесткость.
При термической стабилизации сы-
рую воду, пред1наз1начен1ную для под-
питка тепловой сети, предварительно
пропускают через пленочный деаэра-
тор, где она разбрызгивается и нагре-
вается до кипения. Вследствие этого
происходит удаление из нее свободной
угольной кислоты, и часть бикарбона-
тов кальция и магния распадается с
образованием карбонатного шлама и
новой угольной кислоты, которая, как
указывалось выше, должна находиться
в равновесии с оставшимися бикарбо-
натами (при высокой температуре во-
ды) и предотвращать дальнейший их
распад в трубопроводах тепловой сети.
В пленочном деаэраторе происходит
удаление не только угольной кислоты,
но и растворенного в воде кислорода,
благодаря чему предотвращается кор-
розия металла трубопроводов.
На фиг. 3-6 показана схема уста-
новки для термической обработки под-
питочной воды. Установка состоит из
двух аппаратов: пленочного деаэрато-
4 Е. Я. Соколов.
ра и отстойника шлама. Сырая вода
поступает в пленочный подогреватель
через сопло 1 и нагревается в подогре-
вателе до кипения.
В воде, выходящей из отстойника,
имеется остаточная карбонатная жест-
кость находящаяся в равновесии с
угольной кислотой. Остаточная жест-
кость может выпасть из воды в виде
накипи только при температурах по-
догрева, превышающих температуру
деаэрации.
В деаэратор целесообразно направ-
лять также продувочную воду котлов.
Едкий натр, содержащийся в проду-
вочной воде, умягчает воду, чем пред-
отвращается возможность накипеобра-
зования. Реакция идет по формуле
2NaOH-|- Са (НСО3)2->СаСО3+
+Na2CO34-2H2O. (3-8)
СаСО3 выпадает в виде осадка,
а полученная сода (Na2CO3) реагирует
с сернокислым и хлористым кальцием,
растворенными в воде, и дополни-
тельно умягчает воду. Реакция идет
по формулам
Na2CO3-j-CaSO4—>СаСО3 + Na2SO4; (3-9)
Na2CO3+CaCl2->CaCO3+2NaCl. (3-10)
Каждые 20 г едкого натра, введен-
ные с продувочной водой, высаживают
из обрабатываемой воды 50 г каль-
циевых солей, что эквивалентно сниже-
нию жесткости воды на 1 000 ляг-экв.
Наиболее слабым элементом в опи-
санной установке термической стаби-
лизации является шламовый отстойник
вследствие трудности образования в
нем шламового слоя и удерживания
частиц шлама во взвешенном состоя-
нии. Малейшие изменения температур-
ного режима или нагрузки установки
приводят к перемешиванию шлама с
осветленной водой и выносу его в теп-
ловую сеть. Для улавливания шлама
приходится устанавливать после шла-
мового отстойника закрытые кварце-
вые фильтры. Так как скорость филь-
трования мала, порядка 5—10 м!час,
то установка получается громоздкой.
Необходимость частой промывки филь-
тров от шлама, осаждающегося на по-
верхности зерен наполнителя, услож-
няет эксплуатацию.
50
Система теплоснабжения
[гл. 5
Эффективность термической стаби-
лизации зависит в значительной мере
от качества исходной воды. Снижение
временной жесткости при термической
стабилизации не гарантирует тепловые
сети и абонентские системы от загряз-
нений накипью и шламом. Поэтому
возмо жн ость немо л ьзов ан и я мет од а
термической стабилизации должна в
каждом отдельном случае предвари-
тельно проверяться опытным путем.
При малой временной жесткости, а
также при высокой окисляемости сы-
рой воды накипь из нее не выпадает
даже при подогреве ее до 100° С, так
как наличие органических соединений
тормозит процесс распада бикарбона-
тов. В этих условиях отпадает необхо-
димость в искусственной стабилизации,
так как такая вода стабильна по своей
природе и водоподготовка сводится
только к деаэрации и стерилизации,
что достигается подогревом воды до
100° С и фильтрованием. Природно-
стабилизированная вода имеется в
Ленинграде, Свердловске, Иванове и
других городах.
Для стабилизации жесткости под-
питочной воды возможно применение
и других методов: обработка серной
или соляной кислотой, присадок орга-
нических веществ, фосфатное импфиро-
вание, но все эти методы связаны с не-
прерывным постоянным расходом хи-
мии ески х р еактивов.
При кислотной обработке в подпи-
точную воду вводят некоторое расчет-
ное количество кислоты. При этом
часть временной жесткости переходит
в постоянную, а выделившаяся уголь-
ная кислота стабилизирует остаточную
временную жесткость. Реакция проис-
ходит по формулам:
Са (HCO3)2+H2SO4->CaSO4+
+2СО2+2Н2О; (3-11)
Mg (HCO3)2+H2SO4->MgSO4+
+2СО24-2Н2О. (3-12)
Для перевода 1 000 мг-экв времен-
ной жесткости в постоянную затра-
чивается 49 г чистой серной кислоты.
При этом выделяется 44 г угольной
кислоты.
При химической стабилизации,
так же как и при термической ста-
билизации, зависимость Н = f(HH)
может быть определена по уравне-
нию (3-7).
Ан алогичный эффект достигается
при присадке к подпиточной воде сер-
нокислого алюминия А12 (SO4) з. При
этом также происходит частичный пе-
ревод временной жесткости в постоян-
ную, а выделяющаяся угольная кисло-
та дополнительно стабилизирует би-
карбонатную жесткость, оставшуюся в
воде. Одновременно с процессом ста-
билизации происходит коагуляция во-
д ы. Кол л Ондон о - д исп ерсн ые в еществ а
органического и минерального проис-
хождения, находящиеся в воде, обра-
зуют крупные хлопья, которые легко
задерживаются при -^фильтровании, и
вода, прошедшая фильтр, осветляется
[Л. 81].
Принципиальная схема такой уста-
новки показана на фиг. 3-23. Водаг
подлежащая обработке, проходит че-
рез водоводяной теплообменник /, где
она частично нагревается; затем она
подводится в деаэратор 2, где за счет
подогрева и продувки паром давлени-
ем 1,2 ата деаэрируется. Из деаэратора
вода поступает в аккумулятор 5, из ко-
торого забирается подпиточным насо-
сом 4 и подается через кварцевый
фильтр 5 в тепловую сеть. По пути
между аккумулятором 3 и фильтром 5
в воду дозируется раствор сернокисло-
го алюминия. Взаимодействие серно-
кислого алюминия с солями временной
жесткости происходит по формулам:
3Ca(HCO3)24-Al2(SO4)3 =
=2 Al (OH)3+3CaSO4+6CO2; (3-13)
3Mg(HCO3)2+Al2(SO4)3=
= 2A1 (OH)34-3MgSO44-6CO2. (3-14)
На каждые 1 000 мг-экв временной
жесткости, переведенной в постоянную,
затрачивается 57 г безводного серно-
кислого алюминия или 110 г техниче-
ского продукта А12(5О4)з- 18Н2О и вы-
деляется 44 г угольной, кислоты.
При невысоких температурах воды
можно присадкой небольших количеств
фосфата натрия (гексаметафосфат нат-
рия, тринатрийфосфат, супе,рфосфат)
предупредить выпадение солей времен-
ной жесткости. Фосфаты образуют на
поверхности микрокристаллов углекис-
§ 3-6]
Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения
51
^Фиг. 3-23. Принципиальная схема водоподготовки
со стабилизацией воды сернокислым алюминием.
1 —теплообменник; .2— деаэратор; 3 — аккумулятор; 4—подпитом
ный насос; 5 — кварцевый фильтр; 6— диафрагма; 7 — шайбовые
дозеры; 8— фильтр для раствора; 9— бак для раствораикоагуля-
тора; 10— водомер; 11 — авторегулятор.
трехтрубных водяных сис-
тем. Одна из подающих ли-
ний системы используется
для удовлетворения нагруз-
ки повышенного потенциала.
В промышленных районах,
располагающих большими
ресурсами отходящей теплой,
воды, рационально приме-
нять открытые водяные си-
стемы с непосредственным
разбором воды из сети для
горячего водоснабжения. В
гех случаях, коода основной
тепловой нагрузкой района
является технологическая
нагрузка повышенного по-
тенциала, а сезонная тепло-
лого кальция и .магния пленку, препят-
ствующую росту кристаллов и выпаде-
нию их из воды в виде накипи и шла-
ма.
Метод фосфатного импфирования
дает удовлетворительные результаты
при температуре воды не выше 80° С,
временной жесткости не выше
6 мг-экв/л и дозировке фосфатов в ко-
личестве 2—3 мг Р2О5 на 1 л воды.
3-6. ВЫБОР ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Выбор теплоносителя и системы
теплоснабжения определяется техниче-
скими и экономическими соображения-
ми и зависит главным образом от ха-
рактера теплового источника и вида
тепловой нагрузки. Рекомендуется ма-
ксимально упрощать систему тепло-
снабжения. Чем система проще, тем
она дешевле в сооружении и надежнее
в эксплуатации. Наиболее простые ре-
шения дает применение единого тепло-
носителя для всех видов тепловой на-
грузки.
Если тепловая нагрузка района со-
стоит только из отопления, вентиляции
и горячего водоснабжения, то при теп-
лофикации применяется обычно двух-
трубная водяная система. В тех случа-
ях, когда, кроме отопления, вентиляции
и горячего водоснабжения, в районе
имеется также небольшая техноло-
гическая нагрузка, требующая тепла
повышенного потенциала, при тепло-
фикации р ацион ал ьно применение
вая нагрузка невелика, в ка-
честве теплоносителя применяется
обычно пар.
При выборе системы теплоснабже-
ния и параметров теплоносителя учи-
тываются технические и экономические
показатели по всем элементам систе-
мы: станции, сети, абонентским уста-
новкам. Энергетически вода выгоднее
пара. Применение ступенчатого подо-
грева воды на станции позволяет полу-
чать при воде высокую степень исполь-
зования отработавшего пара низкого
давления. При повышении степени ис-
пользования пара из отбора низкого
давления возрастает комбинированная
выработка электрической энергии на
базе теплового потребления и увеличи-
вается экономия топлива. При паровых
системах вся тепловая нагрузка покры-
вается обычно паром повышенного дав-
ления. Применение струйной компрес-
сии на станции дает возможность ча-
стично использовать отработавший пар
низкого давления, что повышает эко-
номичность паровых систем. Однако
даже в этом случае степень использо-
вания пара низкого давления в паро-
вых системах ниже, чем в водяных.
Основные преимущества воды как
теплоносителя по сравнению с паром:
1) сохранение конденсата на стан-
ции; это имеет особенно важное значе-
ние для станций высокого давления;
2) возможность центрального регу-
лирования основной тепловой нагруз-
ки путем изменения температурного
или гидравлического режимов;
3) более высокий к. п. д. вследст-
52
Система теплоснабжения
[гл. 3
вие отсутствия в абонентских установ-
ках потерь конденсата и пара, имею-
щих место в паровых системах;
4) повышенная аккумулирующая
способность водяной системы.
Основные недостатки воды как теп-
лоносителя:
1) большие расходы электроэнергии
на перекачку по сравнению с расходом
электроэнергии на перекачку конден-
сата в паровых системах; этот недоста-
ток воды имеет существенное значение
только в тех случаях, когда теплоснаб-
жение ведется от котельных; при теп-
лофикации перерасход электроэнергии
на перекачку воды перекрывается выи-
грышем на ’комбинированном произ-
водстве электроэнергии на станции,
так как из-за гидравлических потерь
в сети давление пара на станции в па-
ровых системах должно быть выше,
чем в водяных;
2) большая чувствительность к ава-
риям; утечки теплоносителя из паро-
вых сетей вследствие значительных
удельных объемов пара во много (по-
рядка 20—40) раз меньше, чем в водя-
ных системах; при небольших повреж-
дениях паровые сети могут продолжи-
тельно оставаться в работе, в то-время
как водяные системы требуют оста-
новки;
3) большой вес теплоносителя и
жесткая гидравлическая связь между
всеми точками системы, что сопряже-
но с опасностью превышения допусти-
мых давлений в концевых и понижен-
ных точках системы.
По условиям удовлетворения теп-
лового режима абонентских установок,
определяемого средней температурой
теплоносителя в абонентских теплооб-
менниках, вода и пар могут считаться
равноценными теплоносителями. Коэф-
фициенты теплоотдачи от воды и пара
к стенке примерно одинаковы. Задан-
ная средняя температура прибора або-
нентской системы может быть, как пра-
вило, выдержана как при паре, так и
при воде. Только в особых случаях,
когда пар используется непосредствен-
но для технологического процесса (об-
дувка, пропарка и т. д.), он не может
быть заменен водой.
При теплофикации при средней тем-
пературе теплоносителя в теплообмен-
ном аппарате до 100—110° С преиму-
щественно применяется вода, а при
средней температуре теплоносителя
110—150° С преимущественно приме-
няется пар при давлении 6—8 ата.
При теплоснабжении от центральных
котельных пар имеет значительное при-
менение и при тепловых нагрузках низ-
кого потенциала.
Серьезное значение имеет правиль-
ный выбор параметров теплоносителя.
При теплоснабжении от центральных
котельных рационально выбирать наи-
более высокие параметры теплоносите-
ля, допустимые по условиям техники
транспорта тепла по сети и использо-
вания его в абонентских установках.
Повышение параметров теплоносителя
приводит к уменьшению диаметров теп-
ловой сети и снижению расходов по
перекачке (при воде).
При теплофикации необходимо учи-
тывать влияние параметров теплоно-
сителя на экономику станций. Особен-
но внимательно следует подходить к
решению этого вопроса при теплофи-
кации промышленных районов. Боль-
шинство работающих технологических
аппаратов рассчитано на паровой обо-
грев. Требующееся для них давление
пара, как правило, не унифицировано.
В этих вопросах часто довлеют укоре-
нившиеся традиции работать с запа-
сом. Нередко требование предприятий
на подачу пара повышенных парамет-
ров определяется не условиями техно-
логического процесса, а случайными
местными обстоятельствами, например
большим падением давления во внут-
ризаводских сетях. Путем «расшивки»
узких мест в абонентских системах ча-
сто удается заметно снизить требуемое
давление пара на вводе.
§ 4-2]
Основные расчетные зависимости
53
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
4-1. ЗАДАЧА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
РАСЧЕТА
Гидравлический расчет является од-
ним из важнейших разделов проекти-
рования и эксплуатации тепловой сети.
В задачу гидравлического расчета
входит:
1) определение диаметров трубо-
проводов;
2) определение падения давления
(напора);
3) установление пропускной способ-
сти трубопроводов;
4) установление величин давлений
(напоров) в различных точках сети;
5) увязка всех точек системы при
статическом и динамическом режимах
с целью обеспечения допустимых дав-
лений и требуемых напоров в сети и
абонентских системах.
Результаты гидравлического расче-
та дают исходный материал для:
1) определения капиталовложений,
расхода металла (труб) И основного
объема работ по сооружению тепловой
сети;
2) установления характеристик цир-
куляционных и подпиточных насосов,
количества насосов и их размещения;
3) выяснения условий работы теп-
ловой сети и абонентских систем и вы-
бора схем присоединения абонентских
установок к тепловой сети;
4) выбора авторегуляторов для теп-
ловой сети и абонентских вводов;
5) разработки рациональных режи-
мов эксплуатации.
4-2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ
ЗАВИСИМОСТИ
Падение давления в горизонталь-
ном трубопроводе может быть пред-
ставлено как сумма двух слагаемых:
линейного падения и падения в ме-
стных сопротивлениях
ДР = ДРл + ДРлР (4-1)
где Дрл— линейное падение давления;
Др —падение давления в местных
сопротивлениях.
Линейное падение Дрл представляет
собой падение давления на прямолиней-
ных участках трубопровода. Падение
давления в местных сопротивлениях
Дрл — это падение давления в арма-
туре (вентилях, задвижках, кранах
и т. д.) и других элементах оборудо-
вания (отводах, коленах, шайбах, пе-
реходах и т. п.), не размещенных
равномерно по длине трубопровода.
Линейное падение. Линейное па-
дение давления в трубопроводе опре-
деляется по формуле
= (4-2)
где Дрл — линейное падение давления
на участке, кг)м2;
Ra — удельное линейное падение
давления, т. е. линейное
падение на единицу длины
трубопровода, кг1м2лт,
I — длина трубопровода, м.
Исходной формулой для определе-
ния удельного линейного падения дав-
ления в трубопроводе является урав-
нение Д‘Арси:
Ra - к 1 = 1,625 Л кг1м2м,
л 2g a 1
(4-3)
где Я — коэффициент гидравлического
трения (безразмерная вели-
чина);
w— скорость движения теплоно-
сителя, MjceK\
g — ускорение свободно падаю-
щего тела, 9,81 м]сек2}
у— удельный вес транспортируе-
мой среды, кг1м3\
d — внутренний диаметр трубы, м\
G — расход теплоносителя, кг1сек.
В области ламинарного движения
коэффициент гидравлического трения!
независимо от характера внутренней
поверхности трубопровода может быть
определен по формуле Пуазейля:
л=> • <4-4)
ТГ о ГЛ wd
Критерии Re — —, где v— кине-
матическая вязкость транспортируе-
мой среды, м2!сек. Значения кинема-
54
Гидравлический расчет
[ гл. 4
тической вязкости воды и пара при-
ведены в приложениях 9 и 10. Если
подставить приведенное выше значе-
ние Л в формулу Д‘Арси, то получится
следующее выражение для удельного
линейного падения давления при лами-
нарном движении:
(4-5)
Как видно «из выражения (4-5), удель-
ное падение давления при ламинарном
движении пропорционально первой сте-
пени расхода и обратно пропорцио-
нально диаметру трубопровода в чет-
вертой степени.
В технике теплоснабжения с лами-
нарной формой движения можно встре-
титься довольно редко. Ламинарное
движение имеет место в пленочных
теплообменниках, при стекании воды
или конденсатной пленки под дейст-
вием силы тяжести; в трубчатых тепло-
обменниках при малых скоростях дви-
жения воды внутри трубок аппарата.
При транспорте тепла, как прави-
ло, имеет место турбулентное движе-
ние теплоносителя по трубопроводам.
В области турбулентного движения за-
кономерность протекания коэффициен-
та гидравлического трения зависит от
характера внутренней поверхности тру-
бопровода.
В настоящее время принято разли-
чать «гладкие» и «шероховатые» по-
верхности. Такое различие в действи-
тельности не абсолютное, а относитель-
ное. Дело в том, что одна и та же
стенка трубы 1мюжет вести себя в одних
условиях движения как гладкая по-
верхность, а в других—как шерохова-
тая. Однако некоторые трубы могут
считаться гладкими во всей области
их практического применения. К таким
технически гладким трубам относятся
цельнотянутые медные, латунные и
стеклянные трубы.
Из опытов с такими трубами мож-
но вывести закон сопротивления для
гладких труб.
Блазиус путем обработки многочис-
ленных чужих и собственных экспери-
ментов установил 'Следующее выраже-
ние для коэффициента гидравлическо-
го трения 2 гладких труб при турбу-
лентном движении для значений кри-
терия Рейнольдса ниже 100 000:
X = 0,3164 Re~°'25 . (4-6)
Последующие проверки показали,
что формула Блазиуса дает особенно
точные результаты при значениях кри-
терия Рейнольдса от 10 000 до 100 000.
При значениях критерия Рейнольдса
100 000 формула Блазиуса дает
заниженные значения коэффициента
гидравлического трения В этой об-
ласти более точные значения дает фор-
мула, предложенная Никурадзе:
Л = 0,0032+ (4-7)
Если подставить уравнение Блази-
уса в формулу Д'Арси, то получится
следующее выражение для удельного
линейного падения давления в гладких
трубах «при турбулентном движении:
Ra = 0,3164 >°’25^У- =
пос .-1.Т5
= 0'485* кг'л,гл|-(4'8’
Как видно из формулы (4-8), удель-
ное линейное падение давления в глад-
ких трубах при турбулентном движе-
нии пропорционально расходу в степе-
ни 1,75 и обратно пропорционально
диаметру в степени 4,75.
На фиг. 4-1 показана зависимость
коэффициента трения гладких труб от
критерия t/?e. В области ламинарного
движения коэффициент гидравлическо-
го трения круто падает с ростом числа
Рейнольдса. При переходе движения
из ламинарной формы в турбулентную
коэффициент гидравлического трения
возрастает скачком. В области турбу-
лентного движения коэффициент гид-
равлического трения гладких труб так-
же падает с ростом критерия Рейнольд-
са. Однако в турбулентной области
зависимость l — f (Re) имеет более
пологий характер, чем в ламинарной
области.
Гладкие трубы в технике теплоснаб-
жения имеют ограниченное примене-
ние, встречаясь главным образом в
тепл ооб м ен н ых апп ар ата х. Основн о е
применение для транспорта тепла име-
ют шероховатые стальные трубы.
§ 4-2]
Основные расчетные зависимости
55
С закономерностями для гидравли-
ческого сопротивления шероховатых
труб дело обстоит значительно слож-
нее, чем с гладкими трубами. Чрезвы-
чайно р азн о ха р актерн а я шерохов а -
тость поверхностей работающих тру-
бопроводов долгое время не позволяла
установить общие закономерности, не-
смотря на наличие большого опытного
материала. Поэтому шероховатость по-
верхности оценивалась обычно «описа-
тельной характеристикой». Говорили о
чугунных, бетонных, железных, дере-
вянных трубах и т. д. Для каждой та-
кой трубы подбирались опытные зави-
симости для падения давления.
С целью обобщения закономерно-
стей, установленных опытным путем
для падения давления в шерохо-
ватых трубах, было предложено уста-
новить количественную оценку степени
шероховато сти. Шер охов атую п сверх -
ность можно представить состоящей из
ряда элементарных выступов высотой k
(фиг. 4-2). В качестве первого харак-
теристического параметра шероховато-
сти было предложено принять высоту
в ыступ а шерохов ато сти, н а з ыв а ему ю
абсолютной шероховатостью стенки.
Абсолюта а я шероховатость трубопро-
водов весьма незначительна. Абсолют-
ная шероховатость большинства рабо-
тающих стальных трубопроводов со-
ставляет в зависимости от технологии
изготовления труб и условий эксплуа-
тации от 0,05 до 2 мм. В качестве вто-
рого хар актер истичеюкого пар аметр а
может быть принято отношение абсо-
лютной шероховатости к
радиусу трубопровода у
называемое относитель-
ной шероховатостью.
Естественно, что вели-
чина абсолютной и отно-
сительной шероховатостей
не дает исчерпывающей
х ар акте р истики по в е р х -
ности трубопровода. Кро-
ме высоты выступа шеро-
ховатости, имеет значение
частота выступов — шаг
шероховатости, форма вы-
ступа и т. д. В настоящее
время еще не установлено
исчерпывающих показа-
телей, которыми можно
было достаточно полно характеризо-
вать пов ер хно сти труб опр оводов.
Можно представить себе два ви-
да шероховатостей —равномерную и
неравномерную. При равномерной ше-
роховатости все выступы имеют оди-
наковые высоту и шаг. При неравно-
мерной шероховатости высота и шаг
выступов не постоянны. Стальные, чу-
гунные, бетонные и другие трубы, при-
меняемые в технике, имеют, как пра-
вило, нер авномерную шероховатость.
Равномерная шероховатость в трубо-
проводах может быть создана только
искусственно, например путем наклей-
ки на внутренней поверхности труб
песчинок, просеянных через сита оди-
наковых номеров.
Фиг. 4-2. Разрез шероховатой
стенки.
На фиг. 4-3 приведены результаты
исследования стальных труб, прове-
денного Г. А. Муриным в лаборатории
теплофикации ВТИ [Л. 72].
При малых Re коэффициент гид-
равлического трения 2 имеет макси-
мальное значение. С увеличением Re
коэффициент fгидравлического трения
монотонно уменьшается и при неко-
тором значении Re = Re достигает
минимальной величины. При дальней-
шем увеличении Re коэффициент гид-
56
Гидравлический расчет
[гл. 4
Фиг. 4-3. Зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от числа
Рейнольдса и относительной шероховатости стенки.
равлического трения 2 остается по-
стоянным. При 2 300</?е</?елр, т.е.
в так называемой переходной области
коэффициент гидравлического трения 2
зависит как от относительной шеро-
. k
ховатости трубопровода так и от
значения критерия Re. Для этой об-
ласти достаточно хорошее совпадение
с экспериментальными данными дает
формула для коэффициента гидрав-
лического трения, предложенная
А. Д. Альтшулем [Л. 6, 113]:
1=»•1 (4+• <4-9)
При Re >Ле коэффициент гид-
равлического трения 2 зависит только
от относительной шероховатости тру-
бопровода у. В этой области имеет
место квадратичная -зависимость па-
дения давления в трубопроводе от
расхода.
Для квадратичной области, т. е.
при Re>Renp, хорошее совпадение
с экспериментальными данными дает
формула для коэффициента гидравли-
ческого трения, предложенная проф.
Б. Л. Шифринсоном [Л. 117]
, / k \0’25
* = 0,11(1) . (4-10)
§ 4-2]
Основные расчетные зависимости
Если приравнять значение коэффи-
циента гидравлического трения по
Альтшулю (4-9) значению коэффи-
циента гидравлического трения по
Шифринсону (4-10), то из указанного
равенства может быть найдено значе-
ние критерия Renp, соответствующего
границе между переходной и квадра-
тичной областями.
^., = 218 4. (4-11)
Таким образом, при /?е<218-^-
коэффициент гидравлического трения
должен определяться по формуле
Альтшуля (4-9), а при /?е>218 ~— по
формуле Шифринсона (4-10). При Re~
=218 у обе формулы дают совпадаю-
щие результаты. Чем меньше относи-
тельная шероховатость, тем при боль-
ших значениях Re начинается область
квадратичного закона.
Из выражения (4-11) может быть
получено значение предельной ско-
рости w , т.е. скорости потока, при
которой наступает область квадратич-
ного закона
w =218 4— . (4-12)
пр k сек v 7
Как видно из выражения (4-12),
величина предельной скорости wnp
зависит только от кинематической
вязкости жидкости v, шероховатости
стенки трубы k и не зависит от диа-
метра трубы.
При скорости потока w</wnp тече-
ние находится в переходной области,
при w > wnp течение проходит в обла-
сти квадратичного закона.
В табл. 4-1 приведены значения
предельной скорости для воды и во-
дяного пара.
Так как в тепловых сетях скорость
воды обычно больше 1 м/сек, а ско-
рость пара больше 30 м/сек, то тепло-
вые сети, как правило, работают в
квадратичной области. Переходная об-
ласть течения в тепловых сетях может
иметь место только при очень малых
расходах теплоносителя, малой шеро-
ховатости трубопроводов (k = 0,2 мм),
невысоких температурах воды (ниже
Таблица 4-1
Предельная скорость wnpt м/сек
Теплоноситель Параме- тры те- плоноси- теля Шероховатость, мм
0,2 0,5 1,0 2,0
Вода t = 0°С 1,95 0,76 0,38 0,19
t = 50°С 0,6 0,22 0,11 0,055
t = 75°С 0,43 0,175 0,09 0,043
t = юо°с 0,33 0,13 0,07 0,033
Водяной пар, t = 100°С 22 16 4,3 2,2
р = 1 ата t = 150°С 30 12 6 3,0
t = 200°С 39 15 7,6 3,8
Водяной пар, t = 160°С 6 2,5 1,3 0,6
р = 5 ата t - 200° С 7,6 3,1 1,5 0,76
t = 250°С 9,6 3,8 1,9 1,0
Водяной пар, t = 180°С 3,0 1,3 0,65 0,33
р = 10 ата t = 200°С 3,8 1,5 0,76 0,38
t = 250°С 4,7 1,9 0,93 0,46
t = 300°С 5,4 2,2 1,1 0,55
50° С) и низких давлениях пара (близ-
ких к 1 ата).
Для транспорта тепла имеют ис-
кл ючител ьное пр им ен ение стал ьн ые
трубы. «Руководящие указания по про-
ектированию тепловых сетей» [Л. 85]
рекомендуют при гидравлическом рас-
чете водяных и паровых сетей прини-
мать абсолютную шероховатость k =
= 2 • 10~4 м. Однако материалы гидрав-
лического испытания показывают, что
действительная шероховатость рабо-
тающих водяных сетей и конденсато-
проводов значительно выше величины,
рекомендуемой «Руководящими указа-
ниями». Значение абсолютной шерохо-
ватости паропроводов достаточно близ-
ко к величине, рекомендуемой «Руко-
водящими указаниями». При выборе
расчетного значения k необходимо учи-
тывать неизбежное увеличение шеро-
ховатости стальных трубопроводов в
условиях эксплуатации.
На основе имеющихся материалов
гидравлических испытаний тепловых
сетей и водопроводов можно рекомен-
довать следующие значения абсолют-
ной шероховатости для гидравлическо-
го расчета тепловых сетей:
Паропроводы.................^ = 2-10~4л€
Водяные сети в условиях нор-
мальной эксплуатации . . . . & = 5-10“4
Конденсатопроводы.............k= 1-10~з
Формулу (4-12) для линейного па-
дения давления в квадратичной обла-
58
Гидравлический расчет
[гл. 4
сти можно привести к виду, более
удобному для практических расчетов,
и дать в нескольких модификациях
для различных задач расчета.
В нижеследующей сводке приве-
дены формулы для гидравлического
расчета шероховатых труб в области
квадратичного закона. Во всех фор-
мулах, данных в сводке, расход G
выражен в кг\сек, удельный вес у в
ягг/ле3, абсолютная шероховатость k и
диаметр d вм, удельное линейное паде-
ние давления Нл в кг1м2м, ускорение сво-
бодно падающего тела ^ = 9,81 м)сек2.
Сводка формул для гидравлического
расчета стальных трубопроводов
Удельное линейное падение давле-
ния
р___п 0894^° 25^2 — — А кг
Кл—и,и»У4^5>25 м2м — Ar ^5>25 м2м.
(4-13)
Диаметр трубопровода
rf = 0,63
^0,05^>0,38
№)0119
м = А.
а
^0,38
(W9
м.
(4-14)
Пропускная способность трубопровода
0 = 3,35
(«лй1)0,5^2'625
*0.125
кг!сек —
= ^О(/?Л7)0-5^2’625 кг/сек. (4-15)
В частном случае, для воды при
y=const вышеприведенные формулы
удобно записать в виде:
<4-1за>
г0,38
а = (4-14а)
G = A^R^d2^25 кг/сек, (4-15а)
Для облегчения гидравлического
расчета на фиг. 4-4—4-6 приведены
номограммы для паровых и водяных
«сетей. «
Местное падение. Падение давле-
ния в одиночном местном сопротивле-
нии определяется по формуле
— — 1,625?2i73J Ifi'
(4-16)
где С — коэффициент местного сопро-
тивления— безразмерная вели-
чина, зависящая от характера
сопротивления.
Значения остальных буквенных
обозначений те же, что в формуле (4-3).
При наличии на участке трубопро-
вода ряда местных сопротивлений сум-
марное падение давления во всех мест-
ных сопротивлениях определяется по
формуле
Г = 1.625U w -2,
(4-17)
где 2Х—сумма коэффициентов мест-
ных сопротивлений, установ-
ленных на участке.
Если представить прямолинейный
трубопровод диаметром d, линейное
падение давления на котором равно
падению давления в местных сопро-
тивлениях, то длина такого участка
трубопровода, называемая эквивалент-
ной длиной местных сопротивлений,
может быть, очевидно, найдена из
равенства
= (4-18)
ИЛИ
W2 - W2 7 .
откуда
= (4-19)
Как видно из выражения (4-19),
эквивалентная длина местных сопро-
тивлений пропорциональна диаметру
трубопровода и сумме коэффициентов
местных сопротивлений и обратно про-
порциональна коэффициенту гидравли-
ческого трения трубопровода.
При подстановке в выражение (4-19)
значения коэффициента гидравличе-
ского трения по Шифринсону формула
для эквивалентной длины местных со-
противлений приводится к виду:
Z3 = 9’1^tS-^ = 4-W1,25 м- (4-20)
§ 4-2]
Основные расчетные зависимости,
59
Как видно (Из приведеиных формул,
эквивалентная длина местных сопро-
тивлений возрастает ic увеличением
диаметра трубопровода. Объясняется
это тем, что удельное линейное паде-
ние давления увеличивается с ростом
диаметров трубопровода.
Коэффициенты «местных сопротив-
лений арматуры и фасоных частей при-
ведены в приложении 11.
Сопротивления муфтовых, фланце-
вых и сварных соединений трубопро-
водов при правильном выполнении
незначительны, поэтому их не следует
учитывать отдельно от линейных со-
противлений. Рекомендованные выше
значения абсолютной шероховатости
учитывают эти сопротивления.
Значительные местные сопротивле-
ния могут быть созданы засорениями
и воздушными пробками. Однако
такого типа сопротивления не долж-
ны учитываться расчетом. Засорения
должны предупреждаться при монтаже
соответствующим техническим контро-
лем и устраняться в случае обнаруже-
ния при эксплуатации.
Суммарное падение. Общее падение
давления в трубопроводе, представ-
ляющее собой сумму линейного паде-
ния и падения в местных сопротивле-
ниях, как известно, определяется по
формуле
Др = дрл+ дрл-
Отношение падения давления в ме-
стных сопротивлениях к линейному па-
дению называется коэффициентом ме-
стных потерь. Нетрудно видеть, что ко-
эффициент местных потерь равен отно-
шению эквивалентной длины местных
сопротивлений к длине прямолинейного
участка:
Суммарное падение давления в
трубопроводе может быть выражено
через удельное линейное падение дав-
ления и коэффициент местных потерь
следующим образом:
/ Ар \
Др = ДЦ1+^ =/?л/(1+а) =
= ^(l+-r)=^(Z + Za)’ И-22)
откуда
л-=7Гр5- <4‘23>
Из совместного решения уравнений
(4-21); (4-19) и (4-13) можно получить
выражение для определения коэффи-
циента местных потерь:
5,35 Ж G0’48
£0,19 I ^£7^0,24
(4-24)
где G — расход теплоносителя, кг/сек\
йр — суммарное падение давления
на участке, ;
у — удельный вес теплоносителя,
кг1м3\
k — шероховатость трубопрово-
да, м\
I — длина участка, м
В частном случае для воды фор-
мулу (4-24) удобно представить в виде:
<4-24а>
Значения коэффициентов AR, Ad, Аа>
Аа, Аг, а также Л®, Л®, Л®, Л® при у =
= 975 кг/м3 (ieodtl = 75° С) приведены
в таблице:
kt м 0,0002 0,0005 0,001
Аи 1 085-10-6 1 360-10-6 1 625-10-6
Ав ar 1,115-10-6 1,395-10-6 1,665-10-6
Ad 0,268 0,281 0,29
Ad 72,3-10-3 75,7-10-3 78,3-10-3
AG 30,3 27 24,7
ag 946 843 771
A« 16,7 13,9 12,1
Aa 2,99 2,49 2,17
76,4 60,7 51,1
60
Гидравлический расчет
[ гл. 4
Как видно из выражения (4-24) ко-
эффициент местных потерь а растет
пропор цион ально сумме коэф фициен -
тов местных сопротивлений, отнесенных
к единице длины трубопровода и кор-
ню квадратному из расхода теплоноси-
теля. Этот же коэффициент растет об-
ратно пропорционально корню четвер-
той степени из произведения падения
давления, отнесенного к единице дли-
ны трубопровода, на удельный вес теп-
лоносителя и обратно пропорциональ-
но корню пятой степени из шерохова-
тости трубопровода.
Если расход воды выразить в т/час,
то коэффициенты в формулах (4-13);
(4-13а); (4-14); (4-14а); (4-15);
(4-15а); (4-24) и (4-24а) будут иметь
значения, приведенные в следующей
таблице
Коэффи- циент Абсолютная шероховатость
0,0002 0,0005 0,001
ar 0,835-10-4 1,05-10-“ 1,254-10-4
ar 8,59-10-8 10,7710-е 12,86-10-8
^d 0,165 0,173 0,179
Ав Ad 0,0445 0,0465 0,0482
^G 109 97,2 88,9
ag 3 405 3 035 2 775
A* 8,80 7,32 6,37
A° 1,58 1,31 1,14
npi i гидравли ческом pal счете тру-
бопроводов обычно задаются расход
теплоносителя и суммарное падение
давления на участке. Требуется опре-
делить диаметр трубопровода.
Задачу решают в следующей после-
довательности.
1. Определяют коэффициент мест-
ных потерь а по формуле (4-24).
2. Определяют удельное линейное
падение давления по формуле (4-23).
3. Определяют предварительно диа-
метр трубопровода из предположения
его работы в квадратичной области по
формуле (4-14).
4. Округляют расчетный диаметр
до ближайшего по стандарту.
Таблица стандартных диаметров
труб приведена в приложении 12.
5. Определяют критерий •/?£, срав-
нивают его со значением предельного
критерия Reno по формуле (4-11) или
определяют скорость теплоносителя в.
трубопроводе и сравнивают со значе-
нием предельной скорости wnp по фор-
муле (4-12). Устанавливают расчет-
ную область, в которой работает тру-
бопровод.
В том случае, когда трубопровод
работает в квадратичной области, оп-
ределяют линейное удельное падение
давления по формуле (4-13).
Определяют эквивалентную длину
местных сопротивлений по формуле
(4-20).
Определяют суммарное падение
давления на участке по формуле
(4-22).
Если трубопровод работает в пере-
ходной области, т. е. при tw<Ztwrip, то
по формуле (4-9) определяют коэффи-
циент гидравлического трения 2, на-
ходят по формуле (4-3) удельное ли-
нейное падение давления, определяют
по формуле (4-19) эквивалентную дли-
ну местных сопротивлений, определяют
суммарное падение давления на уча-
стке по формуле (4-22).
Установление области, в которой
работает трубопровод, следует прово-
дить только при расчете участков с ма-
лой нагрузкой (абонентские ответвле-
ния с малым расходом теплоносителя).
При расчете магистральных линий и
основных ответвлений можно проверку
расчетной области не производить, счи-
тая работу этих сетей в квадратичной
области.
Гидравлический расчет тепловых се-
тей упрощается при использовании но-
мограмм фиг. 4-4—4-6.
4-3. ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК
При проектировании и эксплуата-
ции тепловых сетей наряду с давлени-
ем широко пользуются также другой
единицей гидр авлического п отенци а -
ла—напором. Напор представляет со-
бой давление, выраженное в линейных
единицах (обычно метрах) столба той
жидкости, которая передается по тру-
бопроводу.
Напор и давление связаны следую-
щей зависимостью:
Н = £-м,
К
< 4-3 ]
Пьезометрический график
61
Фиг. 4-4. Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов (k = 0,2 мм, ул=2,435 кг/м3,
2,435
ув=975 кг[м^). При другом удельном .весе пара /?2= —/?Г» при другом удельном весе воды
975
«2= 72 R1-
где Н и р — напор и давление тепло-
носителя, ж, кг/м2-,
у — удельный вес теплоно-
сителя, кг)м3.
Ан алогичной з ависимостью св яз а -
ны между собой падение давления и
потеря напора в сети пли располагае-
мый перепад давлений и располагае-
мый •напор (разность напоров) в сети
ДЯ = —, или Л = — ,
7 1
где ДЯ — потеря напора или распола-
гаемый напор, ж;
\ Др—падение давления или рас-
полагаемый перепад давле-
» кг
нии, — 2;
м2 ’
h и R — удельная потеря напора
(безразмерная величина) и
удельное падение давления,
кг\м2м\
Ч — удельный вес теплоносителя,
K2jM3.
Полный напор отсчитывается от од-
ного общего условного 'горизонтально-
го уровня.
Напор, отсчитанный не от условно-
го, общего для всей сети горизонталь-
ного уровня, а от уровня прокладки
оси трубопровода в данной точке, на-
зывается пьезометрическим напором
или пьезометрической высотой.
При проектировании и эксплуата-
ции разветвленных тепловых сетей,
когда приходится учитывать взаимное
влияние многочисленных факторов, оп-
ределяющих гидравлический режим се-
ти: геодезический профиль района, вы-
сотность абонентских зданий, потерю
напора (давления) в тепловой сети и
абонентских установках и т. д. широ-
ко используется пьезометрический гра-
фик. На пьезометрическом графике в
определенном масштабе нанесены рель-
еф местности, высоты присоединенных
зданий, величина напора в сети. По
пьезометрическому графику легко оп-
ределить напор (давление) и распола-
62
Гидравлический расчет
[гл. 4
Фиг. 4-5. Номограмма для гидравлического расчета трубопроводов (£=0,5 мм, ^=2,435 кг[м\
2,435
7в = 975 кг/м^). При другом удельном весе пара R2 =—— Rf, при другом удельном весе
воды R2 = — #1-
72
§ 4-3]
П ьезо метрический график
63
Фиг. 4-6. Номограмма для Гидравлического расчета трубопроводов (k=AfivMMt ?n=2,435 кг/м3,
2 435
?в = 975 ягг/jw3). При другом удельном весе пара /?2= при другом удельном весе
975
ВОДЫ /?2 = ----#!•
72
гашый напор (перепад давлений) в
любой точке сети и абонентской систе-
мы.
Пьезометрический график благода-
ря наглядности позволяет легко ориен-
тироваться в гидравлическом режиме
тепловых сетей и местных систем. Про-
ектирование сети без учета пьезомет-
рического графика, -особенно в усло-
виях сложного профиля, может приве-
сти к нерациональным схемам при-
соединения абонентов, усложнению
теп лоподготовител ьн о й установки на
ТЭЦ, возникновению насосных под-
станций и усложнению эксплуатации
всей системы теплоснабжения в целом.
На фиг. 4-7 приведен пьезометриче-
ский график двухтрубной водяной теп-
ловой сети. На горизонтальной оси
графика нанесена длина сети, а на вер-
тикальной оси — напоры и пьезометри-
ческие высоты.
Примем за плоскость сравнения
уровень I—I, имеющий геодезическую
отметку 0.
AXL\ — пьезометрическая ли-
ния подающей маги-
страли;
Л2А2 — пьезометрическая ли-
ния обратной магистра-
ли;
D{EX и D2E2 — пьезометрические ! гра-
фики подающей и обрат-
ной линии ответвления
DE\
Ня — пьезометрическая вы-
сота на нагнетательной
стороне насоса;
Нд — пьезометрическая вы-
сота на всасывающей
стороне насоса;
Н с — напор, развиваемый
циркуляционным насо-
сом на станции.
Напор в любой точке тепловой сети,
например в точке /С, определяется
следующим образом: НкХ— полный на-
пор в подающей магистрали, а Нк2 —
64
Гидравлический расчет
[ гл. 4
полный-напор в обратной магистрали.
Если геодезическую высоту трубопро-
вода в точке обозначить через Z,
то пьезометрический напор в подаю-
щей магистрали тепловой сети в точке
К составит (Нх = —Z), а пьезомет-
рический -напор в обратной магистрали
(Н9 — Н„\— Z). Разность* напоров по-
дающей и'обратной магистралей в точ-
ке /С, называемая располагаемым на-
пором в -точке К, тепловой сети равна:
MK = (HKX-Z)-(HK2-Z) =
= Нк1-Нк2 = Н,-Н2. (4-25)
Из выражения (4-25) видно, что рас-
полагаемый напор двухтрубной тепло-
вой сети равен разности пьезометриче-
ских напоров подающей и обратной
линий.
Падение напора в подающей маги-
страли тепловой сети от станции до
абонента L
Падение напора в обратной маги-
страли тепловой сети от абонента L
до станции
дя2 = я£2-яв,
где HL[ и HL2 — полные напоры в по-
дающей и обратной
линиях тепловой сети
в точке L.
Располагаемый напоров этой точке
При гидравлическом расчете паро-
вых сетей профиль паропровода мож-
но не учитывать вследствие малого
удельного веса пара. Падение давле-
ния на участке паропровода принима-
ется равным разности давлений в кон-
цевых точках участка.
Правильное определение потери на-
пора или падения давления в труб о-*
проводах имеет первостепенное значе-
ние для выбора диаметров и установ-
ления гидравлического режима сети.
Для предупреждения ошибочных
решений 'следует до проведения гид-
равлического расчета водяных сетей
наметить возможный характер пьезо-
метрического графика и, ориентируясь
по нему, выбрать допустимые пределы
потерь напора, не вызывающие услож-
нения схемы тепловой сети и абонент-
ских вводов. На основании технико-
экономического расчета следует лишь
уточнить значение потерь напора, не
выходя за пределы, ' намеченные по
пьезометрическому графику. Такой по-
рядок проектирования позволяет учесть
те хнич еокие и техн и ко -экономически е
особенности проектируемого объекта
[Л. 47].
Основные требования к режиму
давлений водяных сетей из условия на-
дежности работы системы теплоснаб-
жения сводятся к следующему.
§ 4-3]
Пьезометрический график
65
Фиг. 4-8. Построение пьезометрического графика водяной сети.
1. Непревышение допустимых дав-
лений в присоединенных к сети або-
нентских системах.
В отопительных абонентских систе-
мах с чугунными приборами допусти-
мое давление равно 5 ати, поэтому
давление в обратной линии тепловой
сети должно быть ниже 5 ати.
2. Обеспечение избыточного (выше
атмосферного) давления в тепловой се-
ти и абонентских системах для преду-
преждения подсоса воздуха и связан-
ного с этим нарушения циркуляции
воды в местных системах и коррозии
местных систем и тепловых сетей.
3. Обеспечение невскипания воды
в тепловой сети и в местных системах
при температуре воды выше 100° С.
4. Обеспечение требуемого давле-
ния во всасывающих патрубках сете-
вых насосов из условия устойчивой
работы этих насосов. Во всасывающей
камере насосов должно поддерживать-
ся давление не ниже 0,5 ати.
Все эти требования должны выпол-
няться как во время работы системы,
т. е. при циркуляции воды, так и при
прекращении циркуляции, т. е. в ста-
тическом состоянии системы.
Дл я пр едв ар ительнот о п остро ен и я
пьезометрического графика может быть
рекомендован следующий метод (фиг.
4-8):
1) Принимая за нуль отметку са-
мой низкой точки района, строится
профиль тепловой сети.
2) На профиле вычерчиваются в
масштабе высоты присоединяемых зда-
ний.
5 Е. Я. Соколов.
3) Выбирается и наносится на тра-
фик уровень 0—0 статического давле-
ния, исходя из условия обеспечения не-
вскипания в самой высокой точке рай-
она (в данном случае на отметке V20)
и непревышения допустимого давления
в местной системе в самой низкой точ-
ке района (в данном случае на отмет-
ке V 0).
4) Намечается предельное, наибо-
лее крутое, положение пьезометриче-
ского графика обратной магистрали
KL, исходя из удовлетворения 'Следую-
щих двух требований:
а) напор в обратной магистрали не
должен превышать 50 ж, что позволяет
присоединить все отопительные систе-
мы непосредственно к тепловой сети,
не прибегая к установке на вводах во-
доводяных подогревателей;
б), напор в обратной магистрали не
должен быть ниже 5 м во избежание
получения вакуума.
Такой линией в нашем случае яв-
ляется прямая KL.
Удельная потеря напора в обрат-
ной магистрали тепловой сети, зада-
ваемая для гидравлического, расчета,
должна быть ниже или равна уклону
линии KL, но не превышать этого
уклона.
Н а осн ован ии технико -эко комиче-
ских расчетов в качестве пьезометри-
ческой линии обратной магистрали мо-
жет быть выбрана любая линия, уклон
которой меньше уклона пьезометриче-
ской линии KL и положение которой
удовлетворяет изложенным выше тре-
66
Гидравлический расчет
[гл. 4
Фиг. 4-9. Пьезометрический график двухтрубной'водя-
ной сети.
= Н\ -J- Z — полный напбр в подающей линии;
Нп2 = Z — полный напор в обратной линии; Нг и
/72—пьезометрические напоры в подающей и обрат-
ной линиях; Z — геодезическая высота.
бованиям. Такой линией может, напри-
мер, явиться линия MN.
При выборе положения пьезометри-
ческого -графика подающей магистра-
ли исходят из следующих условий:
1. Ни в одной из точек тепловой
сети напор в подающей магистрали не
должен быть ниже статического напо-
ра, т. е. пьезометрический график по-
дающей магистрали не должен пересе-
кать линию статического давления
О—0. Это условие обеспечивает невски-
пание воды в подающей линии сети
при максимальной температуре.
2. Располагаемый напор в конеч-
ной точке тепловой сети, т. е. разность
напоров подающей и обратной магист-
ралей в конечной точке сети, должен
быть равен или больше расчетной по-
тери напора на абонентском вводе.
Уклон пьезометрического графика
подающей магистрали выбирается на
основании технико-экономическйх рас-
четов. Пьезометрическим графиком по-
дающей магистрали может, напри-
мер, явиться линия W, если ее уклон,
соответствует экономической удельной
потере напора. Пьезометрический гра-
фик дает наглядное представление о
распределении давлений по сети, что
весьма важно при выборе схемы при-
соединения абонентов. Особенное зна-
чение это имеет для выбора схемы при-
соединения отопительных установок к
тепловой сети, поскольку допустимое
давление в этих установках
может изменяться в сравни-
тельно узких пределах.
На фиг. 4-9 приведен пье-
зометрический график района^
где АВ — пьезометрический
график обратной линии тепло-
вой сети; CD — пьезометриче-'
ский график подающей линии;
90 — уровень статического . на-
пора в системе.
Отопительная установка I
может быть присоединена к
тепловой сети по зависимой
схеме с элеватором в качестве
смесительного устройства
(узел а фиг. 4-10), так как ста-
тический и пьзометрический
•напоры в обратной линии теп-
ловой сети не превышают до-
пустимого предела (50 м), а
располагаемый напор в сети
(разность напоров в подающей и об-
ратной линиях) достаточен для нор-
мальной работы элеватора («больше
10 м).
Отопительная установка II по тем
же мотивам может быть также присо-
единена к тепловой сети по зависимой
схеме с элеватором. Однако вследствие
того, что пьезометрический напор в об-
ратной линии ниже высоты здания, не-
обходимо на вводе в здание II устано-
вить на обратной линии регулятор дав-
ления «до себя»—регулятор подпора
(узел б фиг. 4-10). Установка регуля-
тора давления позволит повысить на-
пор в обратной линии перед регулято-
ром до уровня, превышающего высоту
отопительной установки. Перепад
создаваемый регулятором, должен быть
равен или больше разности между вы-
сотой отопительной установки и рабо-
чим пьезометрическим напором в об-
ратной линии.
В точке присоединения отопитель-
ной установки III статический напор
также не превышает допустимого пре-
дела. Однако пьезометрический напор
в обратной линии равен 60 м, т. е.
превышает допустиь^ую величину. Кро-
ме того, располагаемый напор (раз-
ность напоров подающей и обратной
линий) в точке присоединения отопи-
тельной установки III равен 5 м, что
недостаточно для нормальной работы
§ 4-3]
Пьезометрический график
67
Фиг. 4-10. Схемы присоединения отопитель-
ных установок к водяной тепловой сети.
а—зависимая схема присоединения с элеватором:
1 — элеватор; 2 — задвижка.
б — зависимая схема присоединения с элеватором и
регулятором давления (подпора); 1 — элеватор; 2 —
задвижка; 3— регулятор давления (подбора).
в — зависимая схема присоединения с насосом на
обратной линии и с элеватором: 1 — элеватор;
2 — задвижка; 3— насос.
г — зависимая схема присоединения со смесительным
насосом; 1 — насос; 2 — задвижка.
д — независимая схема присоединения; 1—водово-
дяной подогреватель; 2 — задвижка; 3 — насос.
элеватора. Поэтому отопительная уста-
новка III должна быть присоединена
к тепловой сети по зависимой схеме с
насосом на обратной линии и с элева-
тором в качестве смесительного устрой-
ства (узел в фиг. 4-10). Включение
насоса на обратной линии снизит на-
пор в этой линии до допустимого пре-
дела и повысит располагаемый напор
на вводе, что позволит осуществить
смешение при помощи элеватора. На-
пор, развиваемый этим насосом /71П,
должен быть равен или больше разно-
сти между пьезометрическим напором
в обратной линии и допускаемым напо-
ром для отопительной установки. Од-
нако так как при случайной остановке
насоса система III будет поставлена
под давление выше 5 ати, лучшим ре-
шением для отопительной установки III
5*
является присоединение ее к тепловой
сети по независимой схеме.
Отопительная установка IV также
может быть присоединена к тепловой
сета по зависимой схеме. Однако, по-
скольку располагаемый напор в тепло-
вой сети в этой точке мал (5 м) и не
обеспечивает работу элеватора, то в
качестве смесительного устройства дол-
жен быть (Применен насос на перемыч-
ке (узел г фиг. 4-10). Напор, разви-
ваемый смесительным насосом, должен
быть равен потере напора в местной
отопительной установке.
Отопительная установка V должна
быть присоединена к тепловой сети по
независимой схеме (узел д фиг. 4-10),
так как статический напор, создавае-
мый этим зданием, превышает статиче-
ский напор 0—0, установленный для
системы. В схеме, показанной на уз-
ле д фиг. 4-10, первичный (греющий)
теплоноситель проходит через водо-
водяной подогреватель 1 за счет на-
пора сети. Циркуляция воды в местной
отопительной установке осуществляет-
ся циркуляционным насосом 3. Присо-
Фиг. 4-Па. Пьезометрический график линии
горячего водоснабжения.
Фиг. 4-116. Пьезометрический график
конденсатопровода.
68
Гидравлический расчет
[гл. 4
единение отопительной установки V к
тепловой сети по зависимой схеме мог-
ло привести при остановке .циркуляции
в тепловой сети ж превышению допу-
стимого давления в отопительных уста-
новках / и III, находящихся в ниж-
ней части района.
Пьезометрические гр афики, приве-
денные на фиг. 4-7—4-9, относятся к
двухтрубной водяной сети.
На фиг. 4-11 приведены пьезометри-
ческие графики однотрубных сетей. На
фиг. 4-11а показан пьезометрический
график открытой сети горячего водо-
снабжения. По этой сети вода подает-
ся от станции к абонентам. Пьезомет-
рический график имеет уклон в сторо-
ну движения воды. Наверху тонкой
линией показана схема сети. Ниже
жирной линией показан пьезометриче-
ский график.
Н\ — пьезометрический напор на
станции;
Н2 и Нз — пьезометрические напоры
в точках 2 и 3 сети;
Hi, Нь, Н6 — пьезометрические на-
поры на абонентских вводах.
Пьезометрические напоры на або-
нентских вводах должны превышать
высоту абонентских систем.
На фиг. 4-116 показан пьезометри-
ческий график конденсатной сети. По
этой сети конденсат откачивается от
абонентов на станцию. Наверху тон-
кой линией показана схема, ниже жир-
ной линией—пьезометрический график.
Пьезометрический график имеет уклон
от абонентов к станции. Нх— пье-
зометрический напор в конденсатопро-
воде на станции; Н2 и Я3 — пьезомет-
рические напоры в точках 2 и 3 кон-
денсатной линии; Н4, Н5, HQ — пьезо-
метрические напоры в конденсатной
линии у абонентов.
Эти 'цапоры создаются конденсат-
ными баками или конденсатными насо-
сами у абонентов.
4-4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА
РАЗВЕТВЛЕННЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
При проектировании систем тепло-
снабжения приходится рассчитывать
разветвленные тепловые сети, по кото-
рым тепло транспортируется от стан-
ции к многочисленным потребителям.
В качестве исходных данных для
расчета обычно задаются: схема тепло-
вой сети, состояние теплоносителя на
станции и у абонентов, расход тепло-
носителя и длины участков сети. Иско-
мыми величинами являются диаметры
сети. Так как в начале расчета неизве-
стен ряд величин, требующихся для
определения диаметров сети, то зада-
чу приходится решать методом посте-
пенного приближения. Расчет ведется
в следующей последовательности (фиг.
4-12).
1. Выбирают расчетную магистраль,
т. е. направление от станции до одного
из абонентов, которое характеризуется
наименьшим удельным падением дав-
ления.
В паровых сетях удельное падение
давления определяется по формуле
R = ~ кг/м2м,
где
Др — падение давления на участке,
А:г/;и2;
I — длина магистрали, м.
В водяных сетях удельное падение
давления определяется по формуле
R — -j- у кг/м2м,
где Д/7 — разность напора в конечных
точках магистрали, т. е. па-
дение напора в магистра-
ли, м\
Y — удельный вес воды в трубо-
проводе, кг]м3.
Если падение давления между стан-
цией и любым потребителем одно и то
же, то расчетной магистралью являет-
ся линия, соединяющая станцию с наи-
более удаленным потребителем. Такое
положение имеет место в паровой се-
ти при одинаковых давлениях пара у
всех потребителей, а в водяной сети —
при одинаковом располагаемом напо-
ре у всех потребителей.
Задаются предварительно характе-
ром падения давления (характером
п ьезометричеткого гр афика) р асчетной
магистрали. Если нет каких-либо огра-
ничений по условиям профиля, высот-
ности зданий или другим соображе-
ниям, то линию падения давления
(пьезом етрически й гр а фик) р а счетной
м а растр а л и в ыбир а ют пр я м о л и н е йн о й.
§ 4-4]
Методика расчета разветвленных тепловых сетей
69
2. Определяют располагаемый пере-
пад давлений (напоров) для конечно-
го участка расчетной магистрали.
Если (фиг. 4-12) расчетной маги-
стралью является направление 0—1—
2—3—4—6, то перепад давлений на
конечном участке 4—6 расчетной ма-
гистрали:
ар = —-------I или
Г4~6 /0-6 4-6
6
ДН. -
4~& 10-6 А~6
гце Др0_6— полное падение давления
в расчетной магистрали;
ДЯ0_6 — разность напоров в конеч-
ных точках расчетной ма-
гистрали;
/0_б — длина расчетной магистра-
ли;
Z4_6— длина участка 4—6.
3. Определяют коэффициент мест-
ных потерь а для конечного участка
расчетной магистрали.
4. Определяют предварительно
удельное падение давления на конеч-
ном участке:
• К4-6- /4-6 а+«) ’
5. Определяют предварительно диа-
метр конечного участка расчетной ма-
гистрали d4_6 из условия квадратич-
ного закона сопротивлений по формуле
(4-14).
Для определения диаметра паро-
провода необходимо знать средний
удельный вес пара, который прини-
мается равным полусумме удельных
весов в начале и в конце участка:
Y _ 74-Н76
'ср 2
Значения удельного веса пара в ко-
нечных точках рассчитываемого участ-
ка определяются по давлениям и тем-
пературам. Давление р6 у абонента 6
является заданной величиной. Давле-
ние р4 вначале рассчитываемого участ-
ка принимается равным р4 = р6-(-
+ Д?4-6-
6. По ГОСТ или таблице распола-
гаемого сортамента труб подбирают
ближайший диаметр трубопровода
d'_6.
7. Определяют удельное линейное
падение давления
8. Определяют эквивалентную дли-
ну местных сопротивлений 1Э.
9. Определяют полное падение дав-
ления (напора) на участке:
=/?4-б/4-6(1+а)>или
10. Определяют давление (напор)
в начальной точке рассчитываемого
участка.
В аналогичной последовательности
ведется расчет других участков маги-
страли. Ответвления р ассчитьиваются
как транзитные участки с заданным
падением давления (напора). При рас-,
чете сложных ответвлений, например
ответвления 2—8—9, определяется сна-
чала расчетное направление как на-
правление с -минимальным удельным
падением давления, а затем проводят-
ся все остальные операции в указан-
ной выше последовательности.
Падение давления в паровой сети
задается для гидравлического расчета
по располагаемому давлению на стан-
ции и потребному давлению у абонен-
тов. При проектировании конденсато-
проводов, принимающих по пути кон-
денсат, отводимый из паропроводов,
необходимо обеспечить давление в ксн-
денсатопроводе, по крайней мере на
0,5 ата ниже, чем в паропроводе. Ука-
занное условие требуется для нормаль-
ного дренажа конденсата из паропро-
вода.
70
Гидравлический расчет
[гл. 4
4-5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ПАРА
В КОНЦЕ ПАРОПРОВОДА
При транспорте пара происходит
падение давления и температуры его
вдоль паропровода. В целом ряде слу-
чаев заранее известны начальные па-
раметры и расход пара, диаметр и
длина паропровода. Требуется опреде-
лить состояние пара в конце паропро-
вода. Сложность решения задачи за-
ключается в том, что удельное паде-
ние давления в паропроводе является
величиной переменной, так как удель-
ный вес пара, а следовательно, и его
скорость меняются по длине трубопро-
вода. Такая задача может быть реше-
на методом постепенного приближения:
задаются предварительно удельным
весом пара в конце паропровода, оп-
ределяют средний удельный вес пара в
паропроводе, определяют удельное и
суммарное падения давления в паро-
проводе, определяют давление пара в
конце паропровода, проверяют правиль-
ность выбранного значения удельного
веса в конце паропровода.
Эта же задача может быть решена
более точно в общем виде на основа-
нии дифференциального уравнения для
падения давления. Пусть (фиг. 4-13)
пар движется по паропроводу длиной /
от точки 1 к точке 2. Состояние пара
в начальной точке паропровода опре-
деляется давлением Р\ и абсолютной
температурой Т\. Удельный вес пара,
соответствующий этим параметрам, ра-
вен Yi . Обозначим удельную линей-
ную потерю давления в начале паро-
провода через а коэффициент мест-
ных потерь паропровода через а. Со-
стояние пара в конце паропровода
неизвестно. Выделим в паропроводе
бесконечно малый участок длиной dl.
Обозначим среднее давление пара на
этом участке через р, температуру че-
рез Т, удельный вес через у и паде-
ние давления через dp. Так как удель-
ное падение давления обратно пропор-
ционально удельному весу, то падение
давления на участке dl равно:
= (4-26)
Знак «—» ставится потому, что па-
дение давления есть, по существу, ве-
личина отрицательная.
Принимая с некоторым приближе-
Фиг. 4-13. Схема линии перегретого пара.
нмем удельный вес пара прямо про-
порциональным давлению и обратно
пропорциональным абсолютной темпе-
ратуре, получим:
П _ Рх_Т_
7 Р Л ’
(4-2
откуда
~dp = R^+^^^~dl,
р 11
или
— pdp = Rl(l-\-a)PlZ-dl. (4-28)
Интегрируем выражение (4-28) в
пределах изменения давления от р2 до
р1 и длины паропровода от I jiss 0.
— ^Pdp= j/?i(l+«)Pi -f^dl.
Pi о
В результате интегрирования получаем:
= (4-29)
С некоторым приближением изме-
нение температуры по длине паропро
вода можно принять линейным.
Тогда Тср~ —72 и соответствен-
7* т _ [ у
но 2 . После соответствую-
щих преобразований выражение для
конечного давления пара в паропро-
воде будет иметь вид:
/2/^(1 + а) Т
!- Л <4’3°)
Размерности р2, /, естественно,
т
должны совпадать. Отношение вы-
Л
бирается на основании данных тепло-
вого расчета паропровода. При расчете
линий насыщенного пара можно отно-
Т
1 ср
шение
11
принимать равным единице.
§ 5-1]
Гидравлическая характеристика системы
71
4-6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ НАСОСОВ
Одна из задач гидравлического рас-
чета сети заключается в определении
параметров, циркуляционных насосов.
Рабочий напор циркуляционных на-
сосов замкнутой водяной сети опреде-
ляется по формуле
+ + (4-31)
где &Нст — потеря напора в подогре-
вательной установке (бой'
лерной) и станционных
коммуникациях (обычно
10—15 м)\
<bHv ДЯП—потери напора в подающей
и обратной линиях тепло-
вой сети; определяются
гидравлическим расчетом
сети;
ДЯаб— располагаемый напор на
вводе у абонента.
Величина располагаемого напора на
абонентском вводе зависит от харак-
тера местной системы и схемы ее при-
соединения к тепловой сети. При при-
соединении к тепловой сети отопитель-
ных или вентиляционных систем без
смесительного устройства на вводе или
с насосным подмешиванием можно при-
нимать Наб = 2—5 м. При устройстве
на абонентском вводе элеваторной сме-
сительной установки Наб~?>—15 м в
зависимости от коэффициента смеше-
ния и потери напора в местной отопи-
тельной системе. При присоединении
поверхностных подогревательных уста-
новок На6 — 3—5 м.
Проектная производительность цир-
куляционных насосов, устанавливаемых
на станции, должна соответствовать
максимальному расходу воды в сети.
Из условия резервирования число цир-
куляционных насосов, устанавливаемых
на станции, должно быть не меньше
двух. Для удовлетворения нагрузки го-
рячего водоснабжения в летний период
целесообразно устанавливать на стан-
ции специальный насосный агрегат
малой мощности.
Напор насосов, устанавливаемых у
паровых абонентов для откачки кон-
денсата на станцию, может быть опре-
делен по формуле
И - ЬН + Z, (4-32)
где ЬН — потеря напора в конденса-
топроводе на участке от
сборного бака абонента до
приемного бака станции,
определяется гидравличе-
ским расчетом;
Z—разность геодезических от-
меток бака станции и бака
абонента.
Если бак станции установлен ниже
абонентского бака, разность геодезиче-
ских отметок Z имеет отрицательный
знак.
Учитывая неравномерность откачки
конденсата, производительность кон-
денсатных насосов принимают равной
полугор акр атному м аксим а л ьному ча-
совому расходу конденсата.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ
5-1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ
Водяные тепловые сети представ-
ляют собой сложную гидравлическую
систему, в которой работа отдельных
звеньев находится <во взаимной зависи-
мости. Для правильного управления и
регулирования работы тепловой сети
необходимо знать гидравлические ха-
рактеристики работающего оборудова-
ния: циркуляционных насосов и сети.
На фиг. 5-1 кривая 1 — характери-
стика насоса; кривая 2— характери-
стика тепловой сети, точка А —пересе-
чение этих кривых, определяет гидра-
влический режим системы; Н — напор,
развиваемый насосом; V —расход во-
ды в тепловой сети.
Характеристики насосов задаются
обычно заводами-изготовителями или
могут быть построены по данным ис-
пытания. При изменении числа оборо-
72
Гидравлический режим
[гл. 5-
Фиг. 5-1. Гидравлическая характеристика
насоса и тепловой сети.
Коэффициент холостого хода цен-
тробежных насосов меньше единицы и
находится в пределах
0,2<х^0,5.
Так как падение давления в тепловых
сетях, как правило, подчиняется квад-
ратичному закону, то характеристика
тепловой сети представляет собой
квадратичную параболу, описываемую
уравнением
Др = 5V2, (5-3)
или
I/2
ДЯ = Sy *, (5-4)
тов центробежного насоса меняется и
его характеристика. Между числом
оборотов насоса, производительностью,
напором и потребной мощностью суще-
ствует следующая зависимость:
п2 ~ и2 — У н2~ У n2
где N\ — производительность,
напор и потребная
мощность при числе
оборотов п{\
У2, Н2 и М2 — те же показатели
при числе оборо-
тов п2.
Если известна характеристика на-
соса для числа оборотов пх, то, поль-
зуясь уравнением (5-1), нетрудно по-
строить характеристику и для любого
другого числа оборотов п2.
При постоянном числе оборотов
мощность, потребляемая насосом, опре-
деляется по уравнению:
N = N^x + ^(l-x)], (5-2)
где VH, NH — подача и мощность на-
соса при номинальном
режиме (при максималь-
ном к. п. д.);
N — мощность насоса при по-
даче V;
х—тг---коэффициент холостого
н хода;
— мощность насоса при
холостом ходе (V — 0).
где Др — падение давления, лгг/л/2;
ДЯ — потеря напора, м\
V — расход воды в сети, м*1<шс\
7 — удельный вес воды, кг!м\
е кг час2
8 — сопротивление сети, -
Сопротивление сети 5 представляет
собой падение давления при расходе
час
Из совместного решения уравнений
(4-3); (4-10); (4-22) и (5-3) находим:
7,02А°-25(/ + /э)7 кгчас2
~ 1010d5,25 ^6 ’
Как видно из уравнения (5-5), со-
противление сети зависит от геометри-
ческих размеров сети, величины шеро-
ховатости внутренней поверхности тру-
бопроводов, характера и количества
местных сопротивлений, удельного ве-
са теплоносителя.
Сопротивление S не зависит от рас-
хода теплоносителя.
Для данного состояния сети харак-
теристика ее может быть построена по-
одному известному режиму.
Для определения сопротивления S
по уравнению (5-3) достаточно знать
для одного какого-либо режима расход * S * * *
* Выражение (5-4) можно представить
в виде:
йН = SOIZ*,
S м час2
где So = у лб • в
на So представляет
в метрах при расходе
данном случае величи-
собою потерю напора
у=1^.
час
§ 5-1]
Гидравлическая характеристика системы
73
воды V и соответствующее этому рас-
ходу падение давления Др.
Найденное сопротивление относится
к температуре теплоносителя, имевшей
место при данном режиме. При изме-
нении температуры теплоносителя со-
противление сети, строго говоря, долж-
но изменяться пропорционально удель-
ному несу теплоносителя
. (5-6)
S2 72 V '
Однако если на основе режимных
данных находить сопротивление при
средней температуре теплоносителя, то
в условиях работы тепловых сетей
можно не учитывать изменение сопро-
тивления от температуры воды, так
как степень изменения удельного веса
воды в пределах температур, имеющих
место в тепловой сети, незначительна.
Так, если определить сопротивление се-
ти при температуре воды 75° С, то при
изменении температуры в пределах от
40 до 130° С сопротивление#может из-
мениться на +3%.
Часто на станции работает совме-
стно несколько насосов. Для определе-
ния режима их совместной работы не-
обходимо построить их суммарную ха-
р актер истику. Пор ядок сум миров ан и я
характеристик насосов зависит от спо-
соба их включения. Если насосы вклю-
чены параллельно, то суммарная ха-
рактеристика строится путем сложения
расходов (подач) при одних и тех же
напорах. Например, если (фиг. 5-2а)
АВ — характеристика насоса /, а АС—
характеристика насоса 2, то суммарной
характеристикой этих насосов являет-
ся кривая AD. Каждая абсцисса кри-
Фиг. 5-2а. Построение суммарной характе-
ристики параллельно включенных насосов.
Фиг. 5-26. Построение суммарной характери-
стики последовательно включенных насосов.
вой AD равна сумме абсцисс кривых
АВ и АС. Например, ab ac=ad.
Постр оение су мм арной х а р актер и -
стики последовательно включенных на-
сосов .производится путем сложения
напоров при одних и тех же расходах.
Например, если (фиг. 5-26) АВ — ха-
рактеристика насоса /, a CD — харак-
теристика насоса 2, то суммарная ха-
рактеристика обоих насосов изобразит-
ся кривой KZ. Каждая ордината кри-
вой KZ равна сумме ординат кривых
АВ и CD. Например ab + ac = al.
Степень изменения подачи при па-
раллельном включении насосов зависит
иеключительно от вида характеристики
сети. Чем более пологий вид имеет ха-
рактеристика сети (малое S), тем эф-
фективнее параллельное включение на-
сосов. Чем круче характеристика сети
(больше S), тем меньший эффект дает
параллельное включение.
На фиг. 5-3 приведена суммарная
х ар актер истин а двух пар ал лел ьно
включенных насосов, имеющих одина-
ковые характеристики. АВ—характери-
стика одного насоса, AD — суммарная
характеристика двух насосов. Если ха-
рактеристика сети имеет вид кривой
ОК, то при работе одного насоса в сеть
подается У\ воды, а при работе двух
насосов — V2- Таким образом, два на-
соса подают больше воды, чем один.
Если характеристика сети имеет вид
кривой OZ, то подача воды остается
одной и той же как при одном, так и
при двух насосах.
При проектир ов ан и и стан ционно й
установки, состоящей из нескольких
74
1 идравлический режим
[гл. 5
•Фиг. 5-3. Изменение расхода воды при парал-
лельном включении насосов.
параллельно работающих насосов, сле-
дует выбирать все насосы с одинаковы-
ми характеристиками, а расчетную про-
изводительность каждого из них при-
нимать равной суммарному расходу
воды, деленному на число работающих
насосов. Подача насосов при последо-
вательном включении также зависит от
вида характеристики сети. Чем круче
характеристика сети (больше S), тем
эффективнее последовательное вклю-
чение. При последовательном включе-
нии насосов суммарная производитель-
ность нескольких насосов всегда боль-
ше производительности каждого из на-
сосов в отдельности.
Определение суммарной характери-
стики сети может быть произведено
как графическим, так и аналитическим
методом. Метод графического сложе-
ния характеристик участков сети ана-
логи ч ен граф ичес кому сумм иров ан и ю
характеристик н асосов. Пр актически
более удобно производить суммирова-
ние характеристик участков сети ана-
литически. При этом пользуются -сле-
дующим правилом, вытекающим из
квадратичной зависимости между по-
терей давления и расходом воды: сум-
марное сопротивление равно арифмети-
ческой сумме сопротивлений последо-
вательно включенных участков.
Пусть (фиг. 5-4) Si, S2 и S3 сопро-
тивления трех последовательных уча-
стков сети. Суммарное сопротивление
этих участков равно:
5 = 5j + 52 + 53. (5-7)
$1$2 . Ф
Фиг. 5-4. Последовательное соединение
участков.
Если участки соединены параллель-
но, то для суммирования характеристик
удобно пользоваться другим гидравли-
ческим показателем — проводимостью,
под которой понимается величина, об-
ратная корню квадратному из сопро-
тивления:
V
(5-8)
1
а =: —_ _ .
V S У±р
Пусть (фиг. 5-5) а2, Яз— прово-
димость трех параллельно соединенных
участков сети. Суммарная проводи-
мость этих участков равна их арифме-
тической сумме
а _ а{ + а2 + а3. (5-9)
Таким образом, суммирование ха-
рактеристик участков тепловой сети
производится по следующему правилу:
при последовательном соединении
складываются сопротивления, при па-
раллельном соединении — проводимо-
сти.
5-2. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
РЕЖИМА
Основное требование, предъявляе-
мое к регулированию гидравлического
режима, заключается в распределении
потоков теплоносителя по отдельным
участкам сети и абонентским вводам в
соответствии с режимом тепловой на-
грузки. В условиях реальной эксплуа-
тации гидравлический режим тепловых
сетей не остается постоянным. Пере-
менный расход воды обусловлен, с од-
ной стороны, местным регулированием
разнородной тепловой нагрузки у або-
нентов, а с другой,— различного рода
переключениями, имеющими место в
сети в процессе эксплуатации. Пере-
менный расход воды в тепловой сети
сопровождается изменением распола-
гаемых напоров на абонентских вво-
дах. Если абонентские вводы оснащены
авторегуляторами, то расход воды че-
рез абонентские системы определяется
только режимом теплового потребле-
ния. Изменение располагаемых напо-
ров в сети непосредственно не влияет
Фиг. 5-5. Параллельное
соединение участков.
§ 5-2]
Расчет гидравлического режима
75
на гидравлический режим .местных
систем. Например, -при установке на
отопительных абонентских (вводах ре-
гуляторов расхода (РР) * расход воды
на отопление остается постоянным и
при переменном расходе воды в сети.
Если располагаемый напор на або-
нентском вводе возрастает, РР при2
крывает проходное сечение, в связи с
чем возрастает сопротивление абонент-
ского ввода, и расход воды сохраняется
постоянным. При установке терморегу-
ляторов в абонентских системах горя-
чего водоснабжения расход воды на
горячее водоснабжение зависит только
от режима потребления тепла и не из-
меняется при увеличении располагае-
мого напора в сети. Таким образом,
при оснащении абонентских вводов ав-
торегуляторами действительный рас-
ход воды в сети Vd (всегда равен рас-
четному расходу Vp для данной тепло-
вой нагрузки. Значительно хуже об-
стоит дело в системах теплоснабжения,
не имеющих авторегуляторов на або-
нентских вводах. В этих системах пере-
менный расход воды в тепловой сети и
связанное с ним изменение располагае-
мых напоров приводят, как правило, к
изменению расхода воды .во всех ме-
стных системах, в том числе и в тех, где
по характеру тепловой нагрузки расход
воды не должен изменяться. Отклоне-
ние фактического расхода воды от за-
данной величины, определяемой тепло-
вой нагрузкой абонентской установки,
ведет к разрегулировке, т. е. к наруше-
нию теплового режима абонентской
установки.
Степень изменения расхода воды в
абонентской системе оценивается по
отношению действител ьного р исхода
воды к расчетному расходу
(5-1-0)
р
где Vd — фактический расход воды;
Vр — расчетный расход.
Диспетчер, управляющий работой
сети, должен уметь заранее опреде-
лить, какие изменения произойдут в(
гидравлическом режиме системы и у
отдельных абонентов при тех или дру-
гих переключениях.
* Регулятор разности напоров «после
«себя®.
Разрегулировки водяных систем
удобно классифицировать по характе-
ру изменения расхода воды по длине
сети [Л. 126]. Разрегулировки делятся
на соответственную и несоответствен-
ную. Под соответственной разрегули-
ровкой понимается такая, при которой
знак изменения расхода воды у всех
абонентов один и тот же, т. е. такая
разрегулировка, при которой расход
воды увеличивается у всех абонентов
или уменьшается у всех абонентов.
Под несоответственной разрегул иров-
кой понимается такая, при которой
знак изменения расхода воды у всех
абонентов неодинаков. Кроме того,
различают р азрегул правки — пропор-
циональную и непропорциональную.
Под пр опорцион ал ьной р азр егулиров-
кой понимается такая, при которой сте-
пень изменения расхода воды у всех
абонентов одна и та же.
При непропорционал ьной разрегу-
лировке степень изменения расхода не
одинакова у всех (абонентов.
Расчет гидравлического режима
тепловой сети производится следую-
щим образом:
1. Определяется сопротивление се-
ти S и строится ее характеристика.
2. Определяются суммарный расход
воды в сети и напор на станции по
точке пересечения характеристик на-
соса и сети; если располагаемый напор
на станции остается постоянным, то
суммарный расход воды в сети может
быть найден по формуле (5-4), не при-
бегая к графическому построению ха-
рактеристик.
3. Определяется расход воды у от-
дельных абонентов.
4. Строится пьезометрический гра-
фик.
Рассмотрим метод расчета расходов
воды у абонентов тепловой сети.
На фиг. 5-6а, б приведена схема теп-
ловой сети в однолинейном и двухли-
нейном изображениях. Примем сле-
дующую систему обозначений. Нумера-
ция участков сети и абонентов начи-
нается от станции. Участки магистрали
нумеруются римскими цифрами, а от-
ветвления к абонентам и абоненты —
арабскими. Суммарный расход воды в
сети обозначается буквой V без инде-
кса. Расход воды через абонентскую си-
76
Гидравлический режим
[ гл. 5‘
Фиг. 5-6а. Однолинейная схема сети.
Фиг. 5-66. Двухлинейная схема сети.
стему — буквой V с индексом, равным
номеру абонента. Например, Vm — рас-
ход воды через абонентскую систе-
му т.
Относительный расход воды через
абонентскую систему, т. е. отношение
расхода воды через абонентскую си-
стему к суммарному расходу воды в
сети, обозначается V с индексом.
Например Vm — относительный расход
воды у абонента т.
Расход воды у абонента 1 может
быть найден из уравнения
$|5У2, (5-11)
где — сопротивление абонентской
установки /, включая ответ-
вление;
51>5 — сопротивление тепловой сети
со всеми ответвлениями и
абонентскими системами от
абонента 1 до последнего
абонента 5 включительно.
Из уравнения (5-11) находим:
или
vi — v
(5-12)
где Vj — относительный расход воды
через абонентскую установ-
ку 1.
Найдем расход воды через абонент-
скую установку 2.
Для узла 2 действительно следую-
щее уравнение:
^^^(У-У,)2, (5-13)
где S2— сопротивление абонентской
установки 2, включая ответ-
вление;
/7 В С D * Е К L М N
Фиг. 5-7. Схема тепловой сети.
S —сопротивление тепловой се-
ти со всеми ответвлениями
и абонентскими системами
от абонента 2 до последнего
абонента 5 включительно.
С другой стороны,
S„,5V-VJ2 = S^V2’ (5‘14>
где SII>5 —
5П — сопротивление участка магистра-
ли II, откуда
(V — V1)2= V2 (5-15)
^11,5
Из
дим:
уравнений (5-13) и (5-15) нахо-
1.5 ^2,5 1
1 5Ц,5 52
ИЛИ
У2 =
(5-16)
Аналогично находится расход воды
через абонентскую установку 3:
1 f 31>5 S5 2 S3 5 1
У 1 5П,5^П1,5^з’
(5-17)
где S35—сопротивление тепловой се-
ти со всеми ответвлениями
от абонента 3 до последнего
абонента 5 включительно;
S — сопротивление участка ма-
гистрали III.
Если к тепловой сети присоединено п
абонентов (фиг. 5-7), то относительный
расход воды через любого абонента т
определится из выражения:
$т,п 1
$М,п
(5-18)
§ 5-3]
Гидравлическая характеристика регулирующих органов
77
По формуле (5-18) можно найти
расход воды через любую абонентскую
систему, если известны суммарный
расход воды в сети и сопротивления
участков сети.
Из уравнения (5-18) следует:
1. Относительный расход воды
через абонентскую систему зависит
только от сопротивления сети и не
зависит от абсолютного расхода воды
в сети.
2. Если к сети присоединено п або-
нентов, то отношение расходов воды
через абонентские установки d и т,
где d<^tn, зависит только от сопро-
тивления сети, начиная от узла d (по
ходу тепла), и не зависит от сопро-
тивления сети до узла d (фиг. 5-7).
$е,п $к,п
$Е,п $К,п
Sltn $'т,п
$L,n
Г- (5-19)
^т
При изменении сопротивления како-
го-либо участка тепловой сети отноше-
ние расхода воды у абонентов, распо-
ложенных после этого участка (по
ходу тепла) не изменяется. Это значит,
что у всех абонентов, расположенных
после участка с измененным сопротив-
лением, расход воды изменяется про-
порционально. В той части сети, где
расход меняется пропорционально, до-
статочно определить степень изменения
расхода только у одного абонента.
Если в тепловой сети работают на-
сосные подстанции, то при расчете ги-
дравлического режима частное от де-
ления напора насоса на квадрат рас-
хода воды учитывают как отрицатель-
ное сопротивление
Ннч кг час2
V* м2мв
(5-20)
S
н
где Нк и VH — напор, развиваемый на-
сосной подстанцией, м,
и расход воды через
нее, м?1час.
Характер ожидаемой разрегулиров-
ки может быть легко установлен из
р ассмотрения пьезометр ического пр а -
фика без проведения специальных рас-
четов. Расчеты требуются только для
в ы яв л ен и я к о л и ч ественн ы х зн а ч ен и й
разрегулировки. Так, например если в
какой-либо точке х закрытой водяной
сети искусственно изменяется распола-
ППШ ППШ
Фиг. 5-8. Изменение пьезометрического гра-
фика.
а — при местном регулировании; б — при централь-
ном регулировании.
гаемый напор, например из-за отклю-
чения абонента (фиг. 5-8,а), а напор
на станции остается неизменным, то
в сети возникает соответственная раз-
регулировка. При этом все абоненты,
расположенные между станцией и точ-
кой искусственного изменения напора
х, испытывают . непропорциональную
разрегулировку, а все абоненты, распо-
ложенные после точки х,— пропорцио-
нальную разрегулировку.
На участке с непропорциональной
раз регули ров кой на ибо л ьш а я р азр егу -
лировка имеет место у точки искус-
ственного изменения напора, а наи-
меньшая— на станции. Если на стан-
ции изменяется располагаемый напор,
а сопротивление сети S остается неиз-
менным, то во всей сети возникает
соог ветств ен н а я пропорцион ал ьн а я
разрегулировка (фиг. 5-8,6).
5-3. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГУЛИРУЮЩИХ
ОРГАНОВ
Во многих абонентских установках,
присоединенных к тепловой сети, -про-
изводится вручную или автоматически
местное регулирование расхода тепло-
носителя. Для получения плавного ре-
гулирования необходимо, чтобы пере-
мещение штока исполнительного орга-
на вызывало равномерное изменение
расхода теплоносителя.
Рассмотрим, от каких факторов за-
висит характеристика регулирующих
органов, т. е. закон изменения расхода
теплоносителя от степени открытия ре-
гулирующего органа. На фиг. 5-9 по-
казана схема движения теплоносителя
через абонентскую установку Д, где
78
Гидравлический режим
[ гл. 5
Вход ооды У рз
А
Выход ооды рз
Фиг. 5-9. Схема движения
теплоносителя.
К — регулировочная задвижка; pi —
давление перед регулировочной за-
движкой, кг/м2; р2 — давление после
абонентской установки, кг/м2\ рз—дав-
ление после регулировочной задвижки,
кг/м2.
В тепловых сетях давления р\ и р2
на абонентском вводе 'могут практиче-
ски приниматься постоянными незави-
симо от положения регулировочной за-
движки у абонента.
Расход теплоносителя через або-
нентскую установку при полном от-
крытии задвижки К может быть пред-
ставлен выражением
У'= |/ Р1~Р2; , (5-21)
где Sa — сопротивление абонентской
кг час2
установки, -те-;
Sp — сопротивление регулировоч-
ной задвижки /С при полном
кг час2
открытии,
При прикрытии задвижки К расход
воды в местной системе изменится и
составит;
v=l/tK' <5-22)
где Sp — новое сопротивление задвиж-
ки (более высокое), •
На основании уравнений (5-21) и
(5-22) можно найти степень изменения
расхода воды при прикрывании за-
движки;
Как видно из уравнения (5-23), из-
менение расхода воды при регулирова-
нии зависит от двух величин:
а) отношения сопротивления мест-
ной системы к сопротивлению регули-
ровочной задвижки при полном откры-
тых
тии —- ;
\sp)
б) -характера изменения сопротив-
ления исполнительного органа от хода
(Sp\
штока -VI.
На фиг. 5-10 показана зависимость
расхода воды через абонентскую уста-
новку от степени открытия параллель-
ной задвижки диаметром 50 мм при
различном значении сопротивления або-
нентской установки Sa [Л. 73]. При
большом сопротивлении абонентской
/о . мл кг час2\
установки I 5а = 100 - ) влияние
степени открытия задвижки на расход
воды сказывается практически только
на 400/Охода задвижки (о<С-4-<СОЛ\
‘ \ "о )
При уменьшении сопротивления мест-
ной системы увеличивается длина хода,
на котором открытие задвижки изме-
няет расход воды через абонентскую
г-г о г» кг час2
установку. При Sa — 2 расход
воды изменяется на всей длине хода
задвижки практически прямо пропор-
ционально ходу штока. При дальней-
шем уменьшении сопротивления систе-
мы пропорциональность расхода воды
от степени открытия задвижки несколь-
ко нарушается.
Фиг. 5-10. Зависимость расхода
воды от степени открытия задвиж-
ки диаметром 50 мм
§ 5-3]
Гидравлическая характеристика регулирующих органов
79
При 5а = 0
(5-24)
т. е. степень изменения расхода воды
зависит только от сопротивления регу-
лировочного органа.
На основании выражения (4-17) за-
висимость сопротивления регулировоч-
ного органа от степени открытия может
быть представлена уравнением
Sp= = 0,00392 , (5-25)
где f — площадь открытия клапана для
прохода жидкости, м2\
5— коэффициент местного сопро-
тивления, отнесенный к пло-
щади, открытой для прохода
жидкости;
у — удельный вес жидкости, кари3.
При средней температуре воды
в сети 75°С
Sp = 3,82-^-. (5-25а)
На фиг. 5-11 показана зависимость
S = для параллельных задви-
\ ^0 /
жек [Л. 73], где I — ход клапана;
— номинальный диаметр запорного
органа.
Часто диаметры исполнительных
органов вибираются не по располагае-
мому перепаду давлений, а по диа-
метру подводящих трубопроводов, т. е.
принимаются завышенными. Это значи-
тельно затрудняет регулирование, так
как из-за малого значения величины
/ / S \
сопротивления Sp отношение । —т j по-
лучается большим. Такой исполнитель-
ный орган имеет очень неблагоприят-
ную характеристику, оказывая воздей-
ствия на изменение расхода воды лишь
на незначительной части хода клапана
в положении, близком к полному за-
крытию. На большей части хода поло-
жение клапана практически не оказы-
вает влияния на изменение расхода
воды.
Для уменьшения величины отноше-
/5а\
ния I — следует регулировочные за-
\$р 1
движки выбирать с повышенным гид-
Фиг. 5-11, Зависимость сопротивления
от степени открытия задвижки.
равлическим сопротивлением, гася
в них весь избыточный перепад дав-
лений, имеющийся на абонентском
вводе.
Гидравлическое сопротивление вен-
тилей и задвижек растет с уменьше-
нием их диаметра, поэтому при нали-
чии избыточного перепада давлений
на вводе следует выбирать испол-
нительные органы уменьшенных диа-
метров.
На основе уравнения (4-16) диа-
метр регулирующего органа для воды,
а также для пара при (где
v — критическое отношение давлений)
должен выбираться по формуле
где G — расчетный расход теплоноси-
теля, кг)сек,
&р = Р1 — р3 — перепад давлений
в регулирующем органе при
полном его открытии, кг/м2-,
80
Гидравлический режим
[ гл. 5
у — удельный вес теплоносителя
при давлении ? кг)м3\
5 — коэффициент местного сопро-
тивления при полном откры-
тии регулирующего органа.
Для водяного пара можно прини-
мать v = 0,56. Для воды при 7 =
= 975 лггри3 (/ = 75° С)
d = 0,097 Г м. (5-27)
у/?-
В качестве запорных и регулиро-
вочных органов в тепловых сетях 'при-
меняются вентили и задвижки. Отли-
чительным признаком вентиля являет-
ся движение запирающего органа —
кл апанной тарелки —-перпендикулярно
к плоскости закрываемого сечения.
У задвижек запирающий орган пере-
мещается параллельно плоскости за-
крываемого сечения. Вентили являют-
ся запорным органом для паропрово-
дов и дренажных устройств. Задвижки
применяются обычно в качестве запор-
ных органов для водяных линий. Ос-
новным преимуществом вентилей по
сравнению с задвижками являются бо-
лее высокая герметичность запора и
простота ремонта. Герметичность вен-
тилей обеспечивается притиркой кла-
пана к седлу.
Нормальные вентили (фиг. 5-12,а)
имеют большое сопротивление, вызы-
ваемое резким изменением направле-
ния движения теплоносителя в корпусе
вентиля. Меньшее сопротивление име-
ют вентили типа «Косва» (фиг. 5-12,6).
Еще меньшее сопротивление прямоточ-
ных вентилей (фиг. 5-12,в). Сопротив-
ление прямоточных вентилей не превы-
шает сопротивления нормальных за-
движек.
В енти л и уст ан ав ли в аютс я т ак и м
образом, что теплоноситель поступает
под клапан. Это обеспечивает возмож-
ность смены и набивки сальника при
закрытом вентиле, без спуска теплоно-
сителя из сети. Уплотняющая поверх-
ность запорного органа выбирается в
зависимости от рода и параметров теп-
лоносителя. При холодной воде уплот-
няющая поверхность вентилей выпол-
няется из кожи или резины, при горя-
чей воде—из бронзы или латуни, при
насыщенном или перепретом паре—из
нержавеющей стали. При установке
вентиля должен быть обеспечен надеж-
ный дренаж конденсата из его корпуса
для того, чтобы при включении паро-
провода в работу в вентиле не возни-
кало гидравлических ударов, могущих
привести к разрушению теплопровода.
Основн ы м и достоин ст в а м и з ад в и -
жек по сравнению с вентилями являют-
ся сохранение прямолинейного движе-
ния теплоносителя и связанные с этим
низкое гидравлическое сопротивление и
малые габариты по оси трубопровода.
Недостатками являются большие габа-
риты в плоскости клапана, трудность
обработки уплотняющих поверхностей,
меньшая плотность запора. По конст-
руктивному выполнению запорного ор-
гана задвижки делятся на клинкетные
и шиберные [Л. 78]. В клинкетных за-
Фиг. 5-12а. Нормальный вентиль. Фиг. 5-126. Вентиль Косва. Фиг. 5-12в. Прямоточный вентиль
§ 5-4]
Гидравлическая устойчивость
81
Фиг. 5-13а. Клинкерная задвижка.
Фиг. 5-136. Шиберная задвижка.
движках (фиг. б-13а) запорный диск
имеет форму клина, перемещаемого
между наклонными уплотнительными
кольцами -корпуса. В шиберных за-
движках (фиг. 5-136) запорный орган
состоит из двух параллельных уплот-
нительных дисков, распираемых при
помощи клина., упирающегося в дно
корпуса задвижки.
При больших диаметрах задвижек
для разгрузки запорного диска при от-
крытии задвижки устраивают обводные
трубы — -байпасы. Открывая на байпа-
се задвижку малого диаметра (25—
50 мм), выравнивают давление с обеих
сторон запорного диска, после чего от-
6 Е. Я. Соколов.
крытие задвижки не требует больших
усилий.
Корпуса вентилей и задвижек вы-
полняются из бронзы, чугуна и сталь-
ного литья. Бронза применяется только
для арматуры малого диаметра (до
50 мм) и при низких температурах
теплоносителя (не выше 200°С). При
более высоких темпер атурах меха-
ническая прочность бронзы резко па-
дает. Чугунная арматура применяет-
ся: а) при температуре теплоносителя
не выше 300° С; б) при рабочем дав-
лении не выше 13 ати для диаметров
до 200 мм, а при рабочем давлении не
выше 8 ата для диаметров до 300 мм.
При диаметрах выше 300 мм и давле-
нии выше 8 ати рекомендуется приме-
нение в тепловых; сетях запорной арма-
туры из стального литья.
5-4. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ
-Влияние переменного расхода воды
в тепловой сети на гидравлический ре-
жим неавтоматизированных местных
систем может быть значительно ослаб-
лено при повышении гидравлической
устойчивости системы. Под гидравличе-
ской устойчивостью понимается спо-
собность системы поддерживать задан-
ный гидравлический режим. Чем устой-
чивее система, тем меньше влияние
гидравлического режима всей системы
на гидравлический режим отдельных
абонентских установок. При питании
от общей тепловой сети разнородных
тепловых потребителей невозможно без
авторегулирования абонентских вводов
добиться идеальной -гидравлической
устойчивости системы. Однако путем
правильной регулировки можно значи-
тельно улучшить гидравлическую ус-
тойчивость.
Для количественной оценки -гидрав-
лической устойчивости местной систе-
мы пользуются коэффициентом гидрав-
лической устойчивости, под которым
понимается отношение расчетного рас-
хода воды в местной системе к макси-
мально возможному действительному
расходу воды. Чем ближе к единице
коэффициент гидравлической устойчи-
вости, тем устойчивее гидравлический
режим. Коэффициент гидравлической
устойчивости абонентских вводов, осна-
82
Гидравлический режим
[ гл. 5
щенных авторегуляторами расхода, ра-
вен единице, так как расход воды че-
рез такие абонентские системы соот-
ветствует тепловой нагрузке.
Если на абонентских вводах отсут-
ствуют авторегуляторы, то при изме-
нении гидравлического режима систе-
мы расход воды через отдельные або-
нентские вводы может изменяться в
широких пределах и коэффициент гид-
равлической устойчивости отдельных
абонентских вводов значительно откло-
няется от единицы. Максимальная раз-
регулировка в абонентских системах
будет иметь место при .максимальном
отклонении действительного распола-
гаемого напора на абонентском вводе
от расчетного располагаемого напора.
При отключении абонентов от тепловой
сети снижается расход воды в сети,
уменьшаются потери напора в сети и
возрастает располагаемый напор на
абонентских вводах. В пределе, когда
потери напора в тепловой сети делают-
ся незначительными по сравнению с
располагаемым напором на коллекто-
рах станции, располагаемый напор на
абонентских вводах практически дела-
ется равным располагаемому напору
на станции и степень изменения расхо-
да в абонентских системах достигает
своего максимального значения.
Учитывая квадратичную зависи-
мость между расходом воды и потерей
напора, можно написать следующее
выражение для коэффициента гидрав-
лической устойчивости абонентской си-
стемы при отсутствии авторегулиро-
вания на абонентском вводе:
1
LJ
л сети
(5-28)
где Нст— напор на станции;
Наб — располагаемый напор на
абонентском вводе при рас-
четном расходе воды;
Нсети — потеРя напора в тепловой
сети при расчетном расходе
воды.
Уравнение (5-28) показывает, что
гидравлическая устойчивость абонент-
ских систем тем выше, чем меньше по-
теря напора в тепловой сети и чем
больше потеря напора на абонентском
вводе.
Для повышения гидравлической ус-
тойчивости системы надо все избытки
напора, имеющиеся в сети, погл-ощать
при помощи сопротивлений (соплаэле-
ваторов, шайбы) или при помощи ре-
гулировочных клапанов на абонентских
вводах или у теплопотребляющих при-
боров абонентов. В сети следует ма-
ксимально снижать потери напора, ра-
ботая всегда с полностью открытыми
задвижками.
Для обеспечения надежной работы
тепловых сетей и местных систем необ-
ходимо ограничить возможные в усло-
виях эксплуатации изменения давлений
в тепловой сети допустимыми преде-
лами. Для поддержания требуемого
уровня давлений в тепловой сети и
местных системах в одной точке, а при
сложных условиях рельефа в несколь-
ких точках тепловой сети искусственно
по дд е р ж ив а ют п остоянно е д а в лен и е
как при работе сети, так и в статиче-
ском состоянии системы [Л. 18]. Точ-
ки, в которых давление поддерживает-
ся постоянным, называются нейтраль-
ными точками системы.
Фиксирование давления может быть
произведено на любой из линий —по-
дающей или обратной. Однако, по-
скольку давление в местных системах
определяется в основном давлением н
обратной линии сети, закрепление дав-
ления на обратной линии более эффек-
тивно с точки зрения устойчивости дав-
лений в местных установках. Если теп-
ловая сеть состоит из одной магистра-
ли, то для закрепления режима давле-
ний достаточно в одной из точек этой
магистрали поддерживать постоянное
давление. В тепловых сетях, состоя-
щих из многих магистралей, питаемых
одной станцией, закрепление нейтраль-
ной точки только на одной из работаю-
щих линий не обеспечивает необходи-
мой устойчивости гидравлического ре-
жима. Для примера на фиг. 5-14 .при-
ведена тепловая сеть, состоящая из
двух параллельных магистралей: abed
и akld, /, 2, 5, 4, 5— абоненты, при-
соединенные к тепловой сети. Ней-
§ 5-4]
rf"идравлическая устойчивость
83
Фиг. 5-14. Пьезометрический график двухтрубной
тепловой сети при переменном
режиме.
тральная точка О фиксирует напор Но
на линии dl.
Проследим, как меняются давления
в тепловой сети при переменном расхо-
де воды. При нормальном (расчетном)
гидравлическом режиме пьезометриче-
ские графики сети имеют вид: ABCD и
AKLD. При изменении расхода воды
в магистрали akld пьезометрические ли-
нии этой магистрали занимают более
крутое или более пологое положе-
ния, в связи с чем происходит измене-
ние давления на всасывающем и нагне-
тательном коллекторах циркуляцион-
ных насосав и одновременно во всех
м агистр а лях теплосети, пр исоединен -
ных к этим коллекторам. Особенно
сильное изменение давления в сети бу-
дет иметь место, .когда циркуляция в
магистрали akld полностью прекратит-
ся. В этом ‘случае пьезометрический
график магистрали akld совпадаете го-
ризонтальной линией статического на-
пора. Напор во всасывающем патрубке
насоса повысится до статического -уров-
ня Яо, чгго вызовет значительное повы-
шение напора -во всех точках магистра-
ли abed. Пьезометрический график ма-
гистрали изобразится для этого
случая кривыми Д"В"С'7)".
Если статический напор HQ
значительно превышает нормаль-
ный напор Нь во всасывающем
патрубке насоса, то последний
режим может привести к резкому
повышению напоров и авариям *в
системе. В условиях сравнитель-
но ровного профиля, когда мож-
но установить -общее статическое
давление для всей системы тепло-
снабжения, ограничиваются од-
ной нейтральной точкой в систе-
ме. Эту нейтральную точку мож-
но установить на перемычке, со-
единяющей нагнетательный кол-
лектор сетевых насосов со всасы-
вающим коллектором. Давление в
нейтральной точке является им-
пульсом, регулирующим величину
подпитка в тепловую сеть.
На фиг. 5-1'5 приведена .прин-
ципиальная схема подпиточного
устройства с регуляторами, уп-
равляемыми от нейтральной точ-
ки, расположенной у перемычки
сетевого насоса.
Степень открытия клапанов 2
и 3 регулируется мембранами. При
понижении давления в нейтральной
точке снижается давление на мембра-
ну клапана 2.
В связи с этим z увеличивается от-
крытие клапана 2 и возрастает под-
качка воды подпиточным насосом в
тепловую сеть. Повышенная подкачка
воды в тепловую сеть приводит к вос-
становлению давления в нейтральной
точке. При повышении давлений в ней-
тральной точке давление на мембрану
клапана 2 возрастает, и клапан -при-
Фиг. 5-15. Принципиальная схема подпиточ-
ного устройства.
1 — подпиточный насос; 2 — подпиточный клапан;
3—^дренажный клапан; 4—перемычка; 5 — циркуля-
ционный насос.
5*
84
Гидравлический режим
[гл. 5
Фиг. 5-16. Пьезометрический график сети при
закреплении нейтральной точки на
перемычке.
крывается. В связи с этим снижается
подкачка воды в тепловую сеть, что
должно привести к восстановлению
давления в нейтральной точке.
Если при полном закрытии клапа-
на 2 давление в нейтральной точке
продолжает возрастать, то происходит
открытие дренажного клапана 3 и часть
воды из тепловой сети 'сливается
в дренаж. Клапан 3 остается откры-
тым до тех пор, пока давление в ней-
тральной точке не восстановится. На
фиг. 5-16 приведен пьезометрический
график такой системы. Здесь ABCD и
AKXD—пьезометрические графики ма-
гистралей тепловой сети: AOD — пье-
зометрический график перемычки; О —
нейтральная точка на перемычке. Во
время работы в перемычке происходит
непрерывная циркуляция воды по на-
правлению от нагнетательного патруб-
ка насоса к нейтральной точке О и от
нейтральной точки к всасывающему
патрубку.
Если почему-либо утечки из тепло-
вой сети возрастают, то -сначала про-
исходит некоторое падение давления в
сети, а с ним понижение давления в
нейтральной точке. Это вызывает уве-
личение открытия клапана 2 и рост
подпитка. Обратное явление происхо-
дит в случае (прироста объема воды в
сети, например при повышении темпе-
ратуры воды в сети. При применении
авторегуляторов прямого действия
трудно добиться высокой точности под-
держания регулируемого -параметра.
Большая точность регулирования дав-
ления в нейтральной точке достигается
при применении авторегуляторов не-
прямого действия.
При большой разности геодезиче-
ских Отметок местности, когда невоз-
можно принять одно статическое дав-
ление для всей системы теплоснабже-
ния, приходится устанавливать в си-
стеме несколько нейтральных точек.
В этом случае основная нейтральная
точка устанавливается на станции.
Поддержание постоянного давления в
этой основной нейтральной точке осу-
ществляется при помощи подпиточного
устройства. Дополнительные нейтраль-
ные точки устанавливаются в проме-
жуточных точках сети, обычно на об-
ратных линиях, а поддержание посто-
янного давления в этих нейтральных
точках осуществляется путем измене-
ния сопротивления отдельных участков
сети при помощи регулирующих уст-
ройств или насосов [Л. 18, 93].
Для фиксации давлений в неболь-
ших водяных сетях «иногда применяют-
ся расширители. Расширитель пред-
ставляет собой открытый сосуд, уста-
новленный на высоте, равной напору
в нейтральной точке. Для поддержа-
ния постоянного уровня расширитель
присоединяется к водопроводу через
шаровой клапан. Выше заданного уров-
ня воды в расширителе устанавливает-
ся переливная труба. При повышении
температуры воды избыточный объем
ее, лолучивш'ийся от термического рас-
ширения, поступает в расширитель.
При достижении уровня сливной тру-
бы избыток воды из расширителя сли-
вается в канализацию или запасной ре-
зервуар. При понижении температуры
воды в системе вода из расширителя
поступает в систему и компенсирует
сокращение объема воды от охлажде-
ния. Возможные утечки -воды из систе-
мы также пополняются из расширите-
ля. Все устройство работает автомати-
чески «и не нуждается в постоянном об-
служивании. Эти преимущества и об-
условили распространение расширите-
лей в отопительной технике.
В условиях централизованного теп-
лоснабжения расширитель не нашел
широкого распространения главным об-
разом из-за необходимости предвари-
тельной обработки воды, вводимой в
тепловую сеть (деаэрация, умягчение),
что исключает прямое соединение теп-
ловой сети с водопроводом.
§ 6-2]
Системы регулирования
85
ГЛАВА ШЕСТАЯ
РЕДКИМ ОТПУСКА ТЕПЛА
О*
bd
со
СХ
са
s
о
CQ
О
ч
к
н
о
S
43
03
3
S3
о
03
3
S3
сх
с
6-1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
t'H — расчетная наружная температура,
соответствующая максимальному
расходу тепла на отопление, °C
(расчетные наружные температу-
ры для ряда районов СССР см.
приложение 1);
tn — произвольно выбранная наружная
температура
/в' — расчетная внутренняя температу-
ра отапливаемых помещений, °C;
Q1 — максимальный расход тепла,
ккал1час (для отопительной на-
грузки Q' соответствует наружной
температуре /н);
с'—температура воды в по- г
дающей магистрали теп-
ловой сети;
х2 — температура обратной во-
ды;
т3 — температура воды в по-
дающем стояке местной
системы после смешения
на вводе,
W — перепад температур воды
в тепловой сети
8т-
6' — перепад температур воды
в местной системе
6' = V~V-
к— средняя температура на-
гревательного прибора в
местной системе
' _ Ъ + т2 .
Хср 2 ’
t'cp—средняя температура на-
греваемой среды;
А/1— температурный напор в
нагревательном приборе
местной системы
Ы'—г —t' ;
ср ср ’
k* — коэффициент теплопереда-
чи нагревательных прибо-
ров местной системы;
G'—расход воды в тепловой
сети;
*т, G— Те Же
величины при произвольной теп-
ловой нагрузке Q<Q';
и — коэффициент смешения, т. е. от-
ношение расхода подмешиваемой
воды из обратной линии к рас-
ходу воды из подающей линии
тепловой сети;
f — поверхность нагревательных при-
боров, м2\
_Q.
Q-
G=
G_.
k_.
kf}
бт
6 =
k =
М —
е
Ь' •
6-2. СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Тепловая -нагрузка абонентов не по-
стоянна. Она меняется в зависимости
от различных условий: температуры
наружного воздуха, режима работы
технологического оборудования и дру-
гих факторов. Для обеспечения высо-
кого качества теплоснабжения, а так-
же экономичной выработки тепла на
станции и транспорта его по тепловым
сетям устанавливается определенная
система регулирования отпуска тепла.
В зависимости от пункта осущест-
вления регулирования различают цент-
ральное и местное регулирование. Цен-
тральное регулирование производится
на станции. Местное регулирование
осуществляется на абонентских вводах
или непосредственно у теплопотреб-
ляющих приборов. В отношении эконо-
мичного режима работы станции и
удобства эксплуатации тепловых сетей
центральное регулирование является
наиболее желательным. Однако цент-
ральное регулирование возможно лишь
при однородной тепловой нагрузке. В
большинстве -случаев тепловая нагруз-
ка разнородна. В одном и том же рай-
оне к тепловым сетям присоединяются
отопител ьно-венти л яци онн ые уст а н ов -
ки, установки .горячего водоснабжения,
технологические аппараты и т. д. В
этих условиях применяется комбиниро-
ванное регулирование, которое заклю-
чается в том, что центральное регули-
86
Режим отпуска тепла
[ । л 6
рование проводится для основного ви-
да тепловой нагрузки, а у абонентов,
тепловая нагрузка которых отличается
от основной, вводится дополнительное
местное регулирование.
Наиболее целесообразным методом
(местного регулирования является авто-
матическое регулирование. При авторе-
гулировании достигается полное соот-
ветствие между отпуском тепла и теп-
лопотреблением, т. е. устраняются бес-
полезные перерасходы тепла из-за пе-
регрева абонентов, а также недодача
тепла абонентам. Идеальное решение
этой задачи возможно при установке
индивидуальных -авторегуляторов не-
посредственно на теплопотребляющих
приборах. Однако авторегул-ирование
непосредственно у приборов связано с
применением большого -количества ин-
дивидуальных регуляторов, что требует
больших начальных затрат и не всег-
да выполнимо из-за ограниченного про-
изводства таких регуляторов. Поэтому
в современных условиях приходится
идти на более простое -и более дешевое,
но зато менее совершенное решение
этой задачи.
Вместо установки автоматических
регуляторов на каждом приборе уста-
навливается регулятор на всю абонент-
скую установку; таким образом, инди-
видуальное регулирование отдельных
приборов заменяется групповым. Н-а
каждом абонентском вводе устанавли-
ваются регуляторы, управляющие по-
дачей тепла в -группы однотипных .при-
боров, т. е. приборы, удовлетворяющие
один и тот же-вид тепловой нагрузки.
В этом случае, у каждого абонента
устанавливается сравнительно неболь-
шое количество регуляторов. Однако
при такой системе регулирования пода-
ча тепла проводится по среднему па-
раметру для всей установки или по па-
раметру, -замеряемому в некоторых
контрольных точках установки, напри-
мер по внутренней температуре в кон-
трольных помещениях отапливаем ых
зданий. При наличии в местной систе-
ме разрегулировки имеет место нару-
шение требуемого температурного ре-
жима в отдельных точках, хотя сред-
нее значение регулируемого параметра
в контрольной точке системы при этом
выдерживается.
Для высокого качества теплоснаб-
жения необходима тщательная регули-
ровка абонентских установок, обеспе-
чивающая ♦ правильное распределение
теплоносителя по приборам местной
системы. Без этого условия авторегу-
лирование абонентских вводов не мо-
жет значительно повысить качество
теплоснабжения. В системах, в кото-
рых -отсутствует не только автоматиче-
ское регулирование отдельных прибо-
ров, но и автоматическое регулирова-
ние абонентских вводов, приходится
осуществлять местное регулирование
вручную.
Основное количество тепла в або-
нентских системах расходуется для на-
гревательных целей, поэтому тепловая
нагрузка зависит, в первую очередь, от
режима теплоотдачи нагревательных
приборов. Нагревательные приборы
абонентских установок весьма разно-
образны по своему характеру, конст-
рукции и техническому оформлению.
Здесь мы встречаем: отопительные при-
боры, отдающие тепло воздуху по за-
конам радиации и свободной конвек-
ции; вентиляционные калориферы, на-
гревающие воздух, движущийся с боль-
шой скоростью вдоль поверхности на-
грева; различные технологические ап-
параты, в которых пар или вода нагре-
вают вторичный агент.
Несмотря на все 1многообразие, теп-
лоотдача всех нагревательных прибо-
ров может быть описана общим урав-
нением:
Q — kf^tn ккал, (6-1)
где п— длительность работы прибора,
час.
Как видно из выражения (6-1), теп-
ловая нагрузка может регулироваться
четырьмя способами: коэффициентом
теплопередачи нагревательных прибо-
ров, величиной включенной поверхно-
сти нагрева, средней разностью тем-
ператур между греющей и нагревае-
мой средой длительностью работы. Из
указанных четырех способов наиболее
широкие возможности регулирования
тепловой нагрузки дает метод -измене-
ния средней разности температур. При
однородной тепловой нагрузке этот ме-
тод регулирования может осущест-
вляться как центральным путем со
станции, так и на местах непосредст-
венно у абонентов. При разнородной
§ 6-2]
Системы регулирования
87
тепловой нагрузке, имеющей место в
большинстве случаев, возможность
центр а л ьн о го р егу л ир ов-ани я м его д oim
изменения средней разности темпера-
тур в известной мере ограничена, так
как температура теплоносителя в теп-
ловой сети не может выходить за
пределы, удовлетворяющие (всех по-
требителей, требования которых к
температуре теплоносителя разнооб-
разны.
Сравнительно большой диапазон
регулирования теплоотпуска дает изме-
нение числа часов работы нагреватель-
ных приборов, т. е. регулирование про-
пусками. Применение этого способа
регулирования непосредственно у або-
нентов не вызывает трудностей. Зна-
чительно сложнее центральное приме-
нение этого способа. Сложность заклю-
чается в том, ’что время пропусков, т. е.
начало и конец перерывов в подаче
тепла, должно удовлетворять всех по-
требителей, режим работы которых
весьма разнообразен. Кроме того, дли-
тельность пропусков не должна выхо-
дить за пределы, допускаемые аккуму-
лирующей способностью абонентских
систем. Эти обстоятельства ограничи-
вают область центрального регулиро-
вания пропусками.
Регулирование отпуска тепла путем
изменения величины активной поверх-
ности f нагревательных приборов воз-
можно главным образом местным пу-
тем. Регулирование отпуска тепла
путем искусственного изменения коэф-
фициента теплопередачи k нагреватель-
ных приборов возможно лишь в весь-
ма узких пределах, так как коэффи-
циент теплопередачи является доста-
точно постоянной величиной. Таким
образом, наиболее действенным и удоб-
ным способом является регулирование
отпуска тепла путем изменения сред-
ней разности температур. Этот метод
регулирования получил в системах теп-
лоснабжения наиболее широкое .при-
менение. Все другие методы регулиро-
вания имеют ограниченное, вспомога-
тельное значение.
Средняя разность температур может
быть представлена в первом прибли-
жении как разность между средней
температурой греющей среды и сред-
ней температурой нагреваемой среды:
М = , (6-2)
где и t2 — температура нагреваемой
среды при входе и вы-
ходе из нагревательного
прибора.
Так как температуры нагреваемой
среды ti и t2 являются обычно величи-
нами заданными, то регулирование
средней разности температур сводится
к регулированию средней температу-
ры прибора Т1 >2. Способ изменения
средней температуры прибора зависит
от вида теплоносителя. В случае пара
средняя температура нагревательного
прибора регулируется путем изменения
давления пара. Если абонентские уста-
новки не приспособлены для работы
под вакуумом, то возможный диапазон
регулирования теплоотдачи путем из-
менения давления пара довольно огра-
ничен. Минимальное давление пара в
нагревательных приборах составляет в
этом случае 1 ата, а минимальная тем-
пература прибора—100° С.
Для получения широкого диапазона
регулирования надо менять давление
пара в установке в больших пределах.
.При максимальном давлении пара на
абонентском вводе 4—5 ата средняя
температура прибора при дросселиро-
вании пара от 5 до 1 ата изменяется
.от 150 до 100° С, т. е. всего в 1,5 раза.
Центральное регулирование паро-
вых систем облегчается при введении
в абонентских установках промежуточ-
ного теплоносителя — воды, нагревае-
мой паром в специальных теплообмен-
никах 'или непосредственно в тепловых
приборах. В паровых сетях применяет-
ся главным образом местное регулиро-
вание; изменением давления пара или
периодическими перерывами в подаче
пара — пропусками.
Более широкие возможности цент-
рального регулирования тепловой на-
грузки дает вода.
Средняя температура нагреватель-
ных приборов в этом (случае может ре-
гулироваться следующими путями:
1) одновременным изменением тем-
пературы теплоносителя на входе и
выходе из прибора;
2) изменением температуры тепло-
носителя только на выходе из прибора.
88
Режим отпуска тепла
[гл. &
В зависимости от метода воздейст-
вия на среднюю температуру нагрева-
тельного прибора возможны три систе-
мы регулирования водяных сетей:
а) качественное регулирование, за-
ключающееся в регулировании отпуска
тепла путем изменения температуры
теплоносителя, подаваемого абоненту
при сохранении постоянным количест-
ва (расхода) теплоносителя;
б) количественное регулирование,
заключающееся в регулировании отпу-
ска тепла путем изменения расхода
теплоносителя при постоянной темпе-
ратуре его в подающей линии;
в) качественно-количественное ре-
гулирование, заключающееся в регу-
лировании отпуска тепла путем одно-
временного изменения расхода и тем-
пературы теплоносителя.
Приемлемость того или иного мето-
да регулирования определяется харак-
тером присоединенных абонентских ус-
тановок. В городах, где основной теп-
ловой нагрузкой ^является отопление,
выбор метода регулирования средней
температуры отопительных приборов
определяется, в первую очередь, харак-
теристикой местных отопительных уста-
новок.
В двухтрубных системах отопления,
кроме внешнего перепада давлений,
создаваемого водоструйным элевато-
ром, циркуляционным насосом или не-
посредственно теплосетью, в местной
системе действует гравитационный пе-
репад давлений:
= М?2 — Тз) кг1м2, (6-3)
где L — высота прибора над уровнем
ввода, лг,
Тз и Ь— удельный вес воды в по-
дающем и обратном стоя-
ках отопительной системы,
кг]м3.
Гравитационный перепад имеет наи-
большее значение для верхних прибо-
ров и ’наименьшее для нижних прибо-
ров. В неотрегулированных двухтруб-
ных системах расход воды через
верхние приборы постоянно превышает
расчетный, а через нижние—постоянно
меньше расчетного. Это вызывает си-
стематический перегрев помещений
верхних этажей и недогрев нижних по-
мещений. При правильной начальной
регулировке двухтрубных отопитель-
ных систем этот недостаток можно ос-
лабить, установив при каком-либо од-
ном температурном режиме, например
при режиме средней зимней температу-
ры, правильное распределение расхода
воды по этажам. Однако, поскольку
величина гравитационного перепада
давлений является функцией темпера-
турного режима воды в местной систе-
ме (удельный вес воды зависит от тем-
пературы), то при изменении темпера-
туры воды в местной системе и посто-
янном внешнем перепаде давлений на
вводе нарушается распределение рас-
хода воды по этажам, установленное
при начальной регулировке.
Влияние гравитационного перепада
на характер распределения расхода во-
ды по этажам в двухтрубных отопи-
тельных системах 'можно заметно
уменьшить или полностью устранить
двумя методами:
1) создать условия, при которых
величина перепада давлений, постоян-
но действующего в стояках местной
отопительной системы, значительно
превышала гравитационный перепад;
2) искусственно изменять перепад
давлений в стояках местных отопитель-
ных систем пропорционально гравита-
ционному перепаду.
При применении первого метода
искусственно увеличивают расход во-
ды в местной отопительной установке
таким образом, чтобы относительное
значение гравитационного перепада
было невелико по сравнению с полным
падением давления в местной системе.
При элеваторной схеме присоединения
это достигается увеличением коэффи-
циента смешения элеваторов, при на-
сосном смешении — увеличением пода-
чи смесительного насоса. При приме-
нении этого метода не требуется высо-
кой точности начальной регулировки
местных систем, так как увеличение
расхода воды в отопительной системе
выравнивает распределение расхода во-
ды по отопительным приборам и повы-
шает гидравлическую устойчивость
системы. Увеличение расходов воды яв-
ляется в условиях эксплуатации основ-
ным методом улучшении работы недо-
статочно хорошо отрегулированных
отопительных систем.
§ 6-2]
Системы регулирования
89-
При применении второго .метода од*
повременно с понижением температуры
воды уменьшают .внешний перепад дав-
лений на абонентском -вводе, а значит
и расход воды в местной системе. Для
того чтобы полностью исключить влия-
ние гравитационного перепада на рас-
пределение расхода воды по этажам,
каждому значению температуры воды,
поступающей в'местную систему, долж-
но в этом случае соответствовать со-
вершенно определенное значение рас-
хода воды в местной системе. При на-
рушении этого условия не будет исклю-
чено влияние гравитационного перепа-
да давлений на распределение расхода
воды по этажам.
Применение этого метода регулиро-
вания требует высокой точности на-
чальной регулировки местных систем,
так как при уменьшении расхода воды
особенно сильно проявляются дефекты
начальной регулировки. В этих услови-
ях незначительная разбалансировка в
сопротивлениях отдельных колец мест-
ной системы приводит к значительной
тепловой разрегулировке. Возможный
диапазон использования этого метода
зависит от качества начальной регули-
ровки местных систем.
уПри автоматизации абонентских
вводов основное применение в городах
имеет в настоящее время центральное
качественное регулирование, дополняе-
мое на абонентских вводах местным
автоматическим количественным регу-
лированием или регулированием пропу-
сками. Причем обычно местное регу-
лирование отопления осуществляется
методом пропусков, а местное регули-
рование вентиляции и горячего водо-
снабжения— количественным методом.
При питании станционных подогревате-
лей паром из отбора теплофикацион-
ных турбин выработка электрической
энергии на базе теплового потребле-
ния при качественном регулировании,
как правило, больше, чем при других
методах регулирования.
Количественное регулирование усту-
пает качественному в отношении ста-
бильности теплового режима отапли-
ваемых помещений. При количествен-
ном регулировании гравитационный пе-
репад давлений при максимальной теп-
ловой нагрузке невелик, имея те же
значения, что и при качественном ре-
гулировании. При снижении тепловой
нагрузки величина гравитационного пе-
репада резко возрастает, так как одно-
временно с уменьшением расхода воды
и снижением внешнего перепада дав-
лений на вводе увеличивается перепад
температур в приборах отопительной
установки. Это приводит к значитель-
ной вертикальной разрегулировке ото-
пительных установок высоких зданий.
Чем меньше гидравлическое сопро-
тивление отопительной установки и
больше ее высота, тем сильнее сказы-
вается вертикальная разрегулировка
при количественном регулировании.
Это обстоятельство ограничивает об-
ласть применения 'количественного ре-
гулирования в отопительных установ-
ках жилых и общественных зданий,,
имеющих, как правило, большую высо-
ту и малое гидравлическое сопротивле-
ние. В отопительных установках про-
мышленных зданий, имеющих обычно
небольшую высоту и повышенное гид-
р авлическо е сопр отивлен ие, кол ичест-
венное регулирование может быть при-
менено на некотором диапазоне, в пер-
вую очередь при невысоких темпера-
турах воды в сети.
Вследствие переменного расхода
воды в сети расход электроэнергии на
работу циркуляционных насосов при
количественном регулировании мень-
ше, чем при качественном. Уменьшение
расхода электроэнергии на перекачку
является, по существу, единственным
преимуществом количественного регу-
лирования по сравнению с качествен-
ным.
В отношении расхода электрической
энергии на перекачку теплоносителя
определенный интерес представляет
качественночколичественная система
регулирования, занимающая промежу-
точное положение между качественным
и количественным методами. При раз-
нородной тепловой нагрузке примене-
ние качественно-количественного регу-
лирования чрезвычайно затруднено из-
за необходимости осуществлять в этом
случае программное изменение расхо-
да воды на абонентском вводе.
Качественно-количественное регу-
лирование может найти полезное при-
менение при однородной тепловой на-
грузке, например при наличии в райо-
90
Режим отпуска тепла
[гл. 6
не только одной отопительной нагруз-
ки. Если в этом случае при примене-
нии качественно-количественного регу-
лирования перейти на повышенные ко-
эффициенты смешения элеваторов, то
можно в ряде случаев получить эко-
номию в расходе электрической энер-
гии на перекачку теплоносителя по
сравнению с качественным регулирова-
нием и одновременно улучшить каче-
ство теплоснабжения.
При разнородной тепловой нагруз-
ке, когда при применении одной систе-
мы центрального регулирования в те-
чение всего отопительного сезона не-
возможно сочетать требования различ-
ных абонентов, снабжаемых теплом от
единой тепловой сети, приходится из-
менять систему центрального регули-
рования на различных диапазонах ото-
пительного периода, т. е. принять так
наз ыв аемое комбинир ов анное регул и -
рование.
Перейдем к рассмотрению отдель-
ных систем регулирования. Сначала
рассмотрим центральное регулирование
однородной нагрузки, а затем комбини-
рованное регулирование разнородной
нагрузки.
Для всех систем регулирования дей-
ствительны следующие уравнения:
(6-4)
G = Qm, (6-5)
В зависимости от вида регулирова-
ния в уравнения (6-4) и (6-5) вводит-
ься дополнительные условия, характер-
ные для данного метода регулирова-
ния.
6-3 КАЧЕСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
Расчет качественного регулирования
заключается в определении температу-
ры воды в тепловой сети в зависимо-
сти от тепловой нарузки из условия
постоянного расхода воды .в сети.
В соответствии с температурными
графиками устанавливается режим по-
догрева воды на станции.
Для этого метода регулирования
тепловой нагрузки общие уравнения
регулирования (6-4) и (6-5) принима-
ют следующий вид:
m — 0, G = 1,
Q = = £д7. (6-6)
Рассмотрим метод построения тем-
пературных гр афиков качественного
регулирования для различных тепло-
вых нагрузок.
Температурные графики
для отопительной нагрузки
Задачей регулирования является
поддержание постоянной внутренней
температуры отапливаемых помещений.
В первом приближении можно при-
нять, что коэффициент теплопередачи
отопительных р адиаторов пропорцио-
нален корню четвертой степени из тем-
пературного напора
1= Д?-23. (6-7)
В этом случае
Q — Z'z—'Ki''25. (6-8)
Средний температурный напор в ото-
пительном приборе Д/ можно выра-
зить через температуры теплоноси-
теля:
Д£ = т — t
ср в •
Температура воды, поступающей
в систему (фиг. 6-1):
Средняя температура отопитель-
ного прибора
ср 2
С учетом уравнения (6-9)
написать:
_ +т2(1 +2и) .
ср 2(1 +и)
д/ _ Т1 + т2 (1 + 2ц) _/ '
1~ 2(1 + и)
МОЖНО
(6-10)
(6-11)
Фиг. 6-1. Схема отопительного ввода со сме-
сительным устройством.
§ 6-3 j
Качественное регулирование
Из совместного решения уравнений
(6-8)—(6-11) легко получить уравнения
температурных графиков для отопи-
тельной нагрузки
= z' + A/'Q0-8 + (от' — (6-12)
x2 = t^+St'Q°’s -^q. (6-13)
При отсутствии смешения на або-
нентском вводе
и ~ 0; т'; от' = О'.
В этом случае
Т1 + Т9 >
и уравнение температурного графика
подающей линии принимает вид:
г1==/в' + Д^8 4-yQ. (6-14)
Для обратной линии действительно
уравнение (6-13).
Как видно из уравнений (6-12) и
(6-13), температурные отопительные
графики являются однозначной функ-
цией Q. Эти графики для 18°С
приведены на фиг. 6-2.
При принудительной циркуляции
воздуха -вдоль тверхности нагрева
отопительных приборов (например, в
отопительных .агрегатах воздушного
отопления) коэффициент теплопереда-
чи остается практически постоянным
независимо от температуры воды в
приборе. Для этих условий темпера-
турные графики принимают вид пря-
мых линий:
= (6-15)
г2 =/;+(<-О Q. (6-16)
Фиг. 6-2. Температурные графики, качест
ного регулирования отопительной нагру
_Q
Q'
<2 =
— отношение расхода тепла при
ружной температуре tK к ‘ ма
мальному расходу тепла;
дт' — расчетный перепад темпер
в тепловой сети
дт' = т/ — т2';
t — расчетная наружная температу]
кривая 1 от' = 25° С; кривая а t* 15° С; н
„ '2 от' - 40° С; „ б V =— 20° С; н
„ 3 St' - 50° С; „ в t’ 25е С; н
„ 4 — 60° С; /' =—30° С; н
„ 5 от' = 70° С; „ д /' 35° С; н
6 от' = 80° С; „ е t' 40° С. н
Температурные графики
для вентиляционной нагрузки
При качественном регулировании
вентиляционной нагрузки можно при-
нимать коэффициент теплопередачи
калориферов постоянным:
£ = 1.
Q Q' Температура воды в подающей линии, °C
Бт'=25 от' =4о|от' = 50 8т' =60'(8т' = 70| 6т'=8(
0,2 38,3 41,3 43,3 45,3 47,3 49,3
0,4 54,0 60,0 64,0 68,0 72,0 76,0
0,0 68,5 77,5 83,5 89,5 95,6 101,5
0,8 82,0 94,0 102,0 110,0 118,0 126,0
1,0 95,0 110,0 120,0 130,0 140,0 150,0
92
Режим отпуска тепла
[ гл. &
Температура наружного воздуха, °C
Фиг. 6-3. Примерный график температур при качествен-
ном регулировании вентиляционной нагрузки.
В этом случае уравнение качест-
венного регулирования принимает сле-
дующий вид:
Q = (6-17)
Средний температурный напор в ка-
лорифере вентиляционной установки
можно выразить через температуры
воды и воздуха
= (б-18)
Из совместного решения уравнений
(6-17) и (6-18) выводятся уравнения
температурных графиков для вентиля-
ционной нагрузки
= (6-19)
= + (6’2°)
где
' *в + ^н.в
ср— 2 ’
/* в—расчетная наружная температура
для вентиляции.
* Для предприятий химической, резино-
вой и других отраслей промышленности с вы-
делением токсических вредностей
h. в== ‘
На фиг. 6-3 приведены тем-
пературные графики для венти-
ляционной нагрузки. На диа-
пазоне температур (Наружного,
воздуха tH < tH в вентиля-
ционные установки обычно ра-
ботают с рециркуляцией, т. е.
с забором части воздуха из
помещения и подмешивание его-
перед калорифером к свежему
воздуху, поступающему снару-
жи. При этом степень рецир-
куляции регулируется таким
образом, что температура воз-
духа, поступающего в калори-
фер, остается постоянной. Об-
щее количество воздуха, по-
ступающего в калорифер, так-
же остается постоянным. По
мере понижения наружной
температуры уменьшается по-
дача свежего воздуха и соот-
ветственно увеличивается по-
дача рециркуляционного воз-
духа. Так как на всем рассма-
триваемом диапазоне расход
воздуха через калорифер и-
средняя температура воздуха в
калорифере остаются постояннымИ, то
коэффициент теплопередачи калорифе-
ра также остается постоянным.
В этом случае для всего этого диа-
пазона tcp — t'cp\ Q = 1 и, как следует
из формул (6-19) и (6-20),
Ti = Ti; T2 = v
Температурные графики
для технологической нагрузки
и горячего водоснабжения
При закрытой системе теплоснаб-
жения подогрев воды для технологи-
ческого и бытового горячего водо-
снабжения производится в местных
(абонентских) теплообменниках. Тем -
пер ату р а первичного (греющего) теп-
лоносителя в теплообменнике должна
превышать температуру вторичного
теплоносителя по крайней мере на 5—
10° С.
Для удовлетворения бытовых нужд
(ванны, души) требуется вода с темпе-
ратурой не ниже 60° С, что определяет
наинизшую температуру греющего теп-
лоносителя, подаваемого из тепловой
§ 6-4]
Количественное регулирование
93
сети в 65 — 70° С. Температурные гра-
фики могут быть построены по общему
уравнению (6-5), причем коэффициент
теплопередачи теплообменников можно
в первом приближении принимать по-
стоянным, k~ 1,
6-4. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ
РЕГУЛИРОВАНИЕ
Расчет количественного регулиро-
вания заключается в нахождении за-
висимости температуры обратной воды
я расхода воды в сети от тепловой на-
грузки.
При всех видах тепловой нагрузки
расход воды может определяться по
уравнению
G~^-_. (6-21)
Графики температур и расхода воды
для отопительной нагрузки
С учетом выражения (6-7) уравне-
ние количественного регулирования
отопительной нагрузки может быть
представлено в следующем виде:
<2=<Ж=Д/1,25. (6-22)
При постоянном коэффициенте сме-
шения на абонентском вводе u=const,
легко получить зависимость t2 = /(Q)
т2 = Т1 — i + <2и — 2^ —
-Q°’8(0' + 2t2'-2/;)]. (6-23)
Температура обратной воды т2
уменьшается при снижении тепловой
нагрузки Q. При некотором значении
тепловой нагрузки Q = Q, температу-
ра обратной воды т2 достигает темпе-
ратуры помещения t*.
Значение этой тепловой нагрузки
может быть найдено из уравнения (6-23),
если в нем принять т2 = t'e :
Расход воды, соответствующий Q=:Q^:
G,- -Д-7- • (6-25)
’i- *в
Дальнейшее снижение расхода воды
не вызывает понижения температуры
обратной воды, так как вода не может
быть переохлаждена в отопительном
приборе ниже температуры помеще-
ния.
При Q<CQ* снижение теплоотдачи
происходит за счет выключения из ра-
боты части активной поверхности ото-
пительных приборов вследствие запол-
нения их водой с температурой, рав-
ной температуре помещения [Л. 12].
На фиг. 6-4 приведен график коли-
чественного регулирования отопитель-
ной нагрузки. При построении этого
графика расчетная температура обрат-
ной воДы принята т2 = 70е С; расчет-
ный перепад температур в местных
отопительных установках 6' = 25° С;
внутрённяя температура помещений
tg — 18°С. График построен для раз-
личных расчетных температур воды в
подающей линии т'= 150, 130, ПО,
95° С.
Для воздушного отопления коэф-
фициент теплопередачи отопительных
приборов &=const. В этом случае урав-
нение температурного графика коли-
чественного регулирования примет вид:
= xi ~ 12х1— 2/«—
_Q(0- + 2^-2O]. (6-26)
Величина тепловой .нагрузки, при
которой температура обратной воды
делается равной температуре помеще-
ния, по аналогии с уравнением (6-24)
определится для воздушного отопления
по формуле
Q =--------112^-------(6-27)
• (1 ±u)(6' + 2r'-2O
Если на абонентских отопительных
вводах установлены смесительные уст-
ройства с переменным коэффициентом
смешения, например центробежные на-
сосы, то при работе внешней сети по
94
Режим отпуска тепла
[ гл. 6
Фиг. 6-4. График количественного регулиро-
вания отопительной нагрузки.
1 — tJ = 150° С; 2 — xj = 130° С; 3 — tJ = 110° С;
4— т' = 95° С.
р ежи-му кол и ч еств энного р егул иров а -
ния в местных отопительных системах
может быть сохранен режим качест-
венного регулирования.
Расход воды в местных системах
остается в этом случае постоянным в
течение всего отопительного периода.
При уменьшении подачи /воды из внеш-
ней сети соответственно увеличивается
подача смесительных насосов. При
такой схеме устраняется основной недо-
статок количественного регулирова-
ния — разрегулировка местных систем.
Графики температур и расхода
воды для вентиляционной
нагрузки
Коэффициент теплопередачи венти-
ляционных калориферов можно счи-
тать постоянным k = 1.
В этом случае уравнение количест-
венного регулирования принимает вид:
Q = GK=M. (6-28)
Из уравнения (6-28) выводится
следующая зависимость температуры
обратной воды от тепловой нагрузки:
-2=Q[(< +<)-(','+Д.Л +
+ (<+О-< (6-29)
где Tj' ит* — температуры воды в по-
дающей и обратной ли-
ниях при tH д.
На диапазоне постоянного расхода
тепла при работе с рециркуляцией воз-
духа температура обратной воды и рас-
ход воды остаются постоянными.
График количественного регулиро-
вания вентиляционной нагрузки при-
веден на фиг. 6-5.
Графики температур и расхода воды
для технологической нагрузки
и горячего водоснабжения
График количественного регулиро-
вания технологической и бытовой на-
грузок по аналогии с графиком каче-
ственного регулирования может быть
построен на основании общего урав-
нения (6-6).
С некоторым приближением коэф-
фициент теплопередачи местных тепло-
обменников при количественном регу-
лировании можно принимать пропор-
циональным корню квадратному из
расхода преющей воды:
£ = G0>5. (6-30)
§ 6-5]
Качественно-количественное регулирование
95
Фиг. 6-5. График количественного регулиро-
вания вентиляционной нагрузки.
6-5. КАЧЕСТВЕННО-КОЛИЧЕСТВЕННОЕ
РЕГУЛИРОВАНИЕ
Качественночколичественное регули-
рование, как и все другие методы цен-
тр а л ыно го р егулиров ан и я, п р и м ен и мо
для любой однородной тепловой на-
грузки.
Рассмотрим применение качествен-
но-количественного регулирования для
отопительной нагрузки.
Из совместного решения уравнений
(6-4); (6-5) и (6-7) выводятся уравне-
ния температурных графиков для ка-
чественно-количественного регулирова-
ния:
г, = t'e 4- Д/'Q0,8 + (Zx' - Q (1~m);
(6-31)
?2 = /J + Д/'Q0,8 - Q"~m); (6-32)
т3 = /в' + Д/'Q0-8 4- . (6-33)
Фиг. 6-6. Графики температур и расходы воды
при качественно-количественном
регулировании (т = 0,33).
/—от' =25° С; 2 — от' = 40® С; 3— от'₽ 50° С; 4 —
от' =-60° С; 5 —от' -70° С; 6 — от' = 80° С; 7 — t' =
н
---15® С; 8— t ’ =—20° С; 9—=—25° С; 10—t' =—30° С;
НН н
11—t' —35° С; 12— t' =—40° С.
н н
При качественно-количественном ре-
гулировании 0 < т < 1.
При различных значениях показа-
теля т получаются различные законы
изменения расхода воды в сети. Чем т
ближе к нулю, тем меньше степень из-
менения расхода воды в сети при пере-
ходе от больших тепловых нагрузок к
малым.
Так как на диапазоне температур
воды от 40 до 95° С, при которых, как
правило, работают отопительные систе-
мы жилых и общественных зданий,
удельный вес воды изменяется практи-
чески линейно от температуры, то гра-
витационный напор, возникающий в
этих системах, должен на основании
уравнения (6-3) изменяться прямо про-
порционально перепаду температур во-
ды в местных отопительных системах
(тз Т2)-
96
Режим отпуска тепла
[гл. 6
Закон изменения расхода воды в
местных отопительных системах под
действием гравитационного напора оп-
ределится на основании уравнений
(6-32) и (6-33) следующим выраже-
нием: _____
G = iZ=|/rQ(l~CT)- (6-34)
у т3 — т2
Из совместного решения уравнений
(6-5) и (6-34) следует, что для (рас-
сматриваемых условий т = 0,33. Сле-
довательно, при m = 0,33 расход воды
в местных отопительных системах дол-
жен подчиняться гравитационному за-
кону. Такая система качественно-коли-
чественного регулирования была пред-
ложена канд. техн, наук В. К. Люсии-
ным. На фиг. 6-6 приведены графики
к ачественно-кол ичеств емкого р егулиро -
вания для m = 0,33.
6-6. КОМБИНИРОВАННОЕ
РЕГУЛИРОВАНИЕ
Центральное регулирование тепло-
вой нагрузки возможно только при
однородном характере потребителей.
При разнородной тепловой нагрузке
применение центрального регулирова-
ния в чистом виде невозможно. В це-
лях упрощения эксплуатации цен-
тральное регулирование вводят в этом
случае для основного вида тепловой
нагрузки, а для остальных видов на-
грузки применяют местное регулирова-
ние. Обычно в городах основной теп-
ловой нагрузкой является отопление,
на него и ориентируется центральное
регулирование. Для вентиляции и го-
рячего водоснабжения, которые по сво-
ей величине меньше отопительной на-
грузки, применяется (Местное регулиро-
вание.
Наиболее энергетически эффектив-
ной и эксплуатационно удобной систе-
мой регулирования является качествен-
ная. Поэтому качественная система
кладется в основу центрального регу-
лирования.
Какие же изменения и дополнения
в режим качественного регулирования
вносит разнородная тепловая нагруз-
ка?
При присоединении к тепловой се-
ти нагрузки горячего водоснабжения
по закрытой схеме температура воды
в подающей линии не должна сни-
жаться ниже т” = 65 — 70° С, так как
вторичная вода, расходуемая абонен-
тами, должна быть подогрета до 60°С.
При непосредственном водоразборе
температура воды в подающей линии
должна быть не ниже т" = 60°С.
Указанные обстоятельства вносят
существенное изменение в график тем-
ператур в подающей линии тепловой
сети (фиг. 6-7).
График температур подающей ли-
нии принимает вид ломаной. При низ-
ких наружных температурах (£*</”),
температура подающей линии строит-
ся по законам качественного регули-
рования отопительной нагрузки. При
/к=Г температура воды в подающей
линии тепловой сети достигает —
= \. При повышенных температурах
отопительного периода (t ”п) темпе-
ратура подающей линии должна под-
держиваться постоянной.
При наружных температурах tK>t'K
авторегуляторы, установленные на
абонентских отопительных вводах,
отключают периодически отопитель-
ные установки от тепловой сети и
тем сохраняют заданный тепловой ре-
жим в отапливаемых помещениях и
предупреждают перерасход тепла.
При отсутствии авторегуляторов
на отопительных вводах периодическое
отключение местных отопительных
установок от тепловой сети при на-
ружных температурах должно
осуществляться вручную.
Такое регулирование, путем перио-
дического отключения абонентских
установок от тепловой сети, назы-
вается регулированием местными про-
пусками.
Число часов ежесуточной работы
отопительных 1 установок при tH > t"
можно определить по формуле
п = 24 . (6-35)
Принципиально при t > t" воз-
можно применение и другого метода
регулирования тепловой нагрузки, так
§ 6-6]
Комбинированное регулирование
97
называемого метода центральных про-
пусков.
При регулировании центральными
пропусками в определенные периоды
суток прекращается циркуляция воды
в тепловой сети из условия преду-
преждения перегрева отапливаемых
помещений.
Однако регулирование централь-
ными пропусками невыгодно по сле-
дующим причинам. На диапазоне цент-
ральных пропусков число часов еже-
суточной работы сети по мере повы-
шения наружной температуры заметно
сокращается. Так, например, для кли-
матических условий Москвы при TjZ =
= 130° С и т1" = 70°С число часов ра-
боты сети при t* — -р 10°С составляет
только 10 час/сутки.
В закрытых системах теплоснабже-
ния на диапазоне регулирования цент-
ральными пропусками приходится
удовлетворять суточную нагрузку горя-
чего водоснабжения за сравнительно
короткий период работы сети. Это вы-
зывает увеличение диаметров тепловой
сети, увеличение поверхности нагрева
абонентских водоводяных подогревате-
лей горячего водоснабжения, необхо-
димость установки аккумуляторов го-
рячей воды у абонентов.
Из-за указанных причин начальная
стоимость тепловой сети и абонентских
вводов при применении центральных
пропусков заметно возрастает.
В открытых системах теплоснабже-
ния в период прекращения циркуляции
в сети (центральные пропуски) ухуд-
шается качество горячего водснабже-
яия. Абоненты получают воду пони-
женной температуры, так как до по-
ступления в разбор вода частично про-
ходит через отопительные приборы
абонентов.
Поэтому в настоящее время в го-
родских тепловых сетях, имеющих зна-
чительную нагрузку горячего водоснаб-
жения, регулирование центральными
пропусками не применяются.
Построим графики температур и
расхода воды для отдельных видов
теплового потребления при комбини-
рованном регулиров'ании.
7 Е. Я. Соколов.
Отопление
Температурный график обратной
воды при качественном регулировании
отопительной нагрузки был рассмот-
рен ранее.
Температурный график обратной
воды на диапазоне постоянной темпе-
ратуры подающей магистрали и регу-
лирования «пропусками» может быть
приближенно принят за прямую ли-
нию, параллельную графику темпера-
тур подающей линии.
Такому характеру графика соот-
ветствует постоянство всех факторов,
влияющих на теплоотдачу отопительно-
го прибора (часовой расход тепла,
температура поступающей воды, рас-
ход воды и температура внутреннего
воздуха).
В действительности при регулиро-
вании пропусками в отапливаемых зда-
ниях имеет место неустановившийся
тепловой режим, связанный с некото-
рым перегревом помещений в часы ра-
боты отопительной установки и пони-
жением внутренней температуры в пе-
риоды отключения (пропусков).
Поэтому температура обратной во-
ды не Постоянна по времени.
Пренебрегая небольшими измене-
ниями температуры обратной воды по
времени, можно график температур об-
ратной воды представить в виде гори-
зонтальной линии.
Расход воды в сети на отопление
в диапазоне —t'K остается посто-
янным.
При наружных температурах
расход воды через каждую отопи-
тельную систему в период ее рабо-
ты также остается постоянным. Однако
при регулировании местными пропу-
сками число одновременно включенных
отопительных систем уменьшается по
мере повышения наружной темпера-
туры, поэтому суммарный расход воды
на отопление сокращается с повыше-
нием наружной температуры.
В фиг. 6-7 приведены графики
температур и расхода воды для ото-
пительной нагрузки.
В диапазоне от t"H j\q t'H осуще-
ствляется качественное регулирование.
В диапазоне от до 4- 10°С —ме-
стные пропуски.
98
Режим отпуска тепла
[гл. 6
Фиг. 6-7. Графики температур, расходов тепла
и воды при комбинированном регулировании
отопительной нагрузки.
В диапазоне от до t'K расход
воды на отопление остается постоян-
ным. При расход воды в сети
падает по мере повышения наружной
температуры.
Вентиляция
По характеру изменения расхода во-
ды на вентиляцию можно весь отопи-
тельный период разбить на три диа-
пазона:
/ — .постоянная температура воды
в подающей линии;
II— (переменная температура воды
в подающей линии и переменный рас-
ход тепла на вентиляцию;
III — переменная температура воды
в подающей линии и постоянный рас-
ход тепла на вентиляцию.
На фиг. 6—8 приведены графики
температур и расходов тепла и воды
Фиг. 6-8. Графики температур расходов тепла
и воды при комбинированном регулировании
вентиляционной нагрузки.
при комбинированном регулировании
вентиляционной нагрузки.
Температура обратной воды может
быть определена на основании общих
уравнений теплового баланса.
В диапазоне / температура воды
поступающей в калорифер, постоянна,
а расход тепла должен расти при по-
нижении наружной температуры. Та-
кой режим может быть осуществлен
при местном количественном регулиро-
вании.
По мере понижения наружной тем-
пературы при помощи авторегулятора
или вручную увеличивается расход во-
ды через калорифер, что приводит к
повышению средней температуры кало-
рифера и его теплоотдачи.
В диапазоне // температура воды,
поступающей в калориферы, растет по
мере понижения наружной температу-
ры. Расход тепла также должен расти
при понижении наружной темпера-
туры.
(3
§ 6-6]
Комбинированное регулирование
99
Такая взаимосвязь между графи-
ком температур подающей линии и
расходом тепла является типичной для
к а ч еств енного р егу лиро вания.
Так как в диапазоне // осущест-
вляется центральное качественное ре-
гулирование на станции, то дополни-
тельной местной регулировки у абонен-
тов не требуется. Расход воды через
калорифер остается в этом диапазоне
постоянным.
В диапазоне /// температура воды в
подающей линии растет по мере пони-
жения наружной температуры, а рас-
ход тепла должен оставаться постоян-
ным.
Для осуществления такого режима,
очевидно, необходимо, чтобы средняя
температура калорифера оставалась
постоянной. По мере повышения тем-
пературы воды, поступающей в кало-
рифер, должна понижаться температу-
ра воды на выходе из калорифера.
В диапазоне III должно осущест-
вляться местное количественное регу-
лирование вентиляционной нагрузки.
По iMepe повышения температуры во-
ды на входе в калорифер должен со-
кращаться расход воды.
Как видно из фиг. 6-8 расход воды
на вентиляцию остается постоянным
только в диапазоне II. Как в диапазо-
не /, так и в диапазоне /// расход во-
ды на вентиляцию является перемен-
ной величиной.
Технологическая нагрузка
и горячее водоснабжение
В открытых системах теплоснабже-
ния вода для горячего водоснабжения
забирается частично из подающей и
частично из обратной линий тепловой
сети с таким расчетом, чтобы была
обеспечена требуемая температура сме-
си. Относительные (по отношению к
суммарному расходу воды на горячее
водоснабжение) количества воды, за-
бираемые из подающей и обратной ли-
ний сети, могут быть определены по
формулам:
(6‘36)
(«О
£*1 + £2 = 1»
где 5*1» &— доля расхода воды на
горячее водоснабжение,
удовлетворяемая из по-
дающей и обратной ли-
ний;
т1» т2> т — температуры воды в по-
дающей и обратной ли-
ниях и смеси.
Чем выше т2, тем больше воды
забирается из обратной линии и соот-
ветственно меньше из подающей ли-
нии.
Так как с понижением наружной
температуры растет температура об-
ратной воды в сети, то при этом по-
вышается доля воды, забираемой из
обратной линии, и соответственно па-
дает доля воды, забираемой из пода-
ющей линии.
При вся вода для горячего
водоснабжения забирается только из
обратной линии.
На фиг. 6-9 показан график расхо-
да тепла и воды на горячее водоснаб-
жение в открытых системах.
Весь отопительный период можно
разбить на два диапазона:
I —постоянная температура воды
в подающей линии.
II — переменная температура воды
в подающей линии.
Фиг. 6-9. Графики расходов тепла и воды на
горячее водоснабжение при непосредственном
водоразборе.
gi— расход воды из подающей линии; g2 — расход
воды из обратной линии; g — суммарный расход
воды из сети на горячее водоснабжение.
100
Режим отпуска тепла
[ гл. 6
В диапазоне I доли расходов воды
из подающей и обратной линий оста-
ются постоянными:
g{ = const; g2 = const.
В диапазоне II по мере сниже-
ния tH , g2 растет и g{ — падает. При
низких наружных температурах g2=\
И £;=0.
Расход воды из тепловой сети для
удовлетворения «нагрузки горячего во-
доснабжения при закрытой системе
теплоснабжения зависит от схемы
включения абонентских водоводяных
подогревателей горячего водоснабже-
ния.
Если абонентские водоводяные по-
догреватели подключаются к тепловой
сети на вводе «параллельно с другими
абонентскими установками (отопле-
ние, вентиляция и др.), как это пока-
зано на фиг. 3-2,D и 3-2,Е, то для
удовлетворения нагрузки горячего во-
доснабжения требуется подавать в по-
догреватель расход воды из тепловой
сети, величина которого для любого
момента времени определяется из ра-
венства
G = ^~ кг\час. (6-38)
где Q—нагрузка горячего водоснаб-
жения, ккал1ч,ас-,
8т— перепад температур сетевой
воды на входе и выходе из
водоводяного подогревателя.
Так как нагрузка горячего водо-
снабжения имеет весьма неровный су-
точный график, то в периоды пиковой
нагрузки горячего водоснабжения (в
жилых районах это вечерние часы,
особенно накануне выходных дней)
расход сетевой воды на горячее водо-
снабжение весьма значителен и неред-
ко превышает расход воды на отопле-
ние.
В закрытых системах можно рас-
ход сетевой воды на горячее водоснаб-
жение значительно сократить и даже
довести до нуля при изменении схемы
включения абонентских водоводяных
подогревателей. Значительная доля на-
грузки горячего водоснабжения может
быть удовлетворена за счет тепла во-
ды обратной линии отопительной уста-
новки.
Для этой цели на вводе должен
быть установлен двухступенчатый водо-
водяной подогреватель. В первой сту-
пени такого подогревателя холодная
водопроводная вода нагревается до
температуры, близкой к температуре
обратной воды после отопления, а за-
тем поступает во вторую ступень подо-
грева, где нагревается теплом воды из
подающей линии сети.
В периоды прохождения пиковой
нагрузки горячего водоснабжения зна-
чительно возрастет расход сетевой
воды через вторую ступень подогрева.
Если подгреватель второй ступени
включить по сетевой воде последова-
тельно с отопительной системой, то в
этом «случае нагрузка горячего водо-
снабжения может быть удовлетворена
без дополнительного расхода сетевой
воды, т. е. суммарный расход воды на
отопление и горячее водоснабжение
будет равен только расчетному расхо-
ду воды на отопление.
Такая схема с двухступенчатым по-
догревателем горячего водоснабжения,
включенным последовательно с отопи-
тельной установкой, показана на
фиг. 3-2,И.
Сетевая вода после второй ступени
подогрева 10 направляется в отопи-
тельную установку, а обратная вода
из отопительной системы направляется
в первую ступень подогрева 5.
В схеме, показанной на фиг. 3-2,И
отопительная установка выполняет
роль теплового аккумулятора.
В часы прохождения пиковой на-
грузки горячего водоснабжения сете-
вая вода отдает больше тепла в подо-
греватель второй ступени, а потому
отопительная система недополучает
тепло.
Недоданное количество тепла на
отопление компенсируется в периоды
малой нагрузки горячего водоснабже-
ния, так как к абонентскому отопи-
тельному узлу поступает в это время
вода с температурой, несколько более
высокой, чем по расчетному отопитель-
ному графику.
Так как часть тепла на горячее во-
доснабжение передается от сетевой
воды водопроводной воде во второй
ступени подогрева 10, то температура
воды в подающей линии тепловой сети
§ 6-6]
Комбинированное регулирование
101
должна быть несколько выше, чем
по расчетному отопительному .гра-
фику.
Величина надбавки к темпера-
турному графику подающей ли-
нии является величиной перемен-
ной в зависимости от температу-
ры воды в обратной линии после
отопления, т. е. в зависимости от
нар у жно й те мп ер атуры.
При низких наружных темпе-
ратурах, когда температура об-
ратной воды от отопления превы-
шает 60° С, вся нагрузка горячего
водоснабжения практически по-
крывается теплом обратной линии
и величина температурной над-
бавки для подающей линии теп-
ловой сети близка к нулю.
В период повышенных наруж-
ных температур (выше 0° С) за
счет тепла обратной линии покры-
вается только 50—60% нагрузки
горячего водоснабжения, и темпе-
ратурная надбавка для подающей
линии тепловой сети достигает
своего .максимального значения.
На фиг. 6-10 приведены гра-
фики температур и расхода воды
на горячее водоснабжение при
включении абонентских подогре-
вателей горячего водоснабжения
параллельно с другими абонент-
скими установками.
По характеру изменения расхода
воды в сети на горячее водоснабжение
удобно весь отопительный период раз-
бить на два диапазона, как это было
сделано и при рассмотрении открытой
системы.
Для сохранения постоянной тепло-
вой нагрузки в диапазоне I расход во-
ды из тепловой сети на горячее водо-
снабжение должен оставаться постоян-
ным, поскольку постоянными остаются
все условия, определяющие теплообмен
в водоводяных подогревателях горяче-
го 1ВОДОСН а бжени я, установлен ных
у абонентов.
Для сохранения постоянным расхо-
да тепла на горячее водоснабжение на
диапазоне II необходимо осуществлять
местное регулирование.
По мере повышения температуры
воды в подающей линии сети снижают
расход греющей воды через абонент-
ские подогреватели, что приводит к
Наружная температура tH
Фиг. 6-10. Графики температур, расходов тепла и
воды на горячее водоснабжение при закрытой си-
стеме и параллельном включении абонентских подо-
гревателей.
снижению температуры обратной воды
и некоторому уменьшению коэффи-
циента теплопередачи подогревателей.
В результате тепловая производитель-
ность подогревателей сохраняется по-
стоянной, несмотря на рост темпера-
туры греющей воды на входе в подо-
греватели.
Таким образом, в закрытых систе-
мах с параллельным включением або-
нентских подогревателей расход воды
из тепловой сети на горячее водоснаб-
жение в диапазоне I остается постоян-
ным, а в диапазоне // — падает по ме-
ре повышения ч, т. е. по мере сниже-
ния наружной температуры.
В закрытых системах при последо-
вательном включении местных водово-
дяных подогревателей (фиг. 3-2, узел
И) расход воды на горячее водоснаб-
жение равен нулю, и поэтому его не
следует учитывать при определении
расчетных расходов воды в сети.
102
Режим отпуска тепла
[гл. 6
Суммарный расход воды
в тепловой сети
В закрытых системах теплоснабже-
ния суммарный расход воды в тепло-
вой сети является суммой расходов
воды на отдельные виды тепловой на-
грузки, причем поскольку вода из теп-
ловой сети не разбирается, расходы
воды в подающей и обратной линиях
сети одинаковы.
Фиг! ^//..График суммарного расхода воды в
__ тепловой сети при закрытой системе.
/— отопление; 2—вентиляция; 3— горячее водо-
снабжение; 4 — суммарный расход в сети; 5 — сум-
марный расход в сети при присоединении горячего
водоснабжения по схеме ВТИ-МЭИ—Теплосеть
Мосэнерго.
В открытых системах теплоснабже-
ния расходы воды в подающей и об-
ратной линиях сети неодинаковы. По-
скольку часть воды отбирается у або-
нентов для горячего водоснабжения,
расход воды в обратной линии меньше,
чем в подающей.
Суммарный расход воды в подаю-
щей линии при открытой системе
+ + (6-39)
Суммарный расход воды в обрат-
ной линии
G2 = Go + Ge-g2Gt, (6-40)
где Оо — расход воды на отопление;
Gg— расход воды на вентиляцию;
G, — расход воды на горячее во-
доснабжение;
gx—доля расхода воды на горя-
чее водоснабжение, забирае-
мая из подающей линии;
g2— доля расхода воды на горя-
чее водоснабжение, забирае-
мая из обратной линии.
На фиг. 6-11 приведен график сум-
марного расхода воды в сети при
закрытой системе теплоснабжения.
Расход воды на отопление (кри-
вая 7) в интервале наружных темпе-
ратур от t” до tH остается постоян-
ным; в интервале наружных темпера-
тур от до +10° С снижается по
мере повыщения наружной темпера-
туры.
Расход воды на вентиляцию (кри-
вая 2) в интервале наружных темпе-
ратур от tK д до t* снижается с пони-
жением наружной температуры; в ин-
тервале наружных температур от
до tK д остается постоянным; в интер-
вале наружных температур от -J- 10сС
до t"H снижается с повышением на-
ружной температуры.
Расход воды на горячее водоснаб-
жение (кривая 3). При параллельном
включении подогревателей горячего
водоснабжения расходы воды в интер-
вале наружных температур от t"
до t'H уменьшается по мере снижения
наружной температуры, а в интервале
наружных температур от -1-10° С
до t 'H остается постоянным.
Суммарный расход воды в сети
(кривая 4) изменяется по некоторой
кривой. Максимальный расход воды
в сети имеет место при в точке
перехода с центрального качествен-
ного регулирования на регулирование
пропусками.
Поскольку нагрузка горячего водо-
снабжения имеет неровный суточный
график, то максимальный суммарный
расход воды в сети имеет место при t"n
в часы пиковой нагрузки горячего водо-
снабжения (для жилых зданий—вечер-
ние часы, накануне выходных дней). По
этому режиму должен определяться
расчетный расход воды в сети в том
случае, когда у абонентов отсутствуют
аккумуляторы горячей воды.
При последовательном присоедине-
нии абонентских установок 'горячего
водоснабжения и отопления по схеме
ВТИ — МЭИ — Теплосеть Мосэнерго
(фиг. 3-2И) суммарный расход воды в
§ 6-7]
Режим отбора и система регулирования
103
сети определяется кривой 5. Макси-
мальный расчетный расход воды в сети
равен в этом 'случае сумме максималь-
ных расходов воды на отопление и вен-
тиляцию. При определении расчетного
расхода воды в сети нагрузка горячего
водоснабжения не должна учиты-
ваться.
На фиг. 6-12 показан график сум-
марного расхода воды в сети при от-
крытой системе теплоснабжения.
<Риг. 6-12. График суммарного расхода воды
в сети при открытой системе.
1—отопление; 2—вентиляция; Зп—горячее водо-
снабжение из подающей линии; Зо$ — горячее водо-
снабжение из обратной линии; 4п — суммарный рас-
ход в подающей линии; 4О^ — суммарный расход
в обратной линии.
Расходы воды на отопление и вен-
тиляцию (кривые 1 и 2) имеют те же
значения, что и в закрытых системах.
Расход воды из подающей ли-
нии на горячее водоснабжение (кри-
вая Зп) остается постоянным в ин-
тервале наружных температур от
4-10° С до t” и уменьшается с пони-
жением наружной температуры в ин-
тервале от t” до t*. Расход воды из
обратной линии (кривая 3 об) остается
постоянным в интервале наружных
температур от + 10° С до t* и растет
с понижением наружной температуры
в интервале от t* до t'K.
Суммарные расходы воды в подаю-
щей (кривая 4п) и в обратной линиях
(кривая 4 об) имеют максимальное (рас-
четное) значение при в момент пере-
хода с центрального качественного ре-
гулирования на пропуски.
Расход воды в подающей линии по-
стоянно больше расхода воды в обрат-
ной линии. Разность расходов воды в
подающей и обратной линиях сети рав-
на расходу воды на горячее водоснаб-
жение (без учета утечек в сети).
Из сопоставления графиков расхо-
дов воды в закрытой и открытой систе-
мах фиг. 6-11 и 6-12 видно, что в за-
крытых системах расчетный расход во-
ды в сети несколько больше расчетно-
го расхода воды в подающей линии
сети открытой системы и значительно
больше расчетного расхода воды в об-
ратной линии открытой системы.
При присоединении установок горя-
чего водоснабжения по последователь-
ной схеме расчетный расход воды в се-
ти при закрытой системе значительно
снижается.
6-7. РЕЖИМ ОТБОРА И СИСТЕМА
РЕГУЛИРОВАНИЯ
Система теплоснабжения и метод
регулирования отпуска тепла оказы-
вают существенное влияние на степень
использования пара из отбора турби-
ны и параметры пара в отборе.
При качественном или качественно-
количественном регулированиях водя-
ных систем и двухступенчатом подо-
греве воды пиковая ступень работает
только в периоды больших тепловых
нагрузок, когда требуется высокий по-
догрев воды.
При снижении тепловой нагрузки
пиковая ступень выключается .из рабо-
ты, и подогрев воды осуществляется
только в основной ступени паром из
отбора низкого давления; причем по
мере уменьшения тепловой нагрузки
давление пара в отборе снижается в
соответствии со снижением темпера-
туры подогрева.
При количественном регулировании
водяных систем температура воды в
подающей линии поддерживается по-
стоянной независимо от величины теп-
ловой нагрузки. Поэтому при двухсту-
пенчатом подогреве обе ступени долж-
ны быть постоянно включены в работу.
Кроме пара из отбора низкого дав-
ления, должен постоянно расходовать-
ся пар повышенного давления; причем
с ростом тепловой нагрузки растет до-
ля пара повышенного давления в сум-
марной тепловой напрузке станции.
104
Режим отпуска тепла
[ гл 6
§ q\--------1------1--1-----1---—ш
40 ±0 -10 -20 -30
Фиг. 6-13. Характер использования пара из
отбора турбины при различных системах
теплоснабжения.
Таким образом, степень использо-
вания пара из отбора и режим давле-
ния в отборе при разных методах ре-
гулирования значительно отличаются
друг от друга.
Рассмотрим для примера, как ис-
пользуется пар из отбора низкого дав-
ления для покрытия сезонной тепловой
нагрузки.
На фиг. 6-13,а линия ab пред-
ставляет график сезонной тепловой
нагрузки. Максимальное значение теп-
ловой нагрузки Q=l,0 имеет место
при =— 30°С. При /к=4-20°С теп-
ловая нагрузка Q = 0.
На фиг. 6-13,6 и 6-13,в показаны
графики температур воды в сети при
двух системах регулирования: каче-
ственной и количественной.
При качественном регулировании
в диапазоне от /к = -|-10оС до tH =
= — 15° С температура воды в подаю-
щей линии тепловой сети ниже 100° Сг
поэтому для подогрева воды исполь-
зуется пар из отбора давлением 1,2 ата.
При более низких температурах
наружного воздуха температура воды
в подающей линии превышает 100° Сг
поэтому приходится постепенно повы-
шать давление пара в отборе турбины
до 2,5 ата.
При давлении греющего пара 2,5 ата
вода может быть подогрета до
118 — 120° С.
При дальнейшем повышении тем-
пературы воды в сети включается
в работу вторая (пиковая) ступень
подогрева, работающая на паре более
высокого давления. Это имеет место
в данном случае при наружной темпе-
ратуре tH = — 25° С.
В диапазоне наружных температур
от —|—10 до —25° С вся тепловая на-
грузка покрывается паром из отбора.
Максимальная нагрузка отбора дости-
гается при = — 25° С.
При наружных температурах ниже
—25° С 'нагрузка отбора падает.
На фиг. 6-13,а линия apd показы-
вает тепловую нагрузку отбора. Па-
дение нагрузки отбора в интервале от
—25 до —30° С объясняется тем, что
температура воды после основной сту-
пени подогрева остается постоянной, в
то время как температура обратной
воды изменяется. Поэтому по мере по-
нижения наружной температуры умень-
шается перепад температур в основной
ступени подогрева и падает нагрузка
этой ступени.
Недостаток тепла покрывается пи-
ковой ступенью подогрева.
Линии 1—2 и 3—4 (фиг. 6-13,в}
доказывают температурный режим в
сети при количественном регулирова-
нии. Температура воды в подающей
линии тепловой сети выше температу-
ры насыщения пара из отбора, поэтому
подогрев воды постоянно производится
в двухступенчатой установке.
В первой ступени вода нагревается
паром из отбора 2,5 ата до темпера-
туры 118° С. Линия 5—6 показывает
§ 6-7]
Режим отбора и система регулирования
------------------------(-----------------
105
Qm
Фиг. 6-14. Характер по-
крытия графика тепловой
нагрузки при различных
значениях коэффициента
редуцирования.
Qm
/ — коэффициент р = —— =
Qo
-1,0; // — коэффициент
температуру воды после первой ступе-
ни подогрева. От 118 до 130° С вода
подогревается во второй ступени
острым паром или паром из отбора по-
вышенного давления.
Линия cd (фиг. 6-13,а) показывает
тепловую нагрузку отбора при количе-
ственном регулировании. Тепловая на-
грузка отбора постоянно меньше сум-
марной тепловой нагрузки.
Отношение нагрузки отбора к сум-
марной тепловой нагрузке станции па-
дает с ростом тепловой нагрузки.
Простым сравнением легко устано-
вить энергетическую эффективность
рассмотренных систем регулирования.
Для этого обратимся к графику давле-
ния пара в отборе (фиг. 6-13,г).
При качественном регулировании
давление в отборе турбины меняется
по линии 1—2—3—4, а при количест-
венном регулировании по линии 5—
3—4. Как видно, при качественном ре-
гулировании давление в отборе турби-
ны ниже, чем при количественном ре-
гулировании, что должно привести к
большей удельной выработке электри-
ческой энергии на тепловой базе.
Кроме того, при качественном регу-
лировании больше степень использова-
ния пара из отбора для покрытия теп-
ловой нагрузки, поэтому абсолютная
годовая выработка электрической энер-
гии при качественном регулировании
значительно больше, чем при количе-
ственном регулировании.
При сравнении систем регулирова-
ния 'мы исходили из условия, что ма-
ксимальная тепловая нагрузка может
быть полностью покрыта паром из
отбора турбины. Возможность исполь-
зования пара из отбора турбины
о гр а ни ч ив а л ас ь только п ар ам ет р а м и
теплоносителя, требующимися для удо-
влетворения тепловой нагрузки.
В действительности, к городским
теплоэлектроцентралям обычно присо-
единяется тепловая нагрузка, значи-
тельно превышающая располагаемую
мощность отборов низкого давления
теплофикационных турбин.
Отношение максимальной тепловой
нагрузки QM к тепловой мощности от-
боров низкого давления Qo выбирается
обычно для крупных городов в пре-
делах
1,5<^<2,5; где = ~
При увеличении р увеличивается
доля тепловой нагрузки, покрываемой
острым паром, и уменьшается выра-
ботка электрической энергии на еди-
ницу тепла, отпущенного с ТЭЦ, но
зато увеличивается годовой отпуск теп-
ла из отборов турбин и растет годовая
выработка электрической энергии по
теплофикационному методу, что в ко-
нечном итоге приводит к снижению
суммарного расхода топлива на покры-
тие тепловой и электрической на-
грузки.
На фиг. 6-14 показано два вариан-
та годового графика тепловой нагруз-
ки по продолжительности I и II, удов-
летворяемой от теплоэлектроцентрали.
Максимальная тепловая нагрузка
при графике II вдвое больше макси-
мальной тепловой нагрузки при гра-
фике I. Располагаемая тепловая мощ-
ность отбора турбин равна Qo:
Qm
при графике I = — = 1;
Qo
при графике II J 2 == — ~ 2.
Qo
106
Автоматизация теплофикационных установок
[гл. 7
При графике I вся присоединенная
тепловая 'нагрузка может быть покры-
та паром из отбора турбины. При гра-
фике II тепловая нагрузка не может
быть полностью удовлетворена паром
из отбора. Часть тепловой нагрузки —
площадка abc — должна 'Покрываться
острым паром, причем наибольший
расход острого пара равен половине
присоединенного максимума.
При графике I удельная выработка
электрической энергии на единицу от-
пущенного тепла больше, чем при гра-
фике 77, так как при графике I вся
тепловая нагрузка удовлетворяется па-
ром из отборов турбины, в то время
как при графике II паром из отбора
турбины покрывается не вся тепловая
нагрузка.
Однако годовая выработка электри-
ческой энергии на базе теплового -по-
требления при графике II больше, чем>
при графике /, так как больше годо-
вой отпуск тепла из отбора.
Число часов использования тепло-
вой мощности отбора при графике II
значительно больше, чем при графи-
ке /; в связи с этим при заданной го-
довой выработке электрической энер-
гии выработка по конденсационному
циклу при графике I больше, чем по
графику II.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ УСТАНОВОК
7-1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ
Автоматизация повышает надеж-
ность работы и упрощает эксплуата-
цию теплофикационных установок бла-
годаря замене ручного 'регулирования
автоматическим.
Автоматизация позволяет улучшить
систему центрального регулирования
отпуска тепла и широко использовать
местное регулирование.
Автоматизация резко улучшает ка-
чество теплоснабжения, поддерживая
заданные параметры (давление, темпе-
ратуру, расход) на станции, в сети и
у абонентов в заданных пределах, в то
время как при ручном регулировании
и разнородной тепловой нагрузке под-
держивать эти параметры в заданных
пределах в многочисленных точках си-
стемы практически невозможно.
Внедрение автоматизации позволяет
добиться существенной экономии теп-
ла в основном за счет устранения пере-
грева отапливаемых зданий, имеюще-
го место в неавтоматизированных теп-
ловых сетях, при повышенных наруж-
ных температурах.
Внедрение автоматизации позво-
ляет сократить численность обслужи-
вающего персонала при одновремен-
ном улучшении качества теплоснабже-
ния.
Автоматизация систем централизо-
ванного теплоснабжения должна ре-
шить следующие основные задачи:
1) поддержание заданных тепло-
вых и гидравлических параметров теп-
лоносителя на станции;
2) поддержание заданных тепловых
и гидравлических параметров теплоно-
сителя в абонентской установке;
3) дистанционная передача показа-
ний контрольно-измерительных прибо-
ров из отдельных точек системы на
центральный или районный пункт теп-
лосети и дистанционное управление
запорными органами (задвижками или
вентилями), установленными в отдель-
ных точках системы.
Специфика тепловых сетей предъ-
являет особые требования к конструк-
ции авторегуляторов. Дело в том, что
только те приборы, которые установле-
ны на станции или в тепловых пунктах
крупных потребителей, работают в
удовлетворительных условиях. Боль-
шинство же авторегуляторов в тепло-
вой сети и на абонентских вводах уста-
навливается в подземных камерах и
подвалах и должно работать в усло-
виях высокой температуры и большой
влажности воздуха.
Для автоматизации тепловых сетей
необходимо было создать специальные
кон струкци и а вто р егул ято ров.
Благодаря работам советских науч-
но-исследовательских (ВТИ), наладоч-
ных (ОРГРЭС, ОРГЭНЕРГО) и экс-
плуатационных (Теплосеть Мосэнерго
и др.) организаций в настоящее время
§ 7-1]
Задачи автоматизации
107
Фиг. 7-1. Принципиальная схема регулятора непрямого действия с гидро-
проводом.
/ — регулируемый объект; II— реле давления; ///—исполнительный орган; IV — испол-
нительная связь; / — точка измерения импульса; 2 —чувствительный элемент; 3— управ-
ляющий элемент; 4 — пегулирующая пружина; 5 — постоянный дроссель; 6 — сервомо-
тор; 7—контрпружина; 8 — регулирующий элемент.
созданы конструкции приборов для
автоматизации основных процессов ре-
гулирования на ТЭЦ и абонентских
вводах.
Все авторегуляторы можно разбить
на две группы:
а) регуляторы прямого действия, ра-
ботающие без внешних источников
энергии.
б) регуляторы непрямого действия,
работающие с внешним источником
энергии.
Регуляторы прямого действия де-
шевле и надежнее в работе, однако
они менее точно поддерживают задан-
ную величину регулируемого парамет-
ра и пригодны лишь для небольших
установок. Для установок большой
мощности эти регуляторы получаются
слишком громоздкими.
Регуляторы непрямого действия
сложнее, однако они могут регулиро-
вать процесс с высокой степенью точ-
ности и быть использованы в установ-
ках любой мощности.
Хара ктерн ой особ енностью р агул я -
торов непрямого действия является то,
что при изменении величины регули-
руемого параметра усилие, возни-
кающее в чувствительном элементе
•(датчике), приводит в действие вспо-
могательное устройство (реле), откры-
вающее доступ внешней энергии в
механизм (сервомотор), производящий
перестановку золотника (клапана)
регулирующего органа.
Большинство регуляторов непрямо-
го действия, применяющихся в тепло-
фикационных установках, работает с
гидроприводом по следующей схеме
(фиг. 7-1).
Импульс, полученный чувствитель-
ным элементом 2 реле давления II, вы-
зывает перемещение пластинки, ме-
няющей открытие выходного отверстия
сопла 3 реле давления.
В сопло 3 через постоянный дрос-
сель 5 поступает под давлением рабо-
чая вода, которая по выходе из сопла
сливается в дренаж.
При удалении пластинки от выход-
ного сечения сопла 3 увеличивается
расход рабочей в’оды через сопло. Это
приводит к увеличению перепада дав-
лений в дросселе 5 и падению давле-
ния в трубке после дросселя, в том
числе и в трубопроводе IV исполни-
тельной 'связи, соединенной с сервомо-
тором 6.
При приближении пластинки к вы-
ходному сечению сопла 3 уменьшается
расход рабочей воды через сопло,
уменьшается падение давления в дрос-
селе 5 и возрастает давление в трубо-
108
Автоматизация теплофикационных установок
[ гл. 7
проводе IV исполнительной связи, со-
единенном с сервомотором.
Контрпружина 7 сжимается, регу-
лирующий элемент 8 перемещается и
уменьшает приток теплоносителя в ре-
гулируемый объект.
Регуляторы -непрямого действия на-
ходят применение главным образом на
станциях и у крупных промышленных
потребителей, когда требуется повы-
шенная точность регулирования задан-
ных параметров и одновременно обес-
печивается постоянный контроль за
системой регулирования со стороны
квалифицированного персонала.
На абонентских вводах жилых и
общественных зданий, а также неболь-
ших промышленных предприятиях в
большинстве случаев устанавливаются
регуляторы прямого действия.
Конкретные схемы автоматизации
зависят от задач, подлежащих реше-
нию.
7-2. АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕПЛОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК
В качестве примера на фиг. 7-2
приведена принципиальная схема авто-
матизации одноступенчатой, поверхно-
стной, подогревательной установки на-
ТЭЦ [Л. 88].
Схема решает следующие задачи:
1. Поддержание заданной темпера-
туры воды на подающем коллекторе
тепловой сети путем регулирования
уровня конденсата в подгревателях L
2. Защита от заброса воды в паро-
провод в случае разрыва трубок подо-
гревателя путем открытия дренажного-
клапана.
1 Наряду с этим способом последнее время
находит применение Метод регулирования
температуры воды при помощи перемычки
путем перепуска части сетевой воды помимо*
подогревателя.
Фиг. 7-2. Принципиальная схема автоматизации одноступенчатой поверхностной подогрева-
тельной установки на ТЭЦ.
1— пароводяной поверхностный подогреватель;//—конденсатный насос; /// — подающий коллектор тепло-
вой сети; /У — обратный коллектор тепловой сети; V—сетевой насос; VI — подпиточный насос; VII — пере
мычка между подающим и обратным коллекторами; / — термореле; 2—реле давления; 3—регулирующий
клапан; 4—уравнительный бачок; 5—дроссельная вставка; 6 — дифференциальное реле давления; 7—регу-
лирующий клапан; 8 — дроссельная вставка; 9 —реле давления; 10—реле давления; 11— регулирующий*
клапан; 12— регулирующий клапан.
§ 7-2]
Автоматизация теплоподготовительных установок
109
3. Поддержание задан-
ного давления в нейтраль-
ной точке тепловой сети
путем регулирования под-
питка.
Поддержание задан-
ной температуры подогре-
ва воды в пароводяном
подогревателе I осущест-
вляется температурным
регул ятор о м уро вн я
(ТРУ), состоящим из трех
основных элементов: тер-
мореле—/, реле давле-
ния—2 и регулирующего
клапана 3.
На фиг. 7-3 показано
термореле ТРЖР конст-
рукции ОРГРЭС.
В гильзе 1 термореле вклепаны три
пластинки 2 из биметалла сталь — ин-
вар.
К нижней пластинке прикреплен
жесткий стальной рычаг 3, на конце
которого укреплена полукруглая голов-
ка, упирающаяся в донышко 4.
Плоская пружина 5 припаяна с од-
ной стороны к донышку 4, а с дру-
гой — к корпусу сопла 6, который со-
единен на резьбе с трубкой 7.
Сопло расположено в корпусе 8, в
нижней части которого имеется слив-
ной штуцер 9. Снизу корпус закрыт
донышком 10.
При отклонении температуры воды
в линии от заданной величины изме-
няется температура биметаллических
пластинок 2, которые, изгибаясь, ме-
няют величину зазора между соплом
и донышком 4.
При понижении температуры воды
в трубопроводе после подогревателя 1
рычаг 3 перемещает донышко 4 и тем
сокращает поступление рабочей воды
в системе регулирования через сопло 6
в камеру 8. При повышении темпера-
туры деформация биметаллических
пластинок изменяется в другую сторо-
ну, в результате чего донышко 4 отхо-
дит от сопла и увеличивается расход
рабочей воды через сопло 6 в каме-
РУ 8.
На фиг. 7-4 показано дифференци-
альное реле давления (ДРД) конструк-
ции ОРГРЭС.
Фиг. 7-3. Термореле ТРЖР конструкции
ОРГРЭС.
Реле состоит из трех камер: им-
пульсных А и Б и сливной В.
Камеры А и Б разделены между
собой средним сильфоном 1.
Верхняя импульсная камера А
ограничена верхней чашкой корпуса 2,
средним сильфоном 1 и верхним силь-
фоном 3.
Нижняя импульсная камера Б огра-
ничена нижней чашкой корпуса 4,
средним сильфоном 1 и нижним силь-
фоном 5.
Сливная камера В ограничена ниж-
ним сильфоном 5 и основанием корпу-
са реле.
В сливной камере помещено соп-
ло 7. Над соплом 7 расположено до-
нышко 8.
Пружина 9 припаяна с одной сто-
роны к донышку 8, а с другой — к кор-
пусу сопла 7.
По патрубку 10 рабочая вода под-
водится через стакан 11 и фильтр 12
но
Автоматизация теплофикационных установок
[ гл. 7
Фиг. 7-4. Дифференциальное реле давлений
ДРД конструкции ОРГРЭС.
к соплу 7. По патрубку 13 рабочая
вода отводится из нижней сливной
камеры.
Между фильтром 12 и соплом 7
установлена дроссельная вставка 14.
В верхней части реле установлена
пружина 15, усилие которой через шай-
бу 16 передается на шток /7, связан-
ный через втулку 18 с -сильфонами /,
3 и 5.
В нижнюю часть втулки 18 ввернут
винт 19. Головка этого винта находит-
ся »в сливной камере и непосредственно
воздействует на донышко 8, управляю-
щее сливом воды через сопло 7.
Импульсная камера А соединена с
уравнительным бачком 4 (фиг. 7-2),
установленным в верхней части корпу-
са пароводяного подогревателя и имею-
щим сообщение с паровым простран-
ством подогревателя. Импульсная ка-
мера Б соединена через дроссельную
шайбу 5 с нижним патрубком подогре-
вателя, по которому конденсат
отводится из подогревателя в на-
сос.
Разность давлений в верхней
и нижней импульсных камерах,
определяющаяся разностью уров-
ней конденсата АН в уравнитель-
ном бачке 4 и в пароводяном /по-
догревателе / создает усилие,
действующее на шток реле дав-
лений сверху вниз. С другой сто-
роны, -на этот шток воздействует
усилие пружины, направленное
снизу вверх.
Когда эти усилия равны, шток
находится в неподвижном состоя-
нии, и система находится в равно-
весии.
При отклонении уровня кон-
денсата в подогревателе от задан-
ной величины, определяемой за-
данной температурой воды после
подогревателя, контролируемой
термореле /, меняется усилие,
воздействующее на донышко 8 ре-
ле давлений (ф-иг. 7-4).
При повышении уровня кон-
денсата возрастает усилие, дейст-
вующее снизу вверх, увеличивает-
ся щель между соплом и доныш-
ком 8 и возрастает расход воды
через сопло 7 в сливную ка-
меру.
При понижении уровня конденсата
усилие, действующее снизу вверх,
уменьшается и поступление воды через
сопло 7 в сливную камеру сокра-
щается.
На фиг. 7-5 показан регулирующий
клапан типа РК-2. Эти клапаны выпу-
скаются серийно диаметром от 80 до
300 мм заводами Главармалита Мини-
стерства машиностроения.
Клапан двухседельчатый. Сервомо-
тор клапана состоит из резиновой мем-
браны /, зажатой между фланцами
двух камер 2 и 3.
Нижняя камера 3 крепится винта-
ми к бугелю 4.
В средней части бугеля 2 располо-
жена втулка 5.
На гайке этой втулки расположена
нижняя опора регулировочной пру-
жины 6.
Верхний конец пружины через та-
релку упирается в мембрану.
§ 7-2 ]
Автоматизация теплоподготовительных установок,
ш
В положении равновесия усилие
воды, воздействующее сверху вниз на
мембрану 1, в верхней камере 2 урав-
новешивается усилием .пружины 6,
воздействующим на мембрану снизу
вверх.
При изменении давления воды в
верхней камере меняется деформация
мембраны, это вызывает перемеще-
ние штока 7, который меняет при этом
степень открытия золотника клапана 8.
При повышении давления в верх-
ней камере 2 клапан прикрывается,
при снижении давления — открытие
клапана увеличивается.
Регулятор температуры ТРУ рабо-
тает следующим образом (фит. 7-2).
Конденсат из линии после подогре-
вателя поступает через дроссель 5 в
термореле /, откуда через сливную ли-
нию отводится в сосуд, находящийся
под пониженным давлением, обычно в
конденсатор турбины.
От величины расхода конденсата
через дроссель 5 зависит давление, ко-
торое устанавливается в нижней им-
пульсной камере Б регулятора давле-
ния 2.
При отклонении температуры воды
после подогревателя I от заданной
величины, например при повышении
температуры воды, увеличивается рас-
ход воды через камеру термореле 1 и
падает давление воды в нижней им-
пульсной камере Б регулятора давле-
ний 2. Это приводит к прикрытию вы-
ходного отверстия сопла реле давле-
ний 2 и уменьшению расхода рабочей
воды через реле давлений 2.
Уменьшение расхода рабочей воды
через сопло реле 2 и связанное с этим
снижение перепада давлений в дроссе-
ле этого реле вызывает повышение
давления в мембранной камере регули-
рующего клапана 3 и прикрытие этого
клапана.
Благодаря прикрытию клапана 3
сокрашется откачка конденсата насо-
сом II из пароводяного подогревате-
ля /, повышается уровень конденсата
в подогревателе, уменьшается актив-
ная поверхность теплообмена, а темпе-
ратура подогрева воды устанавливает-
ся близко к заданной величине. Откло-
нение действительной температуры во-
ды от заданной находится в пределах
неравномерности регулятора.
Под неравномерностью регулятора
понимается величина изменения регу-
лируемого параметра (в данном слу-
чае — температуры воды), необходи-
мая для перестановки регулирующего
органа (в данном случае золотника ре-
гулирующего клапана РК) из одного
крайнего положения в другое (от пол-
ного открытия до полного закрытия).
Автомат аварийного слива
(фиг. 7-2), предназначенный для за-
щиты от переполнения парового про-
странства подогревателя /, в случае
аварийного подъема уровня конденса-
та за пределы допустимой высоты, на-
пример в случае разрыва трубок подо-
гревателя, состоит из двух основных
элементов: дифференциального реле
давлений 6 типа ДРД и регулирую-
щего клапана 7 типа РК.
112
Автоматизация теплофикационных установок
[ гл. 7
Рабочая Вода
Фиг. 7-6. Реле давлений типа РДПС
конструкции ОРГРЭС.
В случае резкого подъема уровня
'конденсата в корпусе подогревателя I
увеличивается давление в нижней им-
пульсной камере Б реле давлений. Это
увеличивает открытие сопла, отчего
возрастает расход рабочей воды через
сопло.
При увеличении расхода рабрчей
воды через сопло возрастает перепад
давлений в дросселе 8 и падает дав-
ление в камере над мембраной регу-
лирующего клапана 7.
Под действием контрпружины кла-
пан 7 открывается, и вода ив меж-
трубного пространства подогревателя I
сливается в дренаж.
Поддержание заданного давления в
нейтральной точке тепловой сети на
перемычке между подающим III и об-
ратным IV коллекторами сети на стан-
ции (фиг. 7-2) осуществляется регу-
лятором подпитка и дренажа, состоя-
щим из четырех основных элементов:
реле давлений,— 9 и 10 и двух регули-
рующих клапанов И и 12.
Реле 9 и клапан И управляют под-
питком воды в тепловую сеть. Реле 10
и клапан 12 управляют дренажем во-
ды из сети. Открытие клапана 12 про-
исходит в том случае, когда давление
в нейтральной точке VII превысит до-
пустимую величину.
Реле давления 9 состоит из двух
камер: верхней импульсной А и ниж-
ней сливной Б, разделенных между со-
бой сильфоном. На фиг. 7-6 показана
конструкция реле давлений РДПС —
ОРГРЭС.
В верхней импульсной камере рас-
положена регулировочная пружина 2,
которая нижним своим концом зацеп-
лена за днище 3 сильфона /, а верх-
ним концом — за регулировочный
винт 4.
В сливную камеру реле ввернуто
сопло 5. Над соплом расположено до-
нышко 6. Пружина 7 припаяна с одной
стороны к донышку 6, а с другой — к
соплу 5.
При изменении давления в верхней
импульсной камере Д, например при
повышении давления, происходит рас-
тяжка пружины 2 и перемещение вниз
сильфона и донышка 6. Это приводит
к сокращению расхода воды через соп-
ло 5 в нижнюю сливную камеру Б.
При понижении давления в верх-
ней импульсной камере А ослабляется
усилие, действующее сверху вниз на
донышко 6; пружина 2 сокращается, и
увеличивается расход воды через соп-
ло 5 в сливную камеру.
При отклонении давления в ней-
тральной точке VII от заданной вели-
чины (фиг. 7-2), например при повыше-
нии давления, увеличивается давление
в верхней импульсной камере А реле
давления 9. Это приводит к уменьше-
нию расхода рабочей воды через сопло
этого реле.
Уменьшение расхода рабочей воды
через сопло реле 9 и связанное с этим
снижение перепада давлений в дроссе-
§ 7-2]
Автоматизация теплоподготовительных установок
113
ле этого реле вызывает по-
вышение давления в камере
над мембраной регулирую-
щего клапана 11 и прикры-
тие золотника этого клапана.
Благодаря прикрытию
клапана И уменьшается по-
дача подпиточного насоса VI
в обратный коллектор тепло-
вой сети, и давление в си-
стеме, в том числе и в ней-
тральной точке, устанавли-
вается близко к заданной
величине. Если клапан И
полностью закроется, но дав-
ление в нейтральной точке
будет возрастать, то вступит
в работу дренажное устрой-
ство.
Реле давлений 10 дре-
нажного устройства состоит
из трех камер: импульсной
А, сливной Б и исполнитель-"
ной В. В нижней части реле
размещаются фильтр и дрос-
сель.
Импульсная камера А
отделена от сливной каме-
Фиг. 7-7, Схема автоматического регулирования давления
пара в смешивающих подогревательных установках.
1 — реле давления; 2 — сильфон; 3—шток; 4 — пружина; 5 — тройник;
6— регулировочный клапан; 7 — фильтр водопроводной воды; 8 —
дроссель водопроводной воды; 9—10—подогреватель; И — насос.
ры Б сильфоном. Днище сильфо-
на упирается в клапан, который
отделяет сливную камеру Б от испол-
нительной камеры В. Снизу клапан
прижимается к седлу при помощи пру-
жины.
В нормальных условиях клапан за-
крыт. Слив рабочей воды отсутствует,
и давление в камере В равно давле-
нию рабочей воды перед реле.
При резком повышении давления в
импульсной камере А происходит рас-
тяжка сильфона; днище этого сильфо-
на открывает клапан, начинается слив
воды из камеры В через камеру Б и
далее в дренаж. Возникает перепад
давлений в дросселе этого реле, и дав-
ление в камере В резко падает.
При повышении давления в ней-
тральной точке VII выше заданной ве-
личины (фиг. 7-2) начинается дренаж
рабочей воды через реле 10.
Давление в исполнительной камере
реле и в камере над мембраной регу-
лирующего клапана 12 падает, регули-
рующий клапан 12 открывается и дре-
нирует часть воды из тепловой сети.
В результате давление в сети, в том
числе в нейтральной точке, снижается
и устанавливаетоя в пределах задан-
ных значений.
При автоматизации двухступенча-
тых поверхностных подогревательных
установок регулирование работы пер-
вой основной ступени подогрева может
осуществляться при помощи темпера-
турного регулятора уровня ТРУ или
путем перепуска части сетевой воды
помимо подогревателей, а регулирова-
ние работы второй (пиковой) ступени
при помощи температурного регулято-
ра давления, поддерживающего тре-
буемое давление греющего пара в по-
догревателе.
На фиг. 7-7 приведена схема авто-
матического регулирования давления
пара в смешивающих подогревательных
и деаэраторных установках, разрабо-
танная инж. П. М. Брик (ОРГРЭС).
Автоматическое устройство состоит
из двух основных аппаратов: реле дав-
ления 1 и мембранного клапана 6.
Реле давлений представляет собой
сильфон 2, донышко которого давит на
вертикальный шток 3. Нижний конец
штока регулирует проходное сечение
для рабочей воды, поступающей через
8 Е. Я. Соколов.
114
Автоматизация теплофикационных установок
[гл. 7
дроссель 8 в тройник 5 и сливающейся
через тройник 5 в воронку.
Паровое пространство подогревате-
ля 9 соединено с реле давлений 1 при
помощи трубки. Усилие от давления
пара, передающееся снаружи на силь-
фон, уравновешивается пружиной 4,
установленной внутри сильфона.
При заданном давлении пара в по-
догревателе сильфон и пружина нахо-
дятся в растянутом положении, нижний
конец вертикального штока 3 припод-
нят, сечение для прохода рабочей воды
достаточно, вода свободно сливается в
воронку, и мембранный клапан 6 пол-
ностью открыт.
Если давление в подогревателе воз-
растает выше заданной величины, то
увеличивается внешнее усилие на силь-
фон. В результате сильфон сжимается,
шток 3, присоединенный к донышку
сильфона, опускается и прикрывает
отверстие для стока рабочей воды, дав-
ление рабочей воды возрастает, отче-
го увеличивается сила, воздействующая
на мембрану клапана 6, и клапан 6
прикрывается.
7-3. АВТОМАТИЗАЦИЯ АБОНЕНТСКИХ
ВВОДОВ
На фиг. 7-8 приведена принципиаль-
ная схема автоматизации абонентского
отопительного ввода небольшой мощ-
ности (до 1, 0 мгккал/час).
Схема решает следующие задачи:
Фиг. 7-8. Схема автоматизации абонентского отопительного
ввода небольшой мощности.
1^—(РР) регулятор расхода; 2—(Г) термореле; 3 — (ЭР) электрогидравли-
ческое реле; 4—элеватор.
а) поддержание постоянного расхо-
да воды в системе абонента;
б) защита отапливаемого здания от
повышения температуры выше задан-
ной величины.
Для выполнения этой задачи при-
меняются оригинальные авторегуля-
торы:
а) регулятор расхода (РР) кон-
струкции ОРГРЭС (инж. П. М. Брик),
установленный на подающей линии
абонентского ввода — /;
б) термореле (Т) конструкции Теп-
лосети Мосэнерго—2, установленные в-
одном или нескольких контрольных по-
мещениях отапливаемого здания, ко-
торые при помощи промежуточного
электрогидравлического реле (ЭР) —3
воздействуют на регулятор РР, рабо-
тающий в этом случае как запорный
клапан «открыть — закрыть».
В нормальных условиях, когда тем-
пература воды, поступающей в мест-
ную систему, соответствует теплопоте-
рям здания, в помещении устанавли-
вается расчетная внутренняя температу-
ра, клапан К закрыт и регулятор РР
выполняет функцию только регулятора
расхода. Если же по каким-либо при-
чинам температура воздуха в здании
повышается, то термостат замыкает
электрическую цепь промежуточного
реле, клапан К открывается и регуля-
тор РР полностью прекращает подачу
воды в местную систему.
В том случае, когда требуется под-
держивать в местной
отопительной системе
более высокое давле-
ние, чем в обратной
линии тепловой сети,
дополнительно устанав-
ливается регулятор
давления «до себя»
(регулятор подпора —
РП) на обратной ли-
нии абонентского вво-
да, за контуром местной
отопительной системы.
Регулятор РР со-
стоит из следующих
основных элементов:
клапана (золотника) со
штоком; сильфона;
пружины с натяжным
приспособлением; кор-
пуса.
§ 7-3]
Автоматизация абонентских вводов
115
Сильфонная камера регулятора при
помощи соединительного трубопровода
сообщается с обратной линией регули-
руемой системы. В регуляторе действу-
ют следующие усилия:
а) создаваемое давлением воды в
верхней части корпуса, равным давле-
нию рз в подающей линии перед эле-
ватором. Это усилие воздействует на
верхнюю полость клапана сверху вниз;
б) создаваемое давлением воды в
нижней части сильфонной камеры, рав-
ным давлению р4 в обратной линии ре-
гулируемой местной системы. Это уси-
лие воздействует на внешнюю поверх-
ность сильфона и через него на клапан
снизу вверх.
Разность этих усилий пропорцио-
нальна величине регулируемого пара-
метра (перепада давлений). При уста-
новке регулятора разность усилий, дей-
ствующих на шток при заданном рас-
ходе воды, уравновешивается силой
натяжения пружины.
При изменении разности давлений
в тепловой сети на вводе (pi—Р2),
например при увеличении разности
давлений, происходит рост расхода во-
ды в местной системе, что вызывает
увеличение перепада (р3 — Ра), приво-
дящее к перестановке штока. В резуль-
тате перестановки штока зазор между
клапаном и седлом уменьшается,
вследствие чего возрастает гидравли-
ческое сопротивление абонетского вво-
да и расход воды устанавливается на
заданном уровне.
Автоматизация отопительных або-
нентских вводов дает значительную
экономию тепла вследствие ликвидации
перегревов отапливаемых помещений в
осенний и весенний периоды.
Опыт показывает, что при автома-
тизации длительность отключений (про-
пусков) отопительных установок от
тепловой сети значительно больше,
а длительность ежесуточной работы
отопительных установок—меньше, чем
это следует из балансового теплового
расчета [Л. 105].
Для иллюстрации на фиг. 7-9 пока-
заны расчетная и фактическая дли-
тельности отключений (пропусков) ото-
пительной установки одного учрежде-
ния от тепловой сети при наружных
температурах Он—[-12° С. При посто-
8*
Фактическая
65
60
55
I
^50
Расчетная
7Г
£
IF
|w-
.1 35-
—I—I—I—I—I_I_I_I_I_I I I I
Of 23456789 10 11 12 13°0
Фиг. 7-9. Длительность ,автоматических от-
ключений системы отопления при различных
температурах наружного воздуха.
янной температуре воды в подающей
линии тепловой сети т1 =65° С.
Фактическая длительность отключе-
ний, осуществляемых авторегулятором
на абонентском вводе, превышала рас-
четную длительность отключений на
6 час. в сутки.
Такое положение объясняется тем,
что при расчете не учитывается то
обстоятельство, что отдача тепла поме-
щению отопительными приборами зда-
ния в период отключения отопительной
установки от тепловой сети происходит
до тех пор, пока температура приборов
сравняется с температурой помещений.
Это вызывает повышенный отпуск
тепла помещению в первый период
после включения в работу отопитель-
ной установки вследствие снижения
температуры воды в системе за период
отключения.
Благодаря автоматизации годовой
расход тепла на отопление снижается
на 5 10%.
В результате экономии тепла на-
чальные затраты на' автоматизацию
отопительных абонентских вводов оку-
паются за 2 ч- 4 года.
Поддержание постоянной темпера-
туры воды, поступающей в местную си-
стему горячего водоснабжения, осуще-
ствляется при помощи регуляторов
температуры воды.
В качестве импульса обычно исполь-
зуется температура воды, поступающей
116
Автоматизация теплофикационных установок
[гл. 7
Фиг. 7-10. Схема автоматического регулирования температуры воды,
подаваемой на горячее водоснабжение.
в местную систему горячего водоснаб-
жения.
В закрытых системах теплоснабже-
ния поддержание постоянной темпера-
туры воды осуществляется изменением
расхода сетевой воды через подогрева-
тель.
В открытых системах поддержание
постоянной температуры воды осуще-
ствляется изменением расхода воды,
поступающей из подающей линии сети
в смеситель.
На фиг. 7-10 показана принципиаль-
ная схема автоматического регулирова-
Фиг. 7-11. Биметаллическое термореле
регулятора температуры воды.
ния температуры воды в местных водо-
водяных подогревателях горячего водо-
снабжения.
Схема включает следующие основ-
ные элементы: термореле 1, устанавли-
ваемое на трубопроводе местной воды
после подогревателя 5; регулятор РР-2,
установленный на подающей линии пе-
ред водоводяным подогревателем 5;
импульсную трубку 3 с дросселем 4,
соединяющую надсильфонную камеру
регулятора РР с обратным трубопрово-
дом.
На фиг. 7-11 показано биметалличе-
ское термореле типа Теплосети Мос-
энерго.
Термореле состоит из медной гиль-
зы /, на конце которой зажаты и за-
паяны три биметаллические пластаны
2 разной длины.
Одна из биметаллических пластин
жестко соединена с рычагом 3, на кон-
це которого с помощью винта 6 укре-
плен клапан 4, прикрывающий выход-
ное сечениё сопла 5.
В случае повышения температуры
местной воды против заданной повы-
шается температура биметаллических
пластин термореле 1, вызывая прогиб
их, благодаря .которому клапан 4 отхо-
дит от сопла 5 и приоткрывает выход-
ное отверстие сопла. Увеличивается
слив воды через сопло, что вызывает
падение давления в импульсной трубке
3 после дросселя 4 и в надсильфонной
камере регулятора РР-2 (фиг. 7-10).
Клапан регулятора 2 прикрывается и
сокращает расход сетевой воды через
подогреватель. В результате температу-
ра местной воды после подогревателя
устанавливается близкой к заданной.
§ 8-1]
Схемы и конфигурации тепловых сетей
117
Фиг. 7-12. График работы поверхностной подо-
гревательной установки горячего водоснабже-
ния на абонентском вводе при
автоматическом регулировании.
При снижении температуры местной
воды по сравнению с заданной проис-
ходит перестановка клапана регулято-
ра РР в обратном направлении.
На фиг. 7-12 и 7-13 показаны гра-
фики работы водоводяной подогрева-
тельной установки горячего водоснаб-
жения жилого дома при автоматиче-
ском и ручном регулировании, снятые
с натуры на действующей установке.
При ручном регулировании (фиг.
7-13) изменение расхода местной (вто-
ричной) воды GM через подогреватель
не меняет расхода греющей (сетевой)
воды G с . Это вызывает сильное коле-
бание температуры местной воды, по-
ступающей в установку горячего водо-
снабжения. При малых расходах мест-
Фиг. 7-13. График работы поверхностной подо-
гревательной установки горячего водоснабже-
ния на абонентском вводе при ручном
регулировании.
ной воды температура подогрева воз-
растает, при больших — падает. Нерав-
номерность подогрева достигает 20° С
(с 45 до 65° С).
При автоматическом регулировании
№кг- 7-12) изменение расхода местной
воды вызывает синхронное изменение
расхода греющей воды через водоводя-
ной подогреватель. Благодаря этому
температура местной воды после подо-
гревателя остается практически посто-
янной. При изменении расхода местной
воды через подогреватель примерно в
5 раз (с 3 до 15 т!час) неравномер-
ность подогрева не превышала 3° С.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ЭЛЕМЕНТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
А. Конструкции тепловых сетей
8-1. СХЕМЫ И КОНФИГУРАЦИИ
ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Схема тепловой сети определяется
размещением теплоэлектроцентралей и
тепловых потребителей, характером
теплового потребления и родом тепло-
носителя.
Основные принципы, которыми сле-
дует руководствоваться при выборе
схемы, — это надежность и экономич-
ность.
Если теплоносителем является пар,
то наиболее экономичным и в то же
время достаточно надежным решением
является прокладка однотрубного паро-
провода.
Необходимо иметь в виду, что дуб-
лирование сетей приводит к значитель-
ному возрастанию стоимости их и рас-
хода материалов, в первую очередь
стальных трубопроводов. При укладке
вместо одного трубопровода, рассчи-
танного на 100% нагрузки, двух парал-
лельных, рассчитанных каждый на
118
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
50% нагрузки, поверхность трубопрово-
дов возрастает на 56%. Это следует
из зависимости между пропускной спо-
собностью сети и ее диаметром:
20,62= 1,56.
Соответственно возрастают начальная
стоимость и расход металла на соору-
жение сети.
Вопроса о дублировании водяных
сетей обычно не возникает, так как по-
требители, удовлетворяемые от водя-
ных сетей, допускают благодаря акку-
мулирующей способности своих систем
кратковременные остановки в подаче
тепла (8 -н 12 час.), могущие вызы-
ваться аварийными обстоятельствами.
При выборе конфигурации сетей сле-
дует, как правило, стремиться к полу-
чению наиболее простых решений и
минимальной протяженности теплопро-
водов.
При проектировании сетей от одно-
го источника теплоснабжения рекомен-
дуется, как правило, выбрать простую
радиальную сеть с постеленным умень-
шением диаметра по мере удаления от
станции и снижения тепловой нагрузки
(фиг. 8-1). Такая сеть является наибо-
лее дешевой по начальным затратам,
требует наименьшего расхода металла
на сооружение и весьма проста в экс-
плуатации.
Основным недостатком радиальных
сетей принято считать отсутствие резер-
вирования.
Фиг, 8-1. Радиальная тепловая сеть.
Фиг. 8-2. Радиальная тепловая сеть
с соединительным кольцом.
Действительно, при аварии на одной
из магистралей радиальной тепловой
сети прекращается теплоснабжение по-
требителей, расположенных за местом
аварии. Например, при аварии на ра-
диальной магистрали I в точке а пре-
кращается питание всех потребителей,
расположенных по ходу тепла после
точки а.
Если происходит авария на магист-
рали вбли131и станции, то прекращается
теплоснабжение всех потребителей,
.присоединенных к магистрали.
Резервирование теплоснабжения при
помощи перемычек, соединяющих от-
ветвления от радиальных магистралей
в концевых точках, мало эффективно,
так как пропускная способность конце-
вых участков радиальных магистралей
и ответвлений незначительна.
Более эффективно резервирование
при помощи кольцевой перемычки по-
вышенного диаметра, соединяющей
радиальные магистрали (фиг. 8-2), при
условии, что диаметры радиальных ма-
гистралей на участке от ТЭЦ до точки
соединения с кольцевой перемычкой
выбраны с расчетом на резервирова-
ние. Однако сеть с кольцевой перемыч-
кой значительно дороже радиальной,
а потому такая сеть редко применяется.
Основное преимущество кольцевой
сети по сравнению с радиальной — ре-
зервирование теплоснабжения — реали-
зуется очень редко, так как при
грамотном проектриовании, добросове-
стном монтаже и правильной эксплуа-
тации тепловые сети работают безава-
рийно. -Поэтому значительные допол-
нительные затратьи на кольцевые сети
при теплоснабжении района от одной
ТЭЦ себя не оправдывают.
§ 8-2]
Трасса и профиль
119
Другие условия имеют место при
теплоснабжении крупных городов от
нескольких ТЭЦ.
В этом случае, как правило, целе-
сообразно сооружение блокировочных
связей между отдельными теплоэлек-
троцентралями или кольцевых линий,
соединяющих основные магистрали
всех ТЭЦ (фиг. 8-3), так как такое
решение позволяет уменьшить суммар-
ный котельный резерв на ТЭЦ и увели-
чить степень использования наиболее
экономичного оборудования в системе.
Дополнительные расходы, связанные в
этом случае с сооружением кольца,
приводят к снижению начальных за-
трат по сооружению теплоэлектроцен-
тралей.
При разработке схемы сети необ-
ходимо тщательно продумать распре-
деление запорных органов. Каждая
задвижка или вентиль должны иметь
определенное назначение.
Как правило, задвижки или венти-
ли устанавливаются на всех магистра-
лях тепловой сети на выводах со
станции, и кроме того, через опреде-
ленные интервалы по длине магист-
рали.
На длинных водяных транзитных
магистралях, не имеющих ответвлений,
задвижки могут устанавливаться через
2 -н 3 км.
Этими задвижками длинные маги-
страли делятся на секции. Секциониро-
вание магистралей уменьшает потерю
воды из тепловой сети при аварии, так
как место аварии локализуется секци-
онными задвижками. Благодаря умень-
шению потерь воды облегчается пуск
сети в работу после ликвидации ава-
рии.
\j В секционировании транзитных па-
ровых магистралей нет необходимости,
так как заполнение паром длинных
паропроводов не связано с какими-ли-
бо операциями, требующими затраты
большого количества времени.
На разветвленных магистралях зад-
вижки устанавливаются через одно или
два ответвления в зависимости от их
расчетных нагрузок.
Как правило, задвижки или венти-
ли устанавливаются на всех ответвле-
ниях в точках присоединения к маги-
стралям. Желательно, чтобы задвижка-
Фиг. 8-3. Кольцевая тепловая сеть от трех
теплоэлектроцентралей.
ми были защищены ответвления ко
всем крупным абонентам.
На каждом ответвлении, как прави-
ло, устанавливаются две задвижки:
одна — в точке присоединения к ответ-
влению, другая—на абонентском вводе.
Исключением являются лишь очень
короткие линии (меньше 25-нЗО м),
на которых можно ограничиться уста-
новкой задвижек только на абонент-
ском вводе.
8-2. ТРАССА И ПРОФИЛЬ
Направление теплопровода (трас-
са) выбирается по тепловой карте
района с учетом материалов геодези-
ческой съемки, плана существующих и
намечаемых надземных и подземных
сооружений, данных о характеристике
грунтов и высоте стояния подземных
вод.
Следует стремиться к прокладке
магистральной трассы по району наи-
более плотной тепловой нагрузки,
к наименьшей длине теплопровода и
минимальному объему работ по соору-
жению сети.
Руководящим основанием для ра-
ционального расположения подземных
теплопроводов по городским проездам
и площадям служит то обстоятельство,
что обслуживание населения и про-
мышленности всеми видами комму*
нальных услуг — канализацией, водо-
проводом, водостоками, теплом, элек-
тричеством, телефоном, газом и т. д. —
осуществляется постепенно, в соответ-
ствии с ростом города.
120
Элементы оборудования тепловых сетей
I гл. 8
Это влечет за собой необходимость
постепенного увеличения числа под-
земных сооружений. Поэтому проклад-
ка теплопроводов должна осущест-
вляться в предвидении прокладки в том
же проезде ряда других подземных
сооружений с оставлением для них не-
обходимого свободного места и систе-
матизацией всех прокладок с точки
зрения рационального взаимного рас-
положения их. При выборе трассы необ-
ходимо стремиться к наименьшему
стеснению городского движения при
сооружении и эксплуатации теплопро-
вода, а также наименьшей разборке и
порче уличных одежд.
Теплопроводы, как правило, долж-
ны прокладываться на городских проез-
дах и площадях прямолинейно, парал-
лельно оси проезда или линии за-
стройки.
Магистральные теплопроводы дол-
жны, как правило, прокладываться по
одной стороне проезда. Весьма неже-
лательно перебрасывать трассу маги-
стрального теплопровода с одной сто-
роны проезда на другую.
При выборе расположения тепло-
провода в подвалах необходимо стре-
миться к наименьшему стеснению под-
валов при прокладке и эксплуатации
теплопроводов, наименьшему количе-
ству пробивочных работ и минималь-
ному количеству сложного гнутья.
При проектировании подземных
теплопроводов следует максимально
уменьшить количество камер. Камеры
должны сооружаться только в пунктах,
требующих надзора и обслуживания
(места расположения сальниковых
компенсаторов, задвижек, дренажей и
т. п.).
Для сокращения количества камер
рекомендуется применять естественную
компенсацию, сальниковые компенса-
торы с большим ходом или сдвоенные
сальниковые компенсаторы.
При выборе типа теплопровода сле-
дует руководствоваться в первую оче-
редь стремлением к бесперебойному
теплоснабжению, легкому обслужива-
нию и быстроте ликвидации аварий.
Вопрос о выборе типа теплопровода
(надземный или подземный) решается
по местным условиям с учетом тех-
нико-экономических соображений.
В большинстве случаев надземным
теплопроводам отдается предпочтение
при высоком уровне грунтовых и веш-
них вод, большой густоте существую-
щих подземных сооружений на трассе
проектируемого теплопровода, сильно
пересеченной оврагами местности и
пересечении м ногокол е йн ых ж ел езно-
дорожных путей. В остальных случаях
теплопроводы сооружаются подземного
типа.
Глубина заложения теплопровода
от перекрытия до поверхности земли
обычно принимается 0,5—1,0 м.
Пересечение теплопровода с дру-
гими подземными сооружениями долж-
но, как правило, проходить на разных
уровнях. Сближение' с другими под-
земными сооружениями в местах пере-
сечения должно быть таким, чтобы бы-
ла исключена возможность вредного
действия одной прокладки на другую
в отношении температурного режима
или повреждений цри производстве ра-
бот и авариях.
При пересечении проездов или же-
лезнодорожных путей надземными
теплопроводами надо оставлять доста-
точное расстояние от уровня земли
до теплопровода в зависимости от
рода транспорта, исходя из габаритов
по высоте:
Для автотранспорта......3,5 м
, трамвая.............4,5 м
• паровоза • • ..... . 5,55 и 6,4 лс
(первая цифра—расстояние от несго-
раемого строения до головки рельсов,
втор а я — р асстояни е от дерев ян ного
строения до головки рельсов).
При пересечении надземными тепло-
проводами железнодорожных путей
расстояние от крайней грани мачт до
оси железнодорожной колеи выбирают
не менее 2,45 м, исходя из габаритов
паровоза.
Прокладки теплопроводов по на-
ружным стенам жилых и промышлен-
ных зданий следует избегать, так как
это портит архитектуру зданий и ухуд-
шает освещенность их.
Для облегчения опорожнения и
д р ен а ж а теп л оп р оводы п р о кл а д ы в а ют
с уклоном к горизонту. Минимальная
величина уклона водяных сетей прини-
мается равной 0,002. Направление
уклона безразлично. В паровых сетях
§ 8-3]
Строительные конструкции
121
.минимальный уклон принимается рав-
ным 0,002 при направлении уклона по
ходу пара и 0,01 при направлении
уклона против хода пара.
Дренаж воды из водяных сетей осу-
ществляется через дренажные задвиж-
ки, устанавливаемые в нижних точках
участков теплопровода. Для преду-
преждения затопления подземного теп-
лопровода дренируемая вода должна
отводиться из камеры теплопровода в
водостоки, канализацию и другие места
сброса. Наиболее просто эта задача
решается в том случае, если водосток
или канализация проложены вблизи
теплопровода и по высоте ниже него.
В противном случае необходимо преду-
смотреть специальные устройства для
выкачки дренируемой воды из камеры.
Для этой цели можно использовать
водо- или пароструйные инжекторы.
При отсутствии в камерах стационар-
ных откачивающих устройств необхо-
димо иметь передвижной насосный
агрегат. Сечение дренажей выбирают
в зависимости от диаметра и длины
дренируемого трубопровода из усло-
вия опорожнения участка за 1 час.
Скорость воды в дренажной линии при-
нимается порядка 1 м!сек. Кроме опу-
скной задвижки для воды, на каждом
участке теплопровода между секцион-
ными задвижками в наиболее высокой
точке устанавливается воздушный
кран. Назначение воздушного крана
состоит во впуске воздуха в трубопро-
вод при опорожнении его и выпуске
воздуха из трубопровода при запол-
нении водой. Схема расположения дре-
нажных спусков и воздушных кранов
показана на фиг. 8-4. Пусковой дре-
наж паропровода имеет назначением
спуск и отвод конденсата в периоды
разогрева. При транспорте влажного
пара, кроме пускового, требуется по-
стоянно действующий дренаж. Пуско-
вой дренаж паропроводов осущест-
вляется через патрубки, приваренные
к низу паропровода через 100-н 150 м
по длине.
При подземных прокладках дрена-
жи устанавливаются, как правило, во
всех камерах. Диаметр дренажных ли-
ний. на паропроводах принимается
обычно равным Чю диаметра паропро-
вода, но не менее 19 мм.
Дренаж линий влажного пара осу-
Фиг. 8-4. Схема расположения дренажных и
воздушных кранов.
ществляется в процессе нормальной
эксплуатации в попутный конденсато-
провод через конденсатоотводчики —
подпорные шайбы или конденсацион-
ные горшки.
Для защиты паропровода от попа-
дания конденсата из конденсатопро-
вода в период остановки паропровода
или падения давления пара после кон-
денсатоотводчиков должны устанавли-
ваться обратные клапаны.
8-3. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Современные теплопроводы должны
удовлетворять следующим основным
требованиям:
1. Высокие и устойчивые в экс-
плуатационных условиях тепло- и вла-
госопротивления теплоизоляционной
конструкции.
2. Индустриальность и сборность.
Возможность изготовления на заводах
и стройдворах всех основных деталей,
укрупненных до пределов, определяе-
мых типом и мощностью подъемно-
транспортных средств. Сборка тепло-
проводов на трассе из готовых дета-
лей.
3. Возможность механизации всех
трудоемких процессов строительства и
монтажа.
Наиболее распространенным типом
прокладки теплопроводов является
подземная прокладка.
Область применения надземных про-
кладок ограничивается обычно уча-
стками сложных пересечений со строи-
тельными сооружениями или естествен-
ными препятствиями (реки, железные
дороги) и территориями промышлен-
ных площадок, где архитектурные,
эстетические и планировочные требо-
вания к надземным сооружениям не
являются столь сложными, как на ули-
цах городов.
122
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
Фиг. 8-5. Теплопровод в кирпичном
проходном канале.
Все конструкции подземных тепло-
проводов можно разделить на две
группы: канальные и бесканальные.
В канальных конструкциях тепло-
вая изоляция разгружена от внешних
нагрузок грунта стенками канала.
В бесканальных прокладках тепловая
изоляция испытывает нагрузку грунта.
Каналы сооружаются проходными
(фиг. 8-5 и 8-6), полупроходными и
непроходными (фиг. 8-7-4- 8-13).
Основным преимуществом проход-
ных каналов является постоянный до-
ступ к трубопроводам. Проходные ка-
налы позволяют заменять и добавлять
трубопроводы, производить ревизию,
ремонт и ликвидацию аварий на тру-
бопроводах без разрытия мостовых.
При большом числе труб большого
диаметра проходные каналы экономи-
чески выгоднее непроходных и тре-
буют меньшей площади в плане для
прокладки.
Проходные каналы применяются
обычно на выводах от теплоэлектро-
централей и на основных магистралях
промплощадок крупных предприятий.
В последнем случае в общем проход-
ном канале прокладываются все трубо-
проводы производственного назначе-
ния (паропроводы, водоводы, трубо-
проводы сжатого воздуха).
В крупных городах целесообразно
сооружать проходные каналы (коллек-
торы) под основными проездами1 до
устройства на этих проездах усовер-
шенствованных дорожных одежд.
В таких коллекторах прокладывает-
ся большинство подземных городских
коммуникаций: теплопроводы, водопро-
воды, силовые и осветительные кабе-
ли, кабели связи и др. (фиг. 8-6).
При прокладках в коллекторах пол-
ностью отпадает необходимость в раз-
рушении дорожных покрытий и произ-
водстве разрытай при ремонте и ре-
конструкции подземных коммуникаций.
Габариты проходных каналов выби-
рают из условия обеспечения достаточ-
ного прохода для обслуживающего пер-
сонала и свободного доступа ко всем
элементам оборудования, требующим
постоянного обслуживания (задвижки,
сальниковые компенсаторы, дренажные
устройства и т. п.). В местах распо-
ложения большого количества арма-
туры могут устраиваться специаль-
ные уширения — камеры. Ширина про-
хода в канале выбирается не менее
900 мм, высота — не менее 1,8 м. Рас-
стояние от стен до поверхности изо-
ляции принимается обычно не менее
150 -4- 200 мм для удобства изолировки
и обслуживания фланцевых соедине-
ний. Через каждые 150 -4-200 м по
длине должны быть предусмотрены лю-
ки, оборудованные лестницами или ско-
бами для попадания в канал. При
сооружении проходных каналов вблизи
производственных корпусов предусмат-
ривается удобное их соединение с под-
валами зданий.
Проходные каналы должны быть
оборудованы естественной вентиляцией
для поддержания температуры воз-
духа не выше 30° С, электрическим ос-
вещением низкого напряжения • (до
36 в), устройством для быстрого отвода
воды из канала.
На участках, насыщенных большим
количеством трубопроводов с высокой
температурой теплоносителя, должна
дополнительно сооружаться искусствен-
ная вентиляция для снижения темпера-
туры воздуха в канале в периоды дли-
тельного пребывания людей в нем во
время ремонтных работ.
Для отвода воды из канала при
опорожнении трубопроводов проходные
каналы сооружаются с продольным
уклоном не менее 0,002. В понижен-
ных точках устраиваются приямки для
воды, сообщающиеся с водостоками или
оборудованные насосами для откачки.
Пусковые устройства насосов жела-
тельно оборудовать автоматическим
или дистанционным управлением.
§ 8-3)
Строительные конструкции
123
О Кабели силабые
j Метттлличеехие яоясали
i°i водапрабабная ятруба
|£л^] беТ770Я
Щебеяачяая гмбгл/либяи
О Кабели сбязи
, Трубы тепласетпи
Железабелчая м-770
ЕЗ Кирпичная лащг/тл-
Fg мая стпеяяа
— Тибриизлляция
Фиг. 8-6. Двухсекционный коллектор для
городских подземных
прокладок.
Проходные каналы, сооружают из
бута, кирпича, бетона и железо-
бетона. Перекрытие каналов, как пра-
вило, железобетонное.
Железобетонные проходные каналы
должны сооружаться из укрупненных
сборных элементов, заранее
изготовленных на заводах. Сборка этих
элементов на трассе должна произво-
диться при помощи транспортно-подъ-
емных механизмов.
Пол проходных каналов устраивает-
ся бетонным или щебенчатым с залив-
кой цементным раствором. Опорные
конструкции для трубопроводов выпол-
няются в виде металлических полок со
стойками, изготовленных из балок или
швеллеров. Концы стоек жестко за-
щемляются в полу и перекрытии кана-
ла. Иногда опорные конструкции вы-
полняются в виде кронштейнов, одним
концом заделанных в стену, а другим
связанных со стойками.
В тех случаях, когда сооружение
проходных каналов экономически не
оправдывается, но должен быть обес-
печен постоянный доступ к трубопро-
водам, целесообразно прокладывать
теплопроводы в полупроходных кана-
лах.
Габариты полупроходных каналов
вьнбирают из условия прохода по ним
человека в полусогнутом состоянии.
Высота в свету полупроходных каналов
выбирается не менее 1 200 мм.
По удобству обслуживания полу-
проходные каналы значительно усту-
пают проходным. В полупроходных ка-
налах можно проводить осмотр трубо-
проводов и мелкий ремонт тепловой
изоляции.
Серьезный ремонт, связанный со
слесарными и сварочными работами,
практически невозможно проводить
в полупроходных каналах.
Полупроходные каналы сооружают-
124
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл. 8
Фиг. 8-7. Теплопровод в железобеюнном
односкорлупном непроходном канале.
ся обычно только на коротких участках,
например при пересечении теплопрово-
дами проездов с усовершенствованными
покрытиями.
Большинство теплопроводов про-
кладывается в непроходных каналах
или бесканально.
Все конструкции теплопроводов в
непроходных каналах можно разбить
на две группы: с воздушной прослойкой
между поверхностью изоляции и стен-
ками канала (фиг. 8-7 и 8-8) и без
воздушной прослойки (фиг. 8-9 -н
8-13).
Габариты непроходных каналов
определяются в основном расстоянием
между осями прокладываемых трубо-
проводов и зазорами между поверх-
ностью тепловой изоляции трубопро-
водов и строительной (конструкцией
канала. Расстояние между осями тру-
бопроводов выбирается из условия
обеспечения удобного доступа к саль-
никовым компенсаторам, фланцевым
соединениям и арматуре.
Для сближения осей трубопроводов
практикуется установка компенсаторов,
арматуры и фланцевых соединений
смежных трубопроводов вразбежку.
Все элементы оборудования, тре-
бующие надзора или обслуживания
(задвижки, сальниковые компенсаторы,
дренажные устройства), размещаются
в камерах. Примерные габариты каме-
ры приведены на фиг. 8-14. Высота ка-
мер в свету выбирается не менее 1,8 н-
2 м.
Для уменьшения объема земляных
работ желательно прокладывать кана-
лы возможно ближе к поверхности
земли.
Однако в городских условиях из-за
пересечений с другими подземными со-
оружениями расстояние от перекрытия
канала до поверхности земли редко
удается выдержать меньше 0,8-4- 1 м.
Перекрытие камер заглубляется на
•меньшую величину. В благоприятных
случаях, когда заглубление канала мо-
жет быть выбрано произвольно (про-
кладка под газонами, по незастраивае-
мой территории), следует совмещать
перекрытие каналов с поверхностью
земли, предусмотрев только соответ-
ствующую планировку поверхности
земли для защиты канала от поверх-
ностных вод. Камеры могут в этих слу-
чаях выступать над поверхностью
земли.
Материал для сооружения непро-
ходных каналов выбирается главным
образом в зависимости от располагае-
мых местных ресурсов.
Непроходные каналы сооружаются
из бутобетона, кирпича, железобетона.
Перекрытия часто выполняются сбор-
ными из железобетонных балок тавро-
вого сечения или железобетонных плит.
Применение находят сборные не-
проходные каналы скорлупного типа
(фиг. 8-7), состоящие практически из
одной детали — скорлупы эллиптиче-
ской или цилиндрической формы. На-
ряду со скорлупными каналами приме-
няются железобетонные и кирпичные
каналы прямоугольной формы с плос-
ким железобетонным перекрытием
(фиг. 8-8). При сооружении сборных
пере кр ытий необ ход имо .пр едусм а три -
вать защиту против проникновения в
канал поверхностных вод через зазоры
между элементами перекрытия. С этой
целью следует все швы перекрытия
тщательно заделывать цементным рас-
твором. Все открытые металлические
части сооружения должны окраши-
ваться антикоррозионным лаком для
предупреждения коррозии.
Фиг. 8-8. Теплопровод в сборном
железобетонном канале.
§ 6-3]
Строительные конструкции
125
Фиг. 8-9. Асбоцементная цилиндриче-
ская оболочка для теплопроводов кон-
струкции ВТИ—„Красный строитель*.
J—теплопровод; 2—внутренняя асбоце-
ментная труба; 3 — минеральная вата; 4 —
наружная асбоцементная труба; 5 — асбо-
цементное кольцо; 6 — асбоцементная мас-
са на водном растворе жидкого стекла.
Все канальи, как правило, надежно
разгружают теплоизоляционную кон-
струкцию теплопровода от усилий ок-
ружающего грунта, но этим еще не
обеспечиваются эффективность и дол-
говечность тепловой (Изоляции.
Основным агентом, разрушающим
подземные теплопроводы, является
влага.
При увлажнении тепловой изоля-
ции возрастает коэффициент теплопро-
водности ее и растут тепловые потери
теплопровода.
Если влага проникает через тепло-
вую изоляцию к поверхности стального
трубопровода, то происходит наружная
коррозия.
Процесс наружной коррозии сталь-
ных трубопроводов усиливается при на-
личии агрессивных веществ в строи-
тельно-изоляционных элементах тепло-
провода или окружающем грунте.
От многократного увлажнения и
сушки происходит разрушение тепло-
вой изоляции.
Разрушение тепловой изоляции уси-
ливается, когда увлажнение сопровож-
дается механическим воздействием вла-
ги, например когда влага в виде ка-
пели или струй падает с перекрытия
на теплоизоляционную конструкцию.
Большое значение имеют прочность и
долговечность наружной оболочки теп-
лоизоляционной конструкции.
Как только наружная оболочка, вы-
полняющая одновременно роль несу-
щей конструкции, разрушается, тепло-
вая изоляция сваливается с трубы в за-
зор между трубопроводом и стенками
канала.
Для увеличения долговечности теп-
лопровода в каналах с воздушной про-
слойкой несущая конструкция подвес-
ной изоляции (вязальная проволока
или металлическая сетка) покрывается
сверху асбоцементной коркой.
Для того чтобы сделать невозмож-
ным сваливание тепловой изоляции с
трубопровода, в некоторых конструк-
циях теплопроводов ликвидирован воз-
душный зазор между поверхностью
тепловой изоляции и стенками канала.
В этих конструкциях стенки канала
выполняют одновременно роль несущей
оболочки для тепловой изоляции.
Применение теплопроводов без воз- j
душного зазора между тепловой изоля- /
цией и стенками канала, равно как и
бесканальных прокладок, возможно^
в условиях, когда тепловая деформа-
ция трубопровода происходит только
в осевом направлении.
На участках, где имеет место боко-
вое перемещение трубопровода при
тепловой деформации, должны приме-
няться прокладки в каналах с воздуш-^
ным зазором.
Прокладки в каналах без воздуш-
ного зазора получили в последние го-
ды широкое применение.
Фиг. 8-10. Теплопровод в асбоцементных
оболочках.
126
Элементы оборудования тепловых сетей
(гл. 8
Фиг. 8-11. Теплопровод конструкции ВТИ-Мосэнерго в железобетонных
трубах.
На фиг. 8-9 показана цилиндриче-
ская асбоцементная оболочка конструк-
ции ВТИ — «Красный строитель», а на
фиг. 8-10 — смонтированный участок
теплопровода в этих оболочках [Л. 23].
Асбоцементная оболочка ВТИ —
«Красный строитель» состоит из двух
концентрических асбоцементных труб.
Наружная труба рассчитана на
внешнюю нагрузку грунта и поэтому
выполняется с большей толщиной стен-
ки. Внутренняя труба имеет меньшую
толщину. Пространство между концен-
трическими асбоцементными трубами
заполнено минералыной ватой. С тор-
цов пространство между концентриче-
скими трубами закрыто плоскими
кольцевыми дисками. Зазор между пло-
скими кольцевыми дисками и асбоце-
ментными трубами заделан на растворе
из асбеста и расширяющегося цемента.
Асбоцементные оболочки длиной до
4 м изготовляются заводом «Красный
строитель». Внутренний диаметр обо-
лочки на 10-4-15 мм больше наруж-
ного диаметра стальной трубы. При
монтаже теплопровода оболочки, зара-
нее изготовленные на заводе, наде-
ваются на стальную трубу.
Оболочки соединяются при помощи
асбоцементных муфт, устанавливаемых
Фиг. 8-12. Теплопровод конструции
Мосэнерго в железобетонных полуцилиндрах.
на растворе из расширяющегося цемен-
та. Зазор между стальной трубой и
асбоцементной оболочкой заделывается
со стороны камер асбестовым шнуром
для защиты от поступления в этот за-
зор парообразной влаги из камер.
Наружная асбоцементная труба
полностью разгружает как тепловую
изоляцию теплопровода—минеральную
вату, так и стальной трубопровод от
нагрузки грунта.
Преимуществами теплопровода кон-
струкции ВТИ — «Красный строитель»
являются: малая тепло- и влагопровод-
ность, индустриальность, сборность,
малый вес оболочки.
Достаточно близка к сборной асбо-
цементной конструкции, разработанная
ВТИ и Мосэнерго конструкция тепло-
провода в железобетонных центрифу-
гированных трубах (фиг. 8-11).
В железобетонную трубу 3 длиной
5-н 6 м, изготовленную заранее на за-
воде, вставляется стальная труба 4.
К стальной трубе приварены опоры
центрирующие ее внутри железобетон-
ной трубы. Зазор между железобетон-
ной и стальной трубами заполняется
минеральной ватой.
При монтаже теплопровода на трас-
се железобетонные трубы со вставлен-
ными в них отдельными трубами опу-
скаются в канал. Длина стальной тру-
бы примерно на 0,5 м больше длины
железобетонной трубы, поэтому с тор-
цов железобетонной трубы выступают
концы стальной трубы длиной порядка
0,25 м.
Концы стальных труб свариваются,
после чего они покрываются тепловой
изоляцией из минераловатных матов.
На эту изоляцию надевают два желе-
зобетонных полуцилиндра, образующих
совместно канал, разгружающий тепло-
вую изоляцию от давления грунта.
§ 8-3]
Строительные конструкции
127
Фиг. 8-13. Непроходной канал
с засыпной изоляцией из мине-
ральной ваты.
Стык между железобетонной трубой и
каналом из железобетонных полуци-
линдров заделывается при помощи же-
лезобетонной муфты, устанавливаемой
на цементном растворе.
Сооружение теплопровода из желе-
зобетонных труб требует обязательного
применения на трассе подъемно-транс-
портных механизмов повышенной гру-
зоподъемности .
Преимуществами этой конструкции
являются: индустриальность, возмож-
ность использования для сооружения
теплопроводов железобетонных труб
серийного заводского изготовления.
Недостатками конструкции являют-
ся: большое количество потолочной
стыковой сварки звеньев труб на трас-
се, большой вес монтируемых звеньев
теплопровода.
Уязвимыми местами этого тепло-
провода в отношении увлажнения яв-
ляются в первую очередь участки меж-
ду железобетонными трубами, выпол-
няемые из полуцилиндров. Наличие
продольного шва между полуцилинд-
рами облегчает перемещение грунтовой
влаги в теплоизоляционный слой теп-
лопровода.
Широкое применение в последние
годы получила прокладка теплопрово-
да конструкции Мосэнерго в сборных
каналах из железобетонных полуци-
линдров с засыпной изоляцией из
минеральной ваты (фиг. 8-12).
Преимуществами этой конструкции
по сравнению с прокладкой в кирпич-
ных каналах являются сборность и воз-
можность сооружения строительной ча-
сти теплопровода из элементов, зара-
нее изготовленных на заводе.
Недостатком этой конструкции яв-
ляется сравнительно высокая влагопро-
водность из-за большой шовности, так
как теплопровод имеет большую длину
соединительных швов между строи-
тельными элементами. Поэтому этот
теплопровод может быть рекомендован
только для сухих грунтов.
Недостатками этой конструкции яв-
ляются также значительная неравно-
мерность в толщине слоя минеральной
ваты и наличие отдельных воздушных
пазух в зазоре между поверхностями
стальной трубы и строительной обо-
лочки, вызываемых неточностью из-
готовления строительных оболочек,
некоторой криволинейностью осей мон-
тируемых трубопроводов и ручной
укладкой тепловой изоляции непосред-
ственно на трассе.
Для увеличения долговечности
теплопровода и повышения качества
теплоизоляционного слоя целесообраз-
но перейти от использования засыпной
минеральной ваты в сыром виде к при-
менению изделий из минеральной ваты,
выполненных в виде матов, обработан-
Фиг. 8-14. Камера теплопровода.
128
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
Фиг. 8-15. Бесканальный тепло-
провод конструкции Ленэнерго в
армопенобетоне.
1 — монолитный армопенобетон; 2— бе-
тонная подготовка; 3—песчаная подсып-
ка; 4 — грунт.
ных соответствующим образом с целью
снижения паро- и влагопроводности и
приклеенных к внутренней поверхности
железобетонных оболочек.
При некотором усовершенствовании
арматуры железобетонных полуци-
линдров, позволяющем добиться для
двух независимых полуцилиндров ра-
боты их в грунте как цельного цилинд-
ра, можно снизить толщину соединяе-
мых полуцилиндров и сократить вес
этих строительных деталей.
Для сухих грунтов при прокладке
в одном направлении большого коли-
чества труб малого диаметра может
быть применен сборный железобетон-
ный прямоугольный канал с засыпной
изоляцией конструкции ТЭП (фиг.
8-13).
Все конструкции бесканальных теп-
лопроводов можно разделить на две
группы: разгруженные (фиг. 8-15-н
8-17) и неразгруженные (фиг. 8-18).
В разгруженных бесканальных
теплопроводах теплоизоляционная кон-
струкция, обладая достаточной меха-
нической прочностью, разгружает тру-
бопровод от нагрузки грунта.
В неразгруженных бесканальных
прокладках нагрузка грунта передает-
ся через тепловую изоляцию на тру-
бопровод.
Теплоизоляционную конструкцию
бесканальных теплопроводов наиболее
рационально выполнять из материалов,
обладающих достаточной механической
прочностью и одновременно низкой
влагопроводностью, например из пено-
стекла с замкнутыми порами.
Цилиндрическая оболочка, выпол-
ненная из пеностекла, может воспри-
нять нагрузку окружающего грунта,
разгружая от этих усилий стальной
трубопровод.
С другой стороньи, благодаря низ-
кой влагопроводности пеностекло не
увлажняется и поэтому обладает устой-
чивым и сравнительно низким коэффи-
циентом теплопроводности.
Однако промышленное производ-
ство оболочек для теплопроводов из
пеностекла еще не налажено. Поэтому
теплоизоляционные оболочки беска-
нальных теплопроводов выполняются в
настоящее время из других материалов,
уступающих по своим качествам пено-
стеклу.
Одним из современных разгружен-
' ных бесканальных теплопроводов, по-
лучившим широкое применение при
сооружении тепловых сетей в Ленин-
граде, является теплопровод конструк-
ции Ленэнерго с оболочкой из арми-
рован н ого а втокл анного пеноб ето н а
(фиг. 8-15 и 8-16).
Пенобетон приготовляется путем
смешения цементного раствора с
эмульсией из пенообразующих веществ
(столярного клея, канифоли, едкого
натра). После схватывания пенобетон
образует достаточно прочную ячеистую
массу.
Слой пенобетона накладывается на
трубы литым способом в заводских
условиях. После схватывания пенобе-
тона и пропарки в автоклавах внешнюю
поверхность его очищают и оклеивают
гидроизоляцией для защиты от по-
ступления в него влаги из грунта.
Г идроизоляционный слой выпол-
няется из борулина—рулонного гидро-
изоляционного материала, изготовляе-
мого из битума и асбеста с добавкой
трепела.
Фиг. 8-16. Общий вид трубопроводов
с армопенобетонной оболочкой.
§ 8-3]
Строительные конструкции
129
Для изготовления пенобетонных
оболочек требуется наличие специаль-
ной заводской установки.
С завода выпускаются трубы, по-
крытые теплоизоляционной оболочкой
и сверху гидроизоляционным слоем.
Преимуществом конструкции Ленэнерго
является ее индустриальность. Непо-
средственно на трассе осуществляются
только укладка в траншею готовых изо-
ляционных звеньев, сварка и изоляция
стыков.
Недостатком бесканального тепло-
провода из автоклавного армопенобе-
тона конструкции Ленэнерго является
сцепление стальной трубы и теплоизо-
ляционной оболочки, вследствие чего
отсутствует независимое перемещение
трубы внутри теплоизоляционной обо-
лочки. При изменении температуры
теплоносителя происходит перемещение
трубы вместе с пенобетонной оболоч-
кой, что увеличивает термические на-
пряжения в трубопроводе.
Недостатком пенобетона как тепло-
изоляционного материала является по-
вышенная влагопроводность, а при
увлажнении коэффициент теплопровод-
ности пенобетона возрастает.
При изготовлении пенобетонных
оболочек на заводе необходимо обеспе-
чить надежную осушку их от влаги до
покрытия поверхности их гидроизоля-
цией. При наличии гидроизоляции
осушка оболочек во время работы теп-
лопровода практически невозможна.
Слабым местом в отношении по-
ступления в теплоизоляционный слой
влаги из грунта являются стыки оболо-
чек -со скорлупами из пенобетона,
Фиг. 8-17. Заливка теплопроводов
пенобетоном.
Фиг. 8-18. Бесканальная прокладка
теплопроводов во фрезерном-торфе.
/—засыпка фрезерным торфом; 2 — засыпка
грунтом.
укладываемыми непосредственно на
трассе после сварки трубопроводов.
Другим типом разгруженных беска-
нальных теплопроводов, получившим
применение в первый период развития
теплофикации в СССР, являются ли-
тые пенобетонные прокладки (фиг.
8-17), которые впервые применены бы-
ли в Ленинграде в 1931 г.
По сравнению с известными в то
время конструкциями теплопроводов
прокладка в монолитном заливном
пенобетоне представляла значительный
шаг вперед в отношении снижения
начальной стоимости, механизации
строительных работ, сокращения сро-
ков строительства тепловых сетей и
повышения долговечности теплопро-
вода.
Для того чтобы пенобетон не схва-
тывался со стальными трубами, послед-
ние перед заливкой протирались смолой
или нефтью.
Последующие вскрытия показали
достаточную механическую прочность и
долговечность литых пенобетонных
прокладок. При вскрытиях не обнару-
жено серьезных механических повреж-
дений пенобетонного массива.
У поверхности труб пенобетон, как
правило, оказывался отполированным,
что свидетельствует о перемещении
труб при тепловых деформациях внут-
ри пенобетонного массива.
Недостатками этой конструкции яв-
ляются повышенный расход цемента на
сооружение теплопровода и повышен-
ная влагопроводность пенобетона.
Степень увлажнения пенобетона
увеличивается при выключении тепло-
провода из работы.
Некоторое применение получила не-
разгруженная бесканальная прокладка
с засыпкой фрезерным торфом
(фиг. 8-18).
9 Е. Я. Соколов.
130
Элементы, оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
1 — дюкер; 2 — железобетонный колодец; 3 — бетонный массив; 4 — присыпка землей.
Такие прокладки показывают удов-
летворительные результаты! в сухих,
чистых (не загрязненных агрессивными
веществами) грунтах при использова-
нии торфа без содержания серы, невы-
сокой температуре теплоносителя (не
выше 120° С), при условии хорошего
выполнения работ в смысле равномер-
ной и плотной подбивки торфа под тру-
бы и тщательного уплотнения засыпки
над трубами.
В строительстве тепловых сетей
крупных городов и промышленных
районов в послевоенные годы полу-
чили применение прокладки в дюкерах
и закрытые методы прокладки (без
вскрытия грунта).
Представляет интерес дюкер для
прокладки теплопроводов по дну
Москвы-реки, сооруженный в Москве
в 1949 г. (фиг. 8-19 и 8-20).
Полностью сваренный дюкер дли-
ной свыше 200 и диаметром 2,5 м был
опущен с поверхности в заранее под-
готовленное ложе на дне реки. Для
того чтобы дюкер не всплыл, на него
сверху были надеты чугунные грузы-
кольца. Для предохранения от корро-
зии наружная поверхность дюкера по-
крыта слоем гидроизоляции. В дюкере
Фиг. 8-20. Поперечное сечение дюкера.
1 — пригрузочное кольцо; 2 — кольцо жесткости.
имеется проход для обслуживающего
персонала высотой 2 м и шириной 1 м.
В местах пересечения проездов
с интенсивным уличным движением,
основных 'магистральных проездов с
усовершенствованными мостовыми или
железнодорожного полотна применяют-
ся щитовые проходки, прокладки
в гильзах, прокладки способом продав-
ливания и др.
Щитовая прокладка (фиг. 8-21 и
8-22) выполняется при помощи щита,
представляющего собой цилиндриче-
скую сварную оболочку, выполненную
из стального листа.
Поступательное движение щита в
грунте осуществляется при помощи
Фиг. 8-21. Схема щитовой^прокладки.
1 — производственная шахта; 2-—часть уложенного
туннеля; 3 — место забоя; 4 — гидравлические дом-
краты; 5—кран-укосина; 6—вагонетки для вывоза
грунта; 7 — щит.
Фиг. 8-22. Канал из блоков при*щитовой
прокладке.
§ 8-3]
Строительные конструкции
131
Фиг. 8-23. Прокладка теплопровода
в гильзах.
1 — железобетонные плиты; 2 — асфальт; 3 — бетон-
ная подготовка; -/ — трубопровод; 5 — изоляция тру-
бопровода; 6 — труба-гильза; 7 — основание канала.
гидравлических домкратов, упираю-
щихся в выложенный участок туннеля.
Для опускания щита в грунт строит-
ся специальная шахта, через которую
во время проходки грунт удаляется на
поверхность земли. По мере проходки
щита в грунте выкладывается цилинд-
рический туннель из сборньих бетонных
или железобетонных элементов.
При прокладке в гильзах (фиг. 8-23)
при помощи мощных гидравлических
домкратов в грунт вдавливается сталь-
ная труба. Эта труба в дальнейшем
очищается от грунта и используется
как оболочка, внутри которой тТрокла-
дывается изолированный трубопровод.
Надземные теплопроводы прокла-
дываются на мачтах (фиг. 8-24 и
8-25), кронштейнах (фиг. 8-26), эста-
кадах (фиг. 8-27).
Расстояние между мачтами опреде-
ляется типом прокладки, диаметром
трубопроводов, а также местными
Тяеи
условиями. Если расстояние между
Металлическая вершина
Подвесные опорМ
5000
5000
15000
План
Фиг. 8-24. Надземный теплопровод на железобетонных мачтах.
Фиг. 8-25. Надземный теплопровод
на стальных мачтах.
Фиг. 8-26. Прокладка теплопровода
на кронштейнах.
мачтами ничем не лимитируется, то
оно может быть выбрано равным нор-
мальному пролету между свободными
опорами. При необходимости оставле-
ния широких проездов расстояние меж-
ду мачтами может быть
сделано равным утро-
енному пролету между
свободными опорами.
В этом случае с обеих
сторон к каждой мачте
подвешиваются балки,
несущие промежуточ-
ные опоры (фиг. 8-25).
Материалы для мачт
выбираются в зависи-
мости от типа и назна-
чения прокладки. При
устройстве временных
тепло п ров одов прием-
лемым материалом для
изготовления мачт яв-
ляется дерево. Наибо-
лее подходящими мате-
9*
132
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
Фиг. 8-27. Прокладка теплопровода по эстакаде.
риалами для мачт стационарных про-
кладок являются железобетон и сталь.
В местах установки арматуры необ-
ходимо предусмотреть приспособление
для удобного подъема обслуживаю-
щего персонала и безопасного обслу-
живания арматуры.
На фиг. 8-24 показан надземный
теплопровод на железобетонных мач-
тах. Конструкция мачты (фиг. 8-28)
выполнена из железобетонного остова
Фиг. 8-28. Железобетонная мачта теплопровода.
и металлической вершины,
заделанной вверху в тело
мачты. Железобетонное тело
мачты бетонируется на ме-
сте. Нижняя часть мачты
имеет уширенный башмак,
которым она опирается на
грунт.
Железная вершина мач-
ты выполнена из двух со-
гнутых по особой фор-
ме и соединенных между собой швел-
леров, концы которых заделываются в
тело мачты во время бетонировки.
Верхняя часть вершиньи через косынку
соединена при помощи шарниров с рас-
тяжками промежуточных опор. Натя-
жение растяжек регулируется гайками
на их концах.
Широкое применение находят так-
же стальные мачты (фиг. 8-25), сва-
ренные из профильной стали — швел-
леров и уголков.
8-4. ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ
По тепловым сетям транспортирует-
ся теплоноситель, температура кото-
рого значительно превышает темпера-
туру окружающей среды. Благодаря
этому происходит непрерывная утечка
тепла от теплоносителя в окружающую
среду, представляющая безвозвратные
тепловые потери.
Снижение тепловых потерь в окру-
жающую среду достигается путем теп-
ловой изоляции теплопроводов. Кроме
снижения теплопотерь, тепловая изо-
ляция облегчает обслуживание обору-
дования теплопроводов вследствие по-
нижения температуры воздуха в под-
земных камерах и проходных каналах,
а также устраняет опасность ожогов
обслуживающего персонала в случае
соприкосновения с горячей поверх-
ностью трубопроводов и арматуры.
Одновременно со снижением тепло-
вых потерь уменьшается падение тем-
пературы теплоносителя вдоль тепло-
провода, что повышает качество тепло-
снабжения.
Тепловая изоляция теплопроводов
должна выполняться из материалов,
•обладающих низкой влаго- и теплопро-
водностью.
С последним качеством материала
всегда связан его малый удельный вес.
§ 8-4]
Тепловая изоляция
133
При увлажнении резко возрастает
коэффициент теплопроводности тепло-
вой изоляции.
В качестве иллюстрации на фиг.
8-29 показана зависимость 2 = f (w)
для минеральной ватьи.
В сухом состоянии минеральная ва-
та с у = 200 кг/м2* имеет 2 =
= 0,04 ккал/м час^С; при увлажнении
до 30% по объему коэффициент тепло-
проводности «минеральной ваты возра-
стает до 0,12 ккал/м час °C, т. е. уве-
личивается в 3 раза.
Из современных теплоизоляционных
материалов наиболее подходящими для
тепловых сетей являются изделия из
минеральной ваты, защищенные биту-
минировкой от увлажнения.
Перспективным изоляционным ма-
териалом для бесканальных теплопро-
водов является пеностекло с замкну-
тыми порами.
В настоящее время наряду с мине-
ральной ватой применяются и другие
изоляционные материалы, главным
образом неорганического происхожде-
ния: пенобетон, диатомовый кирпич и
Фиг. 8-29. Зависимость коэффициента тепло-
проводности минеральной воды от объемной
влажности и объемного веса при t = 20° С.
/ — 1сух “ 120 кг!мг\ 2 — tCyX “ 200 кг/м3',
3 — "\СуХ я 350 кг{мь.
Фиг. 8-30. Мастичная тепловая
изоляция.
/ _ труба; 2 — изоляционная мастика;
3—штукатурка; 4—гидроизоляция.
изделия из диатомита, асбестовые из-
делия, совелит и пр.
Ограниченное применение находят
фрезерный торф и торфоплиты.
В приложении 13 приведены харак-
теристики теплоизоляционных материа-
лов, применяемых в тепловых сетях.
Коэффициент теплопроводности
большинства изоляционных материа-
лов, применяемых в тепловых сетях,
лежит в интервале 0,04 -н 0,12
ккал/м час °C.
На практике применяются следую-
щие конструкции тепловой изоляции:
мастичные (фиг. 8-30); из формован-
ных изделий (фиг. 8-31); засыпные
(фиг. 8-32); литые (фиг. 8-16) и обер-
точные (фиг. 8-33 и 8-34).
Выбор изоляционной конструкции
зависит от способа прокладки тепло-
провода и располагаемых изоляцион-
ных материалов.
Мастичные конструкции применяют-
ся при изоляции «по горячему», когда
в процессе укладки изоляции трубо-
провод находится в горячем состоянии.
Такая конструкция может применяться
при надземных прокладках, проклад-
ках в проходных каналах и на абонент-
ских вводах. Во всех этих случаях изо-
ляцию можно накладывать во время
работы теплопровода, не задерживая
окончания строительных работ. На-
Фиг. 8-31. Двухслойная сегментная тепловая
изоляция.
1— труба с антикоррозионным покрытием; 2 — изо-
ляционные сегменты; 3 — асбоцементная корка, 8 —
я Ю-т-15 мм; 4 — стяжные кольца из проволоки.
134
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл. 8
Фиг. 8-32. Изоляция трубопроводов
минеральной ватой.
7 — стойка из кровельной стали; 2 — минеральная ва-
та; 3 — проволочная сетка; 4—штукатурка; 5—хомут
(кольцо)из кровельной стали; 6 — опорное кольцо из
проволоки; 7—стойка.
кладка мастичной изоляции является
процессом, требующим много времени.
Поэтому применение мастичной изоля-
ции на улицах городов при прокладке
теплопроводов в непроходных каналах
неприемлемо. Это вызвало бы длитель-
ное открытие траншей, связанное с на-
рушением уличного движения и опас-
ностью затопления теплопровода при
выпадении осадков.
Опыт эксплуатации показывает до-
статочно высокую долговечность ма-
стичных изоляций при надземных
прокладках. В нормальных условиях
эксплуатации мастичные изоляции ра-
ботают в течение многих лет, требуя
лишь мелкого текущего ремонта.
В подземных теплопроводах, проло-
женных в каналах с воздушной про-
слойкой, широко применяются изоляции
из формованных изделий.
Формованные изделия в виде кир-
пичей или изготовленных заводским
или полузаводским путем сегментов,
скорлуп, плит и других изделий из
диатомита, минеральной ваты, пено-
бетона и других материалов уклады-
ваются на зачищенную, защищенную
антик орр озио н н ым покр ыти ем сухую
поверхность трубопровода и закрпеля-
ются снаружи вязальной проволокой
или поясками из пачечного железа.
Проволочный бандаж, являющийсяч
несущим элементом изоляционной кон-\
струкции из формованных изделий,
должен быть прочным и долговечным.
При растяжке проволочного бан-
дажа между изоляционными сегмен-
тами и трубопроводом образуется
зазор, способствующий росту теплопо-
терь и наружной коррозии трубопро-
водов.
Для увеличения долговечности про-
волочного бандажа рекомендуется из-
готовлять его из толстой стальной
(лучше оцинкованной) проволоки и
покрывать защитной коркой. Сверху на
проволочный бандаж накладывается за-
щитная корка из асбоцементной массы
толщиной 10н-15 мм. Асбоцементная
корка схватывается с металлическим
бандажем и образует долговечную
оболочку.
При больших диаметрах трубопро-
водов (300 мм и выше) бандаж выпол-
няется из металлической сетки, на ко-
торую наносится асбоцементная корка.
В целях облегчения и удешевления
изоляционных работ желательно
уменьшать количество укладываемых
сегментов путем увеличения их габа-
ритов, применения полуцилиндров или
четвертей цилиндров. При укладке изо-
ляции необходимо обратить внимание
на плотную пригонку друг к другу изо-
ляционных скорлуп или сегментов. Про-
межутки (щели) между формованными
изоляциями должны быть законопа-
чены сухой изоляцией — асбестовым
войлоком, шнуром’ и т. п. Не рекомен-
дуется промазывать щели между фор-
мованными изоляционными изделиями
сырой мастикой. Анализ материалов
вскрытий работающих подземных теп-
лопроводов приводит к заключению,
что сырая мастика, применяемая для
затирок, является одной из причин
быстрого разрушения изоляции. Влага,
вводимая с сырой мастикой, создает
благоприятные условия для гниения
органической изоляции и наружного
покрова, если он выполнен из органи-
ческих материалов, и ржавления про-
волочного бандажа.
В каналах без воздушного зазора
широко применяются засыпные изоля-
ции, в первую очередь — минеральная
вата (фиг. 8-32). В разгруженных бес-
канальных прокладках широкое приме-
нение нашли литые конструкции, в
первую очередь — пенобетон.
Оберточные изоляции выполняются
в виде мягких элементов: шлангов
(фиг. 8-33), матрацев (фиг. 8-34),
полотнищ и др., изготовляемых обычно
из- асбестовой ткани и заполняемых
внутри минеральной ватой, асбестом и
другими сыпучими материалами.
§ е-4]
Тепловая изоляция
135
Фиг. 8-33. Асбестовый шланг.
Фиг. 8-34. Асбестовый матрац.
Оберточные изоляции применяются
тлав1ным образом для изоляции арма-
туры, компенсаторов и других фасон-
ных или гибких элементов трубопро-
вода.
В настоящее время во многих горо-
дах работают подземные теплопроводы!
первых лет строительства тепловых се-
тей с разрушенной тепловой изоляцией.
Восстановление тепловой изоляции
подземных теплопроводов связано со
значительными трудностями, так как
для этого требуются вскрытие уличных
одежд, выемка грунта, вскрытие кана-
лов, наложение тепловой изоляции, а
затем восстановление каналов и улич-
ных одежд.
Особенно большие трудности свя-
заны с восстановлением изоляции теп-
лопроводов, проложенных под усовер-
ш е н ствов ан н ы м и мостов ыми.
Поэтому большой интерес представ-
ляет разработка методов восстановле-
ния тепловой изоляции подземных
теплопроводов без вскрытия уличных
одежд, например путем заполнения ка-
налов жидким пенобетоном или засып-
ной изоляцией.
На фиг. 8-35 показана принци-
пиальная схема установки, разрабо-
танной ВТИ и Теплосетью Ленэнерго
д5тя восстановления тепловой изоляции
подземных теплопроводов [Л. 93].
Установка состоит из следующих
элементов: эжектора 1 с бункером 2
для загрузки изоляции, гибкого шлан-
га 3 для подачи изоляции в канал,
передвижного воздушного компрессо-
ра 4 и гибкого шланга 5 для подачи
рабочего воздуха от компрессора к
эжектору.
Сжатый воздух поступает от ком-
прессора в рабочее сопло эжектора.
Выходя из сопла эжектора с большой
скоростью, воздух засасывает изоля-
цию, поступающую из бункера в при-
емную камеру эжектора.
Воздушный поток, несущий частицы
тепловой изоляции, поступает под не-
большим избыточным давлением из
эжектора в гибкий шланг, по которому
изоляция транспортируется в канал
подземного теплопровода.
Состояние тепловой изоляции всех
подземных теплопроводов как каналь-
ных, так и бесканальных сильно зави-
сит от режима работы теплопровода.
Когда теплопровод непрерывно ра-
ботает, тепловая изоляция, как пра-
вило, находится в сухом состоянии. Да-
же в бесканальных теплопроводах при
неблагоприятных влажностных усло-
виях окружающей среды (например,
в грунтах повышенной влажности) во
время работы теплопровода влага не
проникает глубоко в теплоизоляцион-
ный слой и сосредоточена вблизи на-
ружной поверхности изоляции.
При выключении теплопровода из
работы по мере снижения температуры
происходит перемещение влаги с по-
верхности изоляции к поверхности тру-
бы. Поэтому на долговечности тепло-
Фиг. 8-35. Принципиальная L
схема установки для заполне- ОО
ния каналов тепловой изоля-
цией.
/ — эжектор; 2—бункер; 3 —гибкий шланг для пневмотранспорта; 4 —
передвижной компрессор; 5 — гибкий шланг для рабочего воздуха;
6 — канал подземного теплопровода.
136
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
г
Фиг. 8-36. Типы дренажных оснований
теплопроводов.
бой сети исключительно благоприятно
сказывается круглогодовая работа.
Опыт показывает, что теплопрово-
ды, работающие круглогодично, нахо-
дятся в значительно лучшем состоянии,
чем работающие сезонно или периоди-
чески.
Источников поступления влаги в
теплоизоляционную конструкцию теп-
лопровода может быть несколько.
Основные из них: грунтовые воды,
поверхностные воды, естественная вла-
га из грунта.
Одним из основных условий долго-
вечности подземных теплопроводов яв-
ляется защита их от затопления грун-
товыми или верховыми водами.
Затопление приводит к порче тепло-
вой изоляции и наружной коррозии
трубопроводов. Попытки создать гер-
метичные конструкции теплопроводов
для прокладки ниже уровня грунтовых
вод не дали положительных результа-
тов. Обеспечить герметичность соору-
жения на большой длине очень трудно.
Появление хотя бы одного слабого ме-
ста в гидроизоляции приводит к зато-
плению теплопровода. Единственным
надежным решением является проклад-
ка продольного дренажа для пониже-
ния уровня грунтовьпх вод. Конструк-
ция самого теплопровода остается в
этом случае такой же, как для сухих
грунтов.
На фиг. 8-36 показаны некоторые
типы дренажных оснований в сочета-
нии с различными конструкциями теп-
лопроводов.
Выбор того или иного типа зависит
от ряда местных условий, как то: де-
бита грунтовых вод, наивысшего уров-
ня их, уклона трассы и направления
движения грунтовых вод относительно
оси канала.
При малом дебите и невысоком
уровне достаточно применять лишь
§ 8-4]
Тепловая изоляция
137
основание из гравия без дренажных
труб или с одной трубой (типы II и III).
При одностороннем поступлении
грунтовых вод возможно устройство
одной дренажной трубы со стороны
грунтовой воды (тип IV).
При большОхМ дебите и высоком
уровне рекомендуется иметь две дре-
нажные трубы — с обеих сторон тепло-
провода (тип. I).
Для проходных каналов дренаж
удобно выполнять в виде закрытого
плитами лотка внутри канала (тип V).
Такой лоток можно легко прочищать.
Гравелистое основание необходимо
выполнять с таким расчетом, чтобы
была исключена опасность подмыва
грунта под каналом. Сечение дренаж-
ных труб определяется дебитом воды
и уклоном дренажа. По длине трассы
необходимо предусмотреть через 40 -н
50 м колодцы для прочистки дренаж-
ных труб от засорений.
Так как основание камер обычно
значительно ниже основания самого
теплопровода, при понижении уровня
грунтовых вод до основания теплопро-
вода нижняя часть камер остается в
зоне затопления. Укладка продольного
дренажа ниже основания камер приве-
ла бы к резкому увеличению объема
строительных работ и удорожанию со-
оружения. Более целесообразным яв-
ляется в таких случаях устройство ка-
мер с водонепроницаемым основанием.
Для защиты теплопровода от по-
верхностных вод в первую очередь не-
обходима планировка поверхности зем-
ли над теплопроводом.
Отметка поверхности земли над те-
плопроводом должна несколько .пре-
вышать отметку окружающего грунта.
Весьма желательно устройство над те-
плопроводом уличной одежды в виде
асфальтового или бетонного покрова.
С этой же целью следует придавать
поверхности .перекрытия каналов уклон
к горизонту и тщательно промазывать
цементным раствором все швы в сбор-
ных перекрытиях.
В процессе эксплуатации необходи-
мо следить за тем, чтобы по трассе
теплопровода не производилось разры-
тии.
В местах эпизодических шурфовок
или вскрытий конструкция теплопро-
вода должна тщательно заделываться.
На практике имели место случаи, ко-
гда места вскрытий являлись в даль-
нейшем очагами разрушения теплопро-
вода.
Если не принимаются необходимые
меры защитьи и теплопровод постоян-
но или эпизодически подтапливается
грунтовыми или поверхностными вода-
ми, то происходит быстрое разрушение
тепловой изоляции, развивается наруж-
ная коррозия трубопроводов и резко
возрастают тепловые потери.
Однако защита теплопровода от
грунтовых и поверхностных вод еще
не решает полностью задачу преду-
преждения увлажнения тепловой изо-
ляции.
Серьезным источником увлажнения
тепловой изоляции является естествен-
ная влага, содержащаяся в грунте.
Эта влага воздействует на тепло-
провод постоянно и по всей длине про-
кладки.
В канальных прокладках влага по-
ступает из грунта в канал через наруж-
ные стенки.
При наличии воздушной прослойки
между поверхностью изоляции и стен-
ками канала влага, поступающая в
канал, испаряясь, насыщает воздух.
Парообразная влага сама по себе
не опасна для тепловой изоляции.
Тепловая изоляция, находясь во
влажном воздухе, увлажняется весьма
медленно, если только не имеет места
конденсация влаги.
Значительно быстрее тепловая изо-
ляция увлажняется под воздействием
жидкой влаги.
Во время рабогы в каналах с воз-
душной прокладкой устанавливается
естественная конвекция воздуха.
Вблизи поверхности тепловой изо-
ляции воздух нагревается, а вблизи
-перекрытия и у стенок канала он ох-
лаждается.
Если температура перекрытия или
стенок канала устанавливается ниже
температуры «точки росы», то созда-
ются условия для конденсации влаги
из воздуха.
Жидкая влага, выпавшая на пере-
крытии, падает на тепловую изоляцию
в виде капели, увлажняя и разрушая
тепловую изоляцию.
Капель,, попавшая на тепловую изо-
ляцию, испаряется, поднимается квер-
138
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл. 8
ху, конденсируется на перекрытии и в
виде капели опять падает вниз.
Таким образом, во время работы
теплопровода в канале устанавливает-
ся непрерывная циркуляция влаги, со-
провождающаяся конденсацией ее на
перекрытии и испарением на поверхно-
сти изоляции.
Циркуляция влаги приводит к ме-
ханическому разрушению тепловой изо-
ляции и значительному росту тепловых
потерь в связи с резким увеличением
коэффициента теплопроводности мокро-
го теплоизоляционного слоя и ростом
коэффициента теплоотдачи на наруж-
ной поверхности изоляции и внутренней
поверхности перекрытия.
Влага, конденсирующаяся на боко-
вых стенках канала, стекает по стенкам
на дно канала и отводится из канала
через фильтрующее дно или по дре-
нажному лотку.
При выключении теплопровода из
работы происходят остывание тепловой
изоляции и понижение температуры
воздуха в канале.
Снижение температуры теплопро-
вода сопровождается конденсацией
влаги на перекрытиях и стенках ка-
нала.
В этом случае влага, падая с пере-
крытия в виде капели на тепловую изо-
ляцию, не испаряется. По мере осты-
вания теплопровода влага проникает
вглубь тепловой изоляции до наруж-
ной поверхности трубопровода.
Для предупреждения разрушитель-
ного воздействия влаги на тепловую
изоляцию осуществляют следующие
мероприятия:
а) понижают влажность воздуха в
каналах путем постоянной или эпизо-
дической вентиляции их;
б) выполняют перекрытие каналов
таким образом, чтобы капель с потол-
ка не попадала на тепловую изоляцию,
а стекала на стенки канала и по дну
канала отводилась наружу.
С этой целью плоские перекрытия
каналов должны укладываться со зна-
чительным поперечным уклоном к го-
ризонту [Л. 21].
В канальных прокладках без воз-
душной прослойки, процесс воздействия
влапи на тепловую изоляцию несколько
отличается от процесса, наблюдаемого
в каналах с воздушной прослойкой.
При отсутствии воздушной прослой-
ки затрудняется циркуляция влаги ме-
жду тепловой изоляцией и наружными
ограждениями.
Влага, поступившая в канал из
грунта, находится во время работы
теплопровода только в наружном слое
изоляции, у стенок и перекрытия ка-
нала.
При выключении теплопровода из
работы эта влага перемещается с пери-
ферии вглубь тепловой изоляции
к трубе.
Таким образом, в каналах без воз-
душной прослойки, а также в беска-
нальных прокладках во время работы
теплопровода отсутствует циркуляция
влаги и не происходит механического
размыва тепловой изоляции, что имеет
место в канальных прокладках с воз-
душной прослойкой. Однако и в этих
конструкциях не устранена возмож-
ность глубокого увлажнения тепловой
изоляции.
В условиях непосредственного кон-
такта с грунтом всегда устанавливается
равновесие между влажностью грунта
и влажностью тепловой изоляции. При
этом равновесии влажность изоляции
будет тем меньше, чем меньше влаго-
емкость ее по сравнению с влагоем-
костью грунта.
Кроме того, влажность изоляции за-
висит от влажности грунта. Чем мень-
ше влажность грунта, тем ниже влаж-
ность тепловой изоляции.
Поэтому бесканальные прокладки,
а также канальные прокладки без воз-
душного зазора, не имеющие надежной
защиты тепловой изоляции от увлаж-
нения, например в виде оболочки из
асбоцементных труб, не следует про-
кладывать во влажных грунтах.
Б. Механическое оборудование
тепловых сетей
8-5. ТРУБЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ
Техника транспорта тепла предъ-
являет следующие основные требова-
ния к трубам, применяемым для тепло-
проводов:
1) достаточная механическая проч-
ность и герметичность при имеющих
место давлениях и температурах тепло-
носителя;
§ 8-5]
Трубы и их соединения
139
2) эластичность и устойчивость про-
тив термических напряжений при пере-
менном тепловом режиме;
3} постоянство механических
свойств;.
4) устойчивость против внешней и
внутренней коррозии;
5) малая шероховатость внутрен-
них поверхностей;
6) отсутствие эрозии внутренних
поверхностей;
7) малый коэффициент температур-
ных деформаций;
8) высокие теплоизолирующие свой-
ства стенок трубы;
9) простота, надежность и герме-
тичность соединений отдельных элемен-
тов;
10) простота хранения, транспорти-
ровки и монтажа.
Все известные до настоящего време-
ни сорта труб одновременно удовле-
творяют не всем перечцсленньим требо-
ваниям. В частности, этим требованиям
не вполне удовлетворяют стальные
трубы, широко применяемые для транс-
порта пара или горячей воды.
Однако высокие механические каче-
ства и эластичность стальных труб, а
также простота, надежность и герме-
тичность соединений (сварка) делают
их наиболее приемлемыми для даль-
него транспорта тепла по сравне-
нию с другими типами труб.
Для подбора сортамента трубопро-
водов и арматуры тепловых сетей
пользуются шкалой давлений (ГОСТ).
В основу построения шкалы давле-
ний положено деление всех трубопро-
водов на шесть групп в зависимости
от температуры транспортируемой сре-
ды. К первой группе относятся трубо-
проводы для среды с температурой до
120° С;
ко второй — трубопроводы для сре-
ды с температурой 120—300° С;
к третьей — трубопроводы для сре-
ды с температурами 300 — 400° С.
Остальные три группы охватывают
температуры транспортируемой среды
400—475° С—по 25° С в каждой.
Шкала разработана таким образом,
что одна и та же труба может приме-
няться для транспорта теплоносителя
с любой температурой, но при различ-
ных рабочих давлениях.
В качестве критерия давлений в
шкале установлено так называемое
«условное давление».
Труба, рассчитанная на какое-либо
условное давление, может быть приме-
нена для рабочего давления
Р раб~гР усл- (8-1)
Значение коэффициента е прини-
мается: для среды с температурой
/<120° С £=1; для среды с темпера-
турой 120</<300°С е = 0,8; для
среды с температурой 300 < t < 400 °C
г = 0,64.
Для остальных групп труб коэф-
фициент е меняется от 0,52 до 0,33.
В шкале давлений наряду с рабо-
чим и условным давлениями указы-
вается также пробное давление. По-
следнее при условном давлении до
2,5 ати принято двукратным условным.
При более высоком давлении оно по-
степенно понижается до 1,5 условного
давления.
Основным типом труб, применяе-
мых для транспорта тепла, являются
бесшовные стальные трубы. Такие
трубы выпускаются нашими заводами
диаметром до 400 мм. При больших
диаметрах применяются стальные тру-
бы, сваренные водяным газом.
Бесшовные трубы согласно стан-
дарту изготовляются из стали со вре-
менным сопротивлением не ниже
3 400 кг!см2. Минимальная толщина
стенок этих труб меняется от 2,5 мм при
диаметре 38 мм до 11 мм при диаме-
тре 400 мм.
Сварные трубы изготовляются с раз-
личными толщинами стенки. Для обыч-
ных условий транспорта тепла, когда
максимальное давление в трубопрово-
де не превышает 10=12 ата, могут
применяться трубы с толщинами сте-
нок 7 мм при диаметре 400 мм и 9 мм
при диаметре 600 мм.
При отсутствии бесшовных труб
диаметром меньше 400 мм на прямо-
линейных участках возможно приме-
нение сварных труб.
Из-за наличия в этих трубах про-
дольного сварного шва они непригодны
для изготовления гнутых колен.
Стальные обыкновенные трубы с
резьбой (газовые), как правило, не ре-
комендуется применять в строительстве
тепловых сетей. Удельный расход ме-
140
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл. 8
талла в газовых трубах больше, чем
в стальных трубах других сортов, из-
за утолщения стенки, вызываемого
резьбой.
Одно из основных преимуществ
газовых труб по сравнению со сталь-
ными трубами других сортаментов, за-
ключающееся в наличии у них удоб-
ных муфтовых соединений, потеряло
свое значение в связи с широким внед-
рением сварки при строительстве те-
пловых сетей.
Трубопроводы тепловых сетей сое-
диняются между собой при помощи
электрической или газовой сварки. На-
дежность работы теплопровода в зна-
чительной мере зависит от качества
сварных соединений. Поэтому строгое
выполнение технических условий по
производству сварочных работ являет-
ся обязательным при монтаже тепло-
вых сетей.
Из соображений надежности сле-
дует выбирать для теплопроводов тру-
бы из мягкой стали с содержанием
углерода не выше 0,3%.
Схема трубопровода, размещение
опор и компенсирующих устройств дол-
жны быть выбраны таким образом,
чтобы суммарное напряжение от всех
одновременно действующих деформа-
ций ни в одном сечении трубопровода
не превосходило допускаемой вели-
чины.
Наиболее слабым местом стальных
трубопроводов, по которым следует ве-
сти проверку напряжений, являются
сварные стыки.
Коэффициент прочности сварных
стыков представляющий собою от-
ношение допускаемого напряжения
стыка к допускаемому напряжению для
целой стенки, принимается равным
ср = 0,7.
Допускаемое напряжение для свар-
ных стыков при хорошем качестве свар-
ки принимается обычно 1 000 кг!см2.
Основные напряжения, возникаю-
щие в трубопроводах тепловых сетей,
могут быть классифицированы следую-
щим образом:
1. Напряжения растяжения под дей-
ствием внутреннего давления в двух
плоскостях: торцевой плоскости, нор-
мальной К ОСИ трубы, GJ и продольной
плоскости, проходящей через ось
трубы, а2.
2. Напряжение изгиба под дей-
ствием собственного веса трубопро-
вода, а также веса тепловой изоляции
и теплоносителя о3. Это напряжение
возникает в торцевой плоскости трубо-
провода.
3. Напряжение от изгиба под дей-
ствием термической деформации, воз-
никающее в торцевой плоскости трубо-
провода, о4.
4. Напряжение от кручения под
действием термической деформации,
возникающее в торцевой плоскости
трубопровода, о5.
Перейдем к расчету усилий и на-
пряжений, действующих в трубопро-
водах.
Введем следующие условные обоз-
начения:
р — внутреннее давление в тру-
бопроводе, кг/см2;
Р — осевая сила, кг;
М — изгибающий момент, кгсм;
d — наружный диаметр трубы,
см;
d0 — внутренний диаметр трубы,
см;
8 — толщина стенки трубы, см;
1 = — площадь торцевого сечения
трубы, см2;
d* — d4
U7=0,l —2------момент сопро-
тивления трубы, см3;
I = 0,05 (d4 — d*) — момент инер-
ции трубы, см4;
Е—модуль упругости первого
рода; для стали
Е— 2 • 106 кг1см2.
При одновременном действии трех ви-
дов деформации—растяжения, изгиба и
кручения — суммарное максимальное
напряжение определяется по формуле
а = Gj + ]/Ла2 + 4а^ кг)см2, (8-2)
где — напряжение изгиба под дей-
ствием собственного веса и
термической деформации.
Обычно крутящие моменты при тер-
мических деформациях весьма неве-
лики или вообще полностью отсут-
ствуют. В этом случае суммарное
максимальное напряжение в трубо-
проводе
a = ai+%. (8-3)
§ 8-5]
Трубы и их соединения
141
В тех случаях, когда изгибающие
моменты действуют в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях, как,
например, изгибающий момент от веса
трубопровода в вертикальной плоско-
сти и изгибающий момент от терми-
ческой деформации — в горизонталь-
ной, суммарное напряжение изгиба
определяется по формуле
аа=К% + °4- (8’4)
Напряжение растяжения в трубо-
проводе под действием внутреннего
давления может быть определено сле-
дующим образом.
Сила внутреннего давления, дей-
ствующая в торцевой плоскости, т. е.
плоскости, нормальной к оси трубы,
Фиг. 8-37. Типы фланцевых соединений.
а — фланец под разбортовку; б — фланец
с приварным кольцом; в — плоский фланец
под приварку.
Р = р-±кг. (8-5)
Напряжение растяжения в торцевой
плоскости
б1 = у = -^- кг]см2. (8-6)
Напряжения растяжения, возникаю-
щие в торцевой плоскости трубопро-
водов тедловых сетей, весьма неве-
лики, даже в трубах большого диа-
метра.
Напряжение растяжения в продоль-
ной плоскости о2 вдвое больше на-
пряжения ар Это можно установить
из следующего расчета. Вырежем из
трубопровода цилиндр длиной I и
рассмотрим равновесие сил в этом
цилиндре. Сила внутреннего давления,
действующая на стенки цилиндра,
P = pldQ.
Площадь сечения стенок трубы
/ = 2/8 см2. Напряжение растяжения
в продольной плоскости
- _ Р _ Pdo
°2—-----------
f 2d *
(8-7)
Фланцы
Фланцевые соединения в тепловых
сетях применяются только в местах
присоединения арматуры и установки
мерных дроссельных приборов (шайб).
В зависимости от условий работы
теплопровода и методов монтажа при-
меняются следующие типы фланцев:
свободные — на разбортовке или с при-
варным кольцом (фиг. 8-37,а и б);
мертвые — плоские на приварке
(фиг. 8-37,в).
При рабочих давлениях до 6 кг(см2
на практике применяются фланцы на
разбортовке (фиг. 8-37,а). В этих флан-
цах соприкасающимися поверхностями
фланцевого соединения являются бор-
ты трубопроводов.
Процесс отбортовки производится
в горячем состоянии. Для этой цели
конец трубы нагревают до вишнево-
красного каления. Так как при разбор-
товке стенка трубы вытягивается, то
во избежание сильного ослабления
стенки ширина борта делается не боль-
ше четырех толщин стенки.
Хорошо отбортовываются трубы из
мягкой стали. Хрупкие трубы (с боль-
шим содержанием углерода) обычно
не выдерживают процесса отбортовки
и трескаются.
При рабочих давлениях выше
6 кг!см2 и диаметрах труб не выше
500 мм применяются свободные флан-
цы с приварным кольцом (фиг. 8-37,6).
Приварка кольца к трубе должна про-
изводиться электросваркой во избежа-
ние пережога материала трубы.
Преимуществом этих фланцов явля-
ется простота изготовления их. Кольцо
и фланец могут быть вырезаны из ли-
стового железа и обработаны на про-
стейших механических станках. Произ-
водство таких фланцев не требует спе-
142
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл. 8
циального оборудования и может быть
налажено на месте монтажа.
Если по каким-либо условиям сво-
бодные фланцы не могут быть приме-
нены, то при рабочих давлениях до
16 кг 1см2 и диаметре трубопровода до
600 мм могут применяться плоские
фланцы под приварку (фиг. В-37,в).
Недостаток приварных фланцев за-
ключается в том, что все механические
и тепловые напряжения воспринимают-
ся местом сварки, при разрыве которо-
го происходит внезапный разрыв всего
соединения.
Приварка фланца к трубе произво-
дится с обеих сторон его (с рабочей
и затылковой). Между плоскостью
фланца и обрезом трубы оставляется
зазор, равный толщине стенки трубы,
который играет роль фаски.
Для предохранения материала тру-
бы от повреждения (пережога) привар-
ка фланцев должна производиться
электросваркой.
Независимо от конструкции флан-
цевого соединения соприкасающиеся
плоскости соседних фланцев должны
представлять собой совершенно парал-
лельные гладкие плоскости.
Для обеспечения плотности соеди-
нения между плоскостями соседних
фланцев вводится прокладка. Назначе-'
ние прокладки заключается в заполне-
нии всех мельчайших' неровностей
фланцевых поверхностей.
Материалом для прокладок в теп-
ловых сетях обычно служит паранит.
Толщина прокладки обычно не пре-
вышает 2н-3 мм. При большей тол-
щине прокладки увеличивается опас-
ность разрыва ее давлением воды или
пара.
Для удобства сборки и возможно-
сти быстрой замены прокладок в усло-
виях эксплуатации следует наружный
диаметр прокладки принимать равным
внутреннему диаметру окружности бол-
тов. В этом случае болты сами центри-
руют прокладку. Внутренний диаметр
прокладки следует выбирать немного
большим внутреннего диаметра трубы
(приблизительно равным наружному
диаметру трубы), для того чтобы про-
кладка в случае небольшого сдвига не
создал а доп ол ните л ь ного соп р отив л е -
ния в трубе.
Основные геометрические размеры
фланцев (наружный диаметр, диаметр
центральной окружности, число бол-
тов) и размеры, определяющие проч-
ность фланцевого соединения (толщи-
на фланца, диаметры /болтов) подби-
раются по ОСТ в зависимости от услов-
ного давления в трубопроводе.
При несовпадении геометрических
размеров фланца с таблицами ОСТ, а
также при проектировании фланцев
специальных конструкций размеры»,
определяющие прочность фланца, нахо-
дятся расчетом.
Рассмотрим расчет свободных
фланцев. На фиг. 8-38 показано флан-
цевое соединение. При затяжке болтов
фланцевого соединения в теле фланца
происходит деформация изгиба.
Величина изгибающего момента
M = P(R}—/?2) кгсм, (8-8)
где Р—суммарная сила затяжки флан-
цевых болтов, кг\
Rx — %2 — плечо действия силы, см.
Суммарная сила затяжки
Р = тгГдра =5= 2тсГд р кг, (8-9)
. <3
где г0 = г + -у см\
8 — ширина прокладки фланца, см\
р — внутреннее давление в трубо-
проводе, кг1см2\
а — коэффициент затяжки; обыч-
но а = 2.
Изгибающий момент М действует
на опорном периметре 2к/?2 см-
Удельный изгибающий момент, от-
несенный к единице длины опорного
периметра,
Л4 0= 2^"= — кгсм/см. (8-10)
§ 8-5] Трубы и их соединения 143
Изгибающее напряжение, возни-
кающее во фланце,
кг]см^ (8 и)
где W— момент сопротивления, отне-
сенный к единице длины опор-
ного периметра фланца:
см3/см-, (8-12)
Ь — толщина фланца, см.
При стальных фланцах условием
прочности является а<1 000 кг)см2.
Напряжение растяжения в болтах
□ = Р 2 = —кг!см\ (8-13)
п~т-
где п — число болтов;
d6 — диаметр болта по внутреннему
диаметру резьбы, см.
Допускаемое напряжение для
стальных болтов принимается
400-н 500 кг 1см2.
Фасонные части
Все фасонные части (отводы, ко-
лена, тройники, крестовины и пр.),
применяемые в строительстве тепловых
сетей, выполняются обычно гнутыми
или сварными. Литые фасонные части
чрезвычайно нежелательны, так как
они увеличивают количество фланце-
вых соединений и уменьшают эластич-
ность трубопровода.
Преимущество гнутых колен перед
сварными заключается ,в большей эла-
стичности и меньших гидравлических
сопр оти влениях. Недостатка ми гнутья
являются: громоздкость вследствие
увеличенных радиусов изгиба; мень-
шая. механическая прочность вследст-
вие вытягивания стенок трубы с выпук-
лой стороны гнутья; опасность засоре-
ний сети при гнутье с песком из-за
пригорания песка к стенкам трубы и
последующего отрыва движущимся те-
плоносителем пригоревших пленок от
стенок трубы.
Гнутые фасонные части (отводы,
колена, утки и пр.) 'следует выполнять,
как правило, из бесшовных труб.
Для увеличения механической проч-
ности гнутых колен желательно выби-
рать для гнутья трубы с увеличенной
толщиной стенок по сравнению с нор-
мальным сортаментом.
Гнутые колена на участках с есте-
ственной компенсацией, подвергающие-
ся во время работы изгибу, желательно
отжигать перед монтажем для уничто-
жения внутренних напряжений, возни-
кающих при гнутье. Отжиг производит-
ся 'путем нагрева колена в специальной
печи до 700 -4-800° С (вишневого цве-
та) и затем медленного охлаждения его
до нормальной температуры.
Радиус гнутья определяется в зави-
симости от толщины стенки и диамет-
ра трубы. Чем меньше толщина стенки
и больше диаметр трубы, тем больше
радиус гнутья.
Гнутье труб производится, как пра-
вило, в горячем состоянии.
Существуют два способа гнутья
труб:
а) при сплошном нагреве с набив-
кой песком;
б) при местном нагреве без песка.
Сущность первого способа состоит
в следующем: труба, плотно набитая
сухим мелким песком, нагревается в
горне или печи до 1 000 н- 1 100° С
(оветлокрасного цвета), затем один
конец трубы защемляется, а к другому
прикладывается ручное усилие или уси-
лие от лебедки, которым и производит-
ся изгиб трубы.
Благодаря большому количеству
тепла, аккумулированному в песке,
остывание трубы происходит медленно,
поэтому нормальные отводы под углом
90° можно гнуть с одного нагрева.
Гнутье с песком труб большого диа-
метра представляет собой довольно
сложную и трудоемкую операцию.
Значительно проще гнутье труб без пе-
ска способом местного одностороннего
разогрева [Л. 41].
Сущность способа заключается в
том, что изгибаемый конец трубы де-
лят на ряд равных частей (обычно 12),
затем производят последовательный
разогрев и изгиб каждой части. Каж-
дая разогретая часть дает складку на
вогнутой стороне гнутья. Разогрев тру-
бы производится пламенем нескольких
автогенных горелок. Во избежание ра-
стягивания и ослабления стенок с вы-
пуклой стороны гнутья разогрев про-
изводится не по всей окружности тру-
144
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
бы. На выпуклой стороне гнутья оста-
•r.d
вляется полоска шириной “9 , которая
путем искусственного охлаждения во-
дой поддерживается в холодном со-
стоянии.
Благодаря наличию складок эла-
стичность гнутья, получаемого спосо-
бом местного разогрева, значительно
выше, чем при гнутье с песком.
При гнутье с песком сплошным на-
гревом радиус колен (отводов) состав-
ляет четыре — шесть диаметров.
При гнутье без песка с местным
нагревом можно изготовить колена с
меньшим радиусом порядка двух-
трех диаметров.
В строительстве тепловых сетей
имеют широкое применение сварные
колена, которые по своей компактно-
сти часто удобнее гнутых колен. Гид-
равлическое сопротивление сварных
колен выше, чем гнутых. Для умень-
шения гидравлических сопротивлений
сварные колена следует выполнять не
менее чем из трех элементов.
Изготовление тройников, крестовин
и прочих фасонных частей при помощи
сварки чрезвычайно просто и не тре-
бует пояснений.
Штуцеры для перехода от больше-
го диаметра к меньшему выполняются
путем обсадки труб -в горячем состоя-
нии. Комбинированием обсадки и свар-
ки можно получить переходные шту-
церы любых размеров.
8-6. ОПОРЫ
Опоры являются ответственными
деталями теплопровода.
Опоры воспринимают усилия от
трубопроводов и передают их на несу-
щие конструкции или грунт.
При сооружении теплопроводов при-
меняются опоры двух типов: свободные
и мертвые.
Свободные опоры воспринимают
вес трубопровода и обеспечивают ему
свободное перемещение при темпера-
турных деформациях.
Мертвые опоры фиксируют поло-
жение трубопровода в известных точ-
ках и воспринимают усилия, возникаю-
щие в результате температурных де-
формаций и внутреннего давления.
Опоры оказывают весьма важное
влияние на работу теплопровода. Не-
редки случаи серьезных аварий из-за
неправильного размещения опор, не-
удачного выбора их конструкций или
небрежного монтажа.
Весьма важно, чтобы все опоры
были нагружены, для чего необходимо
при монтаже тщательно выверять рас-
становку их по трассе и положение по
высоте. При бесканальной прокладке
отказываются от установки свободных
опор под трубопроводами во избежа-
ние неравномерных просадок.
В этих прокладках трубы уклады-
ваются на нетронутый грунт или тща-
тельно утрамбованный слой засыпной
изоляции.
От пролета (расстояния) между
свободными опорами зависят напряже-
ние и стрела прогиба, возникающая в
трубопроводе под действием свободно-
го веса.
При расчете изгибающих напряже-
ний и деформаций трубопровод, лежа-
щий на свободных опорах, рассматри-
вается как многопролетная балка. На
фиг. 8-39 приведена эпюра изгибающих
моментов многопро летного трубопро-
вода.
Максимальный 'изгибающий момент
возникает на опоре. Величина этого
момента:
Мх = ^~- кг см, (8-14)
где q — удельная нагрузка на единицу
длины трубопровода (в данном
случае — вес 1 пог. см трубо-
провода с теплоносителем и
тепловой изоляцией, кг)\
I — длина пролета между опо-
рами, см.
Изгибающий момент, возникающий
в середине пролета,
Фиг. 8-39. Эпюра изгибающих моментов
многопролетного трубопровода.
§ 8-6]
Опоры
145
На расстоянии 0,2/ от опоры изги-
бающий момент равен нулю.
Максимальный прогиб трубопровода
имеет место в середине пролета.
Стрела прогиба трубопровода
На основании выражения (8-14)
определяется пролет между свобод-
ными опорами:
M1 = ^ = a3F, (8-17)
откуда
12ст3И?
о
см.
((8-18)
При определении расстояния между
опорами изгибающее напряжение от
собственного веса не следует прини-
мать выше а3=250 кг{см2, исходя из
возможности просадки одной из опор.
В случае просадки одной опоры
пролет между опорами -возрастает
вдвое, а изгибающее напряжение в
трубопроводе возрастает в 4 раза и
достигает 1 000 кг/см2.
Основные данные для определения
нагрузок на опоры и расчета пролетов
приведены в приложении 14.
Эпюра изгибающих моментов, при-
веденная на фиг. 8-39, показывает, что
располагать свободные опоры непо-
средственно под сварными стыками
весьма нежелательно, так как это при-
водит к большим перенапряжениям.
Значительно лучше так располагать
опоры, чтобы сварные стыки приходи-
лись на расстоянии около 7б пролета
от опоры.
Свободные опоры рассчитываются
на прочность по обычным методам
теории сопротивления материалов.
Расчетная вертикальная нагрузка
на свободную опору принимается рав-
ной полуторному весу пролета тепло-
провода в рабочем состоянии (вес тру-
бы, изоляции и воды). Коэффициент
1,5 вводится из учета возможной про-
садки одной из опор.
В зависимости от принципа работы ’
свободные опоры делятся на скользя-
щие, роликовые, катковые и подвесные.
Типовые конструкции свободных опор
приведены на фиг. 8-40 и 8-43.
10 Е. Я. Соколов.
Фиг. 8-40. Скользящая опора.
Горизонтальное усилие, возникаю-
щее на свободной опоре, при термиче-
ской деформации трубопровода зави-
сит от типа опоры.
При скользящих опорах (фиг. 8-40)
горизонтальное усилие может быть
определено по формуле
N = Qp кг. (8-19)
В соответствии со сказанным выше
Q= 1,5^7, (8-20)
где Q — расчетная вертикальная на-
грузка пролета, кг\
q — вес 1 пог. см трубопровода
с изоляцией и теплоносите-
лем, кг\
I — длина пролета между опора-
ми, см\
р. — коэффициент трения скольже-
ния.
Для расчетов можно принимать
следующие значения коэффициента
трения скольжения р:
сталь по стали..............0,4
сталь по бетону.............0,6
чугун по чугуну...........0,35
чугун по стали............0,35
Горизонтальное усилие, возникаю-
щее на свободной опоре роликового ти-
па (фиг. 8-44), может быть рассчитано
из условия равновесия моментов.
Для того чтобы ролик вращался,
необходимо, чтобы момент силы N,
создаваемой трубопроводом на по-
верхности ролика относительно оси
вращения, превышал сумму моментов
сил трения на поверхности ролика и на
поверхностях цапф относительно той
же оси:
откуда
NR^Qf + Qpr,
(8-21)
(8-22)
146
Элементы, оборудования тепловых сетей
[гл. 8
где N— горизонтальное усилие, со-
здаваемое трубопроводом, рав-
ное по величине реакции
опоры, лгг;
Q — вертикальная нагрузка на опо-
ру, кг;
f — плечо (коэффициент) трения
качения, см\
|а — коэффициент трения скольже-
ния между цапфой ролика и
опорой;
г — радиус цапфы, см\
R— радиус ролика, см.
Плечо трения качения зависит от
материала и качества обработки со-
прикасающихся поверхностей.
При соприкосновении грубо обра-
ботанной поверхности стального роли-
ка со стальной поверхностью трубо-
провода значение плеча трения можно
принимать
f = 0,05 см.
Снижение величины (горизонтальной
реакции в роликовой опоре по сравне-
нию со скользящей достигается за счет
того, что радиус ролика больше радиу-
са цапфы:
/?/г > 1. (8-23)
Чем больше отношение R/r, тем
меньше сопротивление опоры. Поэтому
при конструировании роликовых опор
следует отношение R/r принимать воз-
можно большим.
Из всех типов свободный опор наи-
меньшее значение горизонтальной реак-
ции имеют катковые опоры (фиг. 8-41).
В этих опорах трение скольжения от-
сутствует. Горизонтальная реакция кат-
ковой опоры может быть определена
из уравнения моментов действующих
сил:
N2/? = Q(f, + f2) (8-24)
Фиг. 8-41. Катковая опора.
где fj — плечо трения качения на по-
верхности соприкосновения
катка с опорной плоскостью,
см\
f2 — плечо трения качения на по-
верхности соприкосновения
катка с трубопроводом, см,
откуда
N=Q4ir- (8-25)
При выборе типа опор следует не
только руководствоваться значениями
расчетных усилий, но и учитывать ра-
боту опор в условиях эксплуатации.
Для всех непрохоДных подземных
каналов можно безоговорочно рекомен-
довать применение скользящих опор.
Эти опоры значительно дешевле и про-
ще роликовых и катковых.
Применение катковых и роликовых
опор в условиях подземной прокладки
не оправдывается, так как катки и ро-
лики быстро ржавеют, перестают вра-
щаться и фактически превращаются в
плохие скользящие опоры.
Применение катковых и роликовых
опор оправдывается при надземных
прокладках или в проходных каналах
с целью разгрузки несущих конструк-
ций (мачт, кронштейнов и пр.).
При установке роликовых опор
(фиг. 8-42) весьма важно хорошо цен-
трировать оси цапф в опорных уголь-
никах во избежание заеданий.
Опорные угольники, в которых вра-
щается ролик, привариваются обычно
непосредственно к несущей конструк-
ции. При установке катковых опор
(фиг. 8-41) необходимо обеспечить на-
дежное направление катка для пре-
дупреждения перекосов, заеданий и вы-
хода катка из-под трубопровода.
При больших поперечных переме-
щениях трубопровода опоры следует
монтировать с соответствующим пред-
варительным сдвигом в направлении
ожидаемого перемещения.
Для предохранения тела труб от
истирания при скольжении на опоре,
а также для возможности укладки на
трубопроводе в местах установки опор
тепловой изоляции к трубопроводу при-
вариваются высокие стальные подклад-
ки (фиг. 8-40).
Для создания непрерывной защит-
ной оболочки на поверхности изоляции
§ 8-6]
Опоры
147
Фиг. 8-43. Подвес
ная опора.
необходимо, чтобы верхняя линия опо-
ры не заходила за нижнюю образую-
щую изоляции.
С этой целью .высота подкладок,
привариваемых к трубопроводу в ме-
стах установки опор, выбирается боль-
ше толщины- изоляции.
В некоторых случаях, когда по ус-
ловиям размещения трубопроводов от-
носительно несущих конструкций сколь-
зящие и катящие опорьи не могут быть
установлены, применяются подвесные
опоры (фиг. 8-43). Недостатком под-
весных опор являются перекосы и
изпибы труб вследствие различных
амплитуд поворота подвесок в зависи-
мости от размещения их по трубопро-
воду. По этой же причине трудно
добиться равномерной нагрузки всех
подвесных опор.
Подвески, расположенные вблизи
компенсатора, перегружаются, в то
время как подвески, расположенные
вблизи мертвой опоры, недогружены.
На участках с подвесными опорами
следует применять компенсаторы, не
чувствительные к перекосам: естествен-
ную компенсацию, П-образные компен-
саторы и пр. На этих участках нельзя
применять сальниковые компенсаторы.
Подвесные опоры по сравнению с
подкладными создают значительно
меньшие силы трения.
При необходимости размещения не-
скольких труб друг под другом не ре-
комендуется связывать подвески от-
дельных трубопроводов, так как раз-
ность тепловых удлинений различных
труб может вызывать дополнительные
напряжения в системе. Кроме того,
монтаж и возможный ремонт такой
связанной системы чрезвычайно не-
удобны. Как правило, каждая труба
должна быть подвешена к отдельной
подвеске.
Для уменьшения перекосов трубо-
провода желательно длину подвески
выбирать возможно большей.
В случае недопустимости перекосов
трубы и невозможности применения
подкладных опор следует применять
пружинные подвесные опоры или опо-
ры с противовесом (фиг. 8-45 и 8-46).
При удовлетворительном монтаже и
правильной регулировке эти опоры ра-
ботают весьма эластично, разгружая
при удлинении трубу от перенапряже-
ний и перекосов.
Мертвые опоры располагаются ме-
жду компенсаторами. Усилия, воспри-
нимаемые мертвыми опорами, склады-
ваются из неуравновешенных сил внут-
реннего давления, сопротивления сво-
бодных опор и реакций компенсаторов.
Эти усилия воздействуют на мертвую
опору с двух противоположных сторон.
В зависимости от направления усилия
взаимно уравновешиваются или скла-
дываются.
Ю*
Фиг. 8-44. Схема усилий, действующих на роликовую опору.
148
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
Фиг. 8-45. Пружинная опора.
Результирующее осевое усилие, дей-
ствующее на мертвую опору, может
быть -представлено трехчленом:
N = apF + щЫ + AS, (8-26)
где р — внутреннее рабочее давление
в трубопроводе, кг!см2\
F — площадь внутреннего сечения
трубопровода, см2\
а — коэффициент, зависящий от
направления дейстия осевых
усилий внутреннего давления
с обеих сторон мертвой опо-
ры, что определяется конфи-
гурацией трубопровода и спо-
собом компенсации темпе-
ратурных деформаций; при
неизменном диаметре трубо-
провода величина коэффици-
ента а может иметь два зна-
чения: 0 или 1;
q— вес трубопровода с теплоно-
сителем и изоляцией, кг1см;
Ы — разность длин участков тру-
бопровода с обеих сторон
мертвой опоры, считая участ-
ком расстояние между мерт-
вой опорой и компенсатором, см\
у- — коэффициент трения на сво-
бодных опорах;
AS — разность сил трения сальни-
ковых компенсаторов или сил
упругости гибких компенса-
торов с обеих сторон мертвой
опоры, кг.
Первое слагаемое представляет
собой результирующую реакцию внут-
реннего давления, второе —результи-
рующую реакцию свободных опор,
третье — результирующую осевую ре-
акцию компенсаторов.
Фиг. 8-46. Опора с контргрузом.
На фиг. 8-47 представлены схемы
участков трубопровода. Рассмотрим
усилия, действующие *на мертвую
опору.
В схеме I с обеих сторон мертвой
опоры Л расположены сальниковые
компенсаторы. Так как торцевые сече-
ния участков трубопровода с обеих
сторон мертвой опоры А открыты, на
рассматриваемый участок трубопро-
вода не передается осевое усилие внут-
реннего давления (а=0).
Схема I
/7
X—с=--:------*-----------=>-*
к-----г—«4-----1г-----4
Схема ZZ
Схема Ш
К—СХ}
I,
Схема ZF
мер/паая алара
—<=— Сахьнахаб&й еамлемшяар
ixj ЗаЯДиа/еха
Фиг. 8-47. Схемы участков трубопровода.
§ 8-6]
Опоры
149
Первый член формулы (8-26) равен
нулю.
В схеме II с обеих сторон мертвой
опоры А расположены! участки с есте-
ственной компенсацией. Так как торце-
вые сечения рассматриваемого участка
закрыты отводами с обеих сторон мер-
твой опоры Л, на них передается осе-
вое усилие внутреннего давления, но
эти усилия с обеих сторон мертвой
опоры равны и противоположны по
знаку, поэтому а = 0. Следовательно,
и в этой схеме первый член выражения
(8-26) равен нулю.
В схеме III, так же как и в схеме I,
с обеих сторон мертвой опоры распо-
ложены сальниковые компенсаторы.
Однако, в отличие от схемьи I на трубо-
проводе установлена задвижка. При
закрытии задвижки с обеих сторон ее
могут установиться разные давления,
вследствие чего возникает результи-
рующее осевое усилие, направленное
в сторону меньшего давления. Наи-
большее значение это результирующее
осевое усилие получит тогда, когда
с одной стороны задвижки установится
полное рабочее давление, а с другой
внутреннее давление будет равно нулю.
В этом случае коэффициент а = 1 и
результирующее осевое усилие вну-
треннего давления равно pF.
В схеме IV с одной стороны мерт-
вой* опоры А установлен сальниковый
компенсатор, а с другой гнутый (упру-
гий) компенсатор. Осевое усилие внут-
реннего давления в этом трубопроводе
равно pF и направлено от мертвой
опоры в сторону упругого компенса-
тора.
Из всех усилий, действующих на
мертвую опору, наиболее значительным
является неуравновешенная сила внут-
реннего давления pF. По сравнению
с этой силой остальные реакции, дей-
ствующие на мертвую опору, сравни-
тельно невелики.
Для облегчения конструкции мерт-
вой . опоры необходимо стремиться к
уравновешиванию осевой сильи внут-
реннего давления внутри трубопро-
вода.
В целях унификации расчетов и
стандартизации конструкции -мертвых
опор принято делить их условно на две
группы: неразгруженные и разгружен-
ные.
К 'первой группе относятся мертвые
опоры, воспринимающие осевую реак-
цию внутреннего давления pF.
Ко второй группе относятся мертвые
опоры, на которые осевая реакция
внутреннего давления не передается.
Результирующая реакция сопротив-
ления свободных опор и сальниковых
или упругих компенсаторов обычно
оценивается в размере 25% осевого
усилия внутреннего давления. Так как
в действительности реакция свободных
oinop и компенсирующих устройств не
зависит от давления, то во избежание
недооценки этих усилий при проектиро;
вании трубопроводов низкого давления
минимальное давление для расчета
усилий на мертвые опоры принимается
равным 5 кг/см2.
В результате осевое усилие, дей-
ствующее на неразгруженную мертвую
опору, обычно определяется по прибли-
женной формуле
N = l,25pF, (8-27а)
где р — внутреннее максимально воз-
можное рабочее давление в
трубопроводе, но не ниже
5 кг 1см2.
Осевое усилие на разгруженную
мертвую опору может быть приближен-
но определено по формуле
N = 0,25pF. (8-276)
При установке на трубопроводах
линзовых компенсаторов осевая реак-
ция внутреннего давления резко воз-
растает в связи с тем, что площадь
сечения линзы значительно превосходит
площадь поперечного сечения трубо-
провода.
Кроме осевых усилий, мертвые опо-
ры могут быть в отдельных случаях
подвержены изгибающим и крутящим
моментам, а также радиальным уси-
лиям. Величины этих усилий и момен-
тов определяются в каждом конкрет-
ном случае при расчете компенсации.
Мертвые опоры выполняются обыч-
но железными или железобетонными.
В тех случаях, когда несущей кон-
струкцией являются швеллер или бал-
ки, чрезвычайно удобна мертвая опора,
выполняемая в виде упоров, привари-
ваемых к трубе с обеих сторон несущей
балки (фиг. 8-48). Такая опора вполне
150
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл 8
Фиг. 8-48. Мертвая опора на
горизонтальной балке.
надежна, даже при неразгруженных
усилиях внутреннего давления. Кон-
струкция опоры проста и легко выпол-
няется на месте монтажа из обрезков
листового железа. Во избежание пере-
жога стенок трубы рекомендуется при-
варку опоры к трубе производить элек-
тросваркой.
На фиг. 8-49 показана установка
мертвой опоры в камере. Усилие, вос-
принимаемое мертвой опорой, пере-
дается на вертикальные стойки, концы
•которых защемлены в основании и пе-
рекрытии камеры.
При расположении мертвых опор
между камерами в непроходных кана-
лах или бесканальной прокладке удоб-
ны железобетонные щитовые опоры
(фиг. 8-50). Такая опора представляет
собой железобетонную плиту. Кон-
струкция не требует солидных фунда-
ментов, так как нагрузка от нее пере-
дается центрально. Выполнение опоры
из железобетона дает значительную
экономию металла и удобство в произ-
водстве работ.
Вследствие высоких температур
теплоносителя нельзя приваривать ар-
матуру плиты к трубопроводу из-за
опасности разрушения бетона. С обеих
сторон мертвой опоры к трубопроводу
привариваются опорные кольца, кото-
Фиг. 8-53. Железобетонная щитовая
мертвая опора.
рые передают усилия трубопровода на
мертвую опору через асбестовые про-
кладки.
При прокладке в непроходных ка-
налах плита опирается на скорлупы
или стенки канала. При бесканальной
прокладке опора закладывается непо-
средственно в грунт и опирается на
него.
Расстояние от мертвой опоры до
камеры должно быть выбрано с таким
расчетом, чтобы усилия, передаваемые
от опоры на грунт, не вызвали в стен-
ке камеры! опасных деформаций. Исхо-
дя из этого, не следует располагать
железобетонные опоры в непосред-
ственной близости от камеры в тех слу-
чаях, когда осевое усилие направлено
в сторону последней.
При прокладках в слабых с нерав-
номерной плотностью грунтах, где
имеется опасность осадки трубопрово-
да, мертвые опоры следует выполнять
таким образом, чтобы они не стесняли
свободы перемещений трубопровода
в вертикальной плоскости.
8-7. КОМПЕНСАТОРЫ
Поглощение температурных дефор-
маций стальных трубопроводов имеет
исключительно важное значение в тех-
нике транспорта тепла.
Если в трубопроводе отсутствует
компенсация температурных деформа-
ций, то при нагревании в стенке тру-
бопровода возникают большие напря-
жения, опасные для прочности.
Величина этих напряжений может
быть определена по закону Гука:
a = Ei кг/см2, (8-28)
где Е — модуль упругости первого ро-
да, к?1см2\
i — относительное сжатие.
§ 8-7]
Компенсаторы
151
Напряжение сжатия, возникающее
в трубопроводе, не зависит от диамет-
ра, длины и толщины стенок трубопро-
вода, а зависит исключительно от
материала (модуля упругости и коэф-
фициента линейного удлинения) и тем-
пературы.
Усилие сжатия, возникающее при
нагревании в прямолинейном трубо-
проводе без компенсации, определяется
по формуле
Р = of = Eif кг. (8-29)
Для того чтобьв не подвергать тру-
бопровод большим усилиям и разру-
шающим напряжениям, необходимо
устанавливать специальные устрой-,
ства — компенсаторы для поглощения
температурных деформаций или преду-
сматривать такую конфигурацию, при
которой температурные удлинения ком-
пенсируются за счет эластичности
(гибкости) отдельных участков.
1<Способы1 компенсации температур-
ных удлинений, применяемых в тепло-
вых сетях, весьма разнообразны.
По своему характеру все компенса-
торы могут быть разбиты на две груп-
пы: осевые и радиальные.
Осевые компенсаторы применяются
для поглощения температурных удли-
нений прямолинейных участков трубо-
провода.
Радиальная компенсация может
быть использована при любой конфи-
гурации трубопровода.
Осевая компенсация
На практике находят применение
осевые компенсаторы двух типов: саль-
никовые и упругие.
Широкое распространение получили
сальниковые компенсаторы!.
На фиг. 8-51 показан сальниковый
компенсатор одинарного типа сварной
конструкции.
Компенсатор состоит из стакана 1
равного с трубой диаметра. Стакан
входит в расширенную часть корпуса 2
компенсатора. Между стаканом и кор-
пусом компенсатора располагается
сальниковое уплотнение с?. Сальниковая
набивка, обеспечивающая плотность,
зажимается между упорным кольцом 4
и грандбуксой 5. Обычно набивка вы-
полняется из асбестовых прографичен-
Фиг. 8-51. Одинарный сальниковый
компенсатор сварной конструкции.
/— стакан; 2 — корпус; 3 — сальниковое уплотнение;
4 — упорное кольцо; 5 — грундбукса.
ных колец квадратного сечения. Ком-
пенсатор непосредственно вваривается
в трубопровод, поэтому установка его
на линии не приводит к увеличению
количества фланцевых соединений.
Сальниковый компенсатор приведенной
конструкции не разгружает мертвую
опору трубопровода от осевой силы
внутреннего давления. Если на трубо-
проводе, соединенном с сальником ком-
пенсатора, имеется поворот или за-
крывается задвижка (фиг. 8-47, схемы
III и /V), то в трубопроводе возникает
осевая сила N =pF, которая стремит-
ся вырвать стакан из корпуса компен-
сатора.
Для восприятия этой силы на тру-
бопроводе устанавливаются мертвые
опоры усиленной конструкции нераз-
груженного типа.
Независимо от установки мертвых
опор на трубопроводе неразгруженные
сальниковые компенсаторы всегда снаб-
жаются предохранительными устрой-
ствами, устраняющими возможность
вырывания стакана из корпуса компен-
сатора в случае разрушения мертвой
опоры.
Преимуществами неразгруженных
сальниковых компенсаторов являются:
простота устройства и изготовления,
1малые габариты и незначительное ги-
дравлическое сопротивление.
Для того чтобы предупредить воз-
никновение растягивающих усилий в
трубопроводе в -случае понижения тем-
пературы его ниже температуры мон-
тажа, необходимо при установке ком-
пенсатора оставлять достаточный зазор
между буртом стакана и упорным
кольцом корпуса компенсатора.
152
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл 8
Фиг. 8-52. Сдвоенный сальниковый компенсатор сварной конструкции.
Перед присоединением сальникового
компенсатора к трубопроводу необхо-
димо тщательно выверить линию во
избежание перекосов и заеданий стака-
на в корпусе.
На фиг. 8-52 приведен разрез саль-
никового компенсатора сдвоенного типа
сварной конструкции.
Недостатком сальниковых компен-
саторов всех типов является сальник,
требующий систематического и тща-
тельного ухода в эксплуатации.
Набивка в сальниковом компенса-
торе изнашивается, теряет со временем
упругость и начинает пропускать
теплоноситель. Подтяжка сальника
в этих случаях не дает положительных
результатов, поэтому через определен-
ные периоды времени сальники прихо-
дится перебивать. Так как в сущестую-
щих конструкциях компенсаторов пере-
бивка сальника на ходу невозможна,
то трубопровод приходится выключать
из работы. От этого недостатка свобод-
ны все типы упругих компенсаторов.
На фиг. 8-53 приведена конструк-
ция линзового компенсатора. Линзовые
компенсаторы изготовляются из листо-
вой стали сварными или клепаными.
Для уменьшения гидравлического
сопротивления линзовых компенсаторов
внутрь корпуса вставляется гладкая
труба.
Фиг. 8-53. Линзовый компенсатор.
Линзовые компенсаторы сварного
типа находят основное применение на
трубопроводах низкого давления (до
4 -г- 5 ати). При установке на трубо-
проводах более высокого давления воз-
можно выпучивание волн. Для прида-
ния большей жесткости против выпучи-
вания приходится делать линзы из
листов большой толщины, что ведет к
понижению их компенсирующей -спо-
собности. Компенсирующая способность
линзовых компенсаторов определяется
обычно испытанием или берется по
данным заводов-изготовителей.
Для поглощения больших термиче-
ских деформаций линзовые компенса-
торы выполняются* с большим количе-
ством волн.
Радиальная компенсация
При радиальной компенсации тер-
мические деформации трубопровода
воспринимаются за счет изгиба спе-
циальных эластичных вставок или от-
дельных участков самого трубопро-
вода.
Последний метод компенсации те-
пловых деформаций называется естест-
венной компенсацией. Естественная
компенсация находит широкое приме-
нение на практике. Преимуществами
ее над другими видами компенсации
являются: простота устройства, надеж-
ность, отсутствие необходимости в над-
зоре и уходе, разгруженность мертвых
опор от усилий внутреннего давления.
Недостатком естественной компен-
сации являются поперечные перемеще-
ния деформируемых участков трубо-
провода, требующие увеличение шири-
ны непроходных каналов и затрудняю-
щие применение засыпных изоляций и
§ 8-7 1
Компенсаторы
153
Фиг. 8-54. Сплющивание кривой
трубы при изгибе.
Фиг. 8-55. Коэффициент понижения жесткости кривых
труб по Карману.
бесканальных конструкций. При соору-
жении теплопроводов следует макси-
мально использовать все естественные
повороты и изгибы трубопроводов для
компенсации тепловых удлинений. К
применению специальных компенсато-
ров рекомендуется прибегать лишь
после использования всех возможно-
стей естественной компенсации.
Расчет естественной компенсации
заключается в нахождении усилий и
напряжений, возникающих в трубопро-
воде под действием упругой дефор-
мации.
Методика расчета базируется на
основных законах теории упругости,
связывающих величины! деформации
с действующими усилиями.
Участки трубопровода, восприни-
мающие температурные деформации
при естественной компенсации, состоят
из колен и прямых участков.
Гнутые колена повышают гибкость
трубопровода и увеличивают его ком-1
пенсирующую способность. Влияние
гнутых колен на компенсирующую
способность особенно заметно в трубо-
проводах большого диаметра.
Изгиб кривых участков труб сопро-
вождается сплющением поперечного
сечения, которое превращается из круг-
лого в эллиптическое.
На фиг. (8-54) показана изогнутая
труба с радиусом кривизны R. Выделим
двумя сечениями ab и cd элемент тру-
бы. При изгибе в стенке трубы с вы-
пуклой стороны возникают растягиваю-
щие, а с вопнутой—сжимающие уси-
лия. Как растягивающие, так и сжи-
мающие усилия дают равнодействую-
щие Г, нормальные к нейтральной оси.
Под влиянием сил Т поперечное
сечение трубы сплющивается и превра-
щается из круглого в эллипитическое.
При сплющивании жесткость трубы
понижается. Коэффициент понижения
жесткости трубы вследствие сплющи-
вания определяется по Карману сле-
дующей формулой:
<8-30а>
где h — так называемый коэффициент
трубы, который находится по
формуле
Л = ^, (8-31)
где 8 — толщина стенки трубы;
R— радиус изгиба оси трубы:
г—средний радиус поперечного
сечения трубы.
Формула (8-30а) действительна при
значениях коэффициента трубы 0,3.
При значениях коэфициента трубы
0,2</z<0,3 коэффициент понижения
жесткости определяется по формуле
, 3 4- 5367г2 + 4 800/г* /Q
^= 105 + 4 136^ + 4 8.0Т4- (8-306)
Кривая значений коэффициента по-
нижения жесткости трубы по Карману
приведена на фиг. 8-55. Если жесткость
прямого участка трубопровода равна
EI кгсм2, то жесткость кривого участка
трубопровода составит kEI кгсм2.
Как видно из выражения (8-31 )г
коэффициент трубы h растет с увеличе-
нием радиуса изгиба R. Для прямой
трубы R = оо и h = оо. При h = ос
154
Элементы оборудования тепловых сетей
[ гл. 8
Фиг. 8-56. Поправочный коэффициент для
продольных напряжений изгиба кривых труб.
коэффициент понижения жесткости
трубы k= 1.
С увеличением диаметра трубы
значение коэффициента понижения
жесткости k падает. Поэтому повыше-
ние гибкости гнутых колен ио сравне-
нию с прямыми участками оказывается
более заметным на трубопроводах
большого диаметра.
Одновременно с переходом
круглого сечения трубы в эл-
липтическое вследствие сплю-
щивания происходят измене-
ния величин продольных на-
пряжений от деформации из-
гиба и перераспределение
этих напряжений по сечению
трубы. Если максимальное про-
дольное напряжение, возникающее при
изгибе круглой трубы, обозначить через
а кг!см2, то максимальное напряжение,
возникающее в трубе со сплющенным
сечением, при той же величине дефор-
мации составит m □ кг!см2, где m — по-
правочный (коррекционный) коэффи-
циент напряжения.
Поправочный коэффициент напря-
жения m для гнутых кривых труб по
сравнению с прямыми трубами при
0,2<Л<2 определяется следующей за-
висимостью:
2 5 4- 6Л?
18
(8-32)
Значение поправочного коэффици-
ента напряжения приведено на
фиг. 8-56.
При малых значениях коэффициен-
та трубы h, т. е. для труб большого
диаметра, поправочный коэффициент
напряжения пг достаточно высок, зна-
чительно превышает единицу. По мере
уменьшения диаметра трубопровода и
связанного с этим роста коэффициен-
та трубы h значение поправочного ко-
эффициента напряжения m падает. При
коэффициенте трубы h ^0,6 поправоч-
ный коэффициент напряжения дости-
гает величины, близкой к единице.
Для определения напряжений и
компенсирующей способности симме-
тричных конфигураций трубопроводов,
в которых прямая, соединяющая смеж-
ные мертвые опоры, совпадает с осью
трубопровода, удобно пользоваться ме-
тодом, основанным на теории изгиба
кривого бруса.
На основе теории изгиба кривого
бруса зависимость между величиной
действующего усилия и величиной де-
формации трубопровода может быть
представлена следующим выражением:
(8-33)
где Р — сила, вызывающая деформа-
цию, кг, направление дейст-
вия силы определяется пря-
мой, соединяющей неподвиж-
ные концевые точки трубопро-
вода (фиг. 8-57).
А — величина деформации по на-
правлению действующей силы,
см\
ds — длина элемента участка, см\
у — расстояние середины элемен-
тов участков трубопровода от
направления действующей си-
лы, см.
При сложных конфигурациях тру-
бопровода, когда аналитическое опре-
деление величины J -^y2ds встречает за-
труднения, можно применить графи-
ческий метод.
Вычерчивают в масштабе контур
трубопровода и делят периметр его на
§ 8-7]
Компенсаторы
155
равные по длине отрезки (фиг. 8-57).
Длина каждого участка представляет
собой ds, а расстояние по перпендику-
ляру от середины! каждого участка до
прямой, соединяющей мертвые опоры
трубопровода, — величину у. Значения
k определяются для каждого участка
по формулам (8-30).
Изгибающий момент, возникающий
в отдельных элементах трубопровода,
может быть найден как произведение
силы Р на расстояние данного элемента
от направления действия силы:
М = Ру. (8-34)
Продольное напряжение, возникаю-
щее при изгибе в трубопроводе, может
быть представлено выражением
тМ
°
(8-35)
где m — поправочный коэффициент на-
пряжения для кривых участ-
ков; для прямых участков
ш= 1.
После соответствующих преобра-
зований выражение для продольного
напряжения изгиба в элементах тру-
бопровода приводится к виду:
а=-А£-^_, (8-36)
Г 1
2 J У yids
о
где d — наружный диаметр трубопро-
вода, см.
Максимальное продольное напря-
жение возникнет в элементе трубопро-
вода, находящемся на наибольшем
расстоянии от направления действия
силы, т. е. при У = У макс
Напряжение изгиба в элементе тру-
бопровода, наиболее удаленном от на-
правления силы Р, представится выра-
жением
(8 37)
2 | Yy2ds
6
При практических расчетах удоб-
но размерности величин Д, d, у, ds
принимать в сантиметрах; в этом слу-
' чае напряжение имеет размерность
кг! см2.
При заданной величине допускае-
мого напряжения можно на основании
формулы (8-37). получить выражение
для компенсирующей способности ком-
пенсатора:
$
2з
д = .. L.._____
EdmyMaKC
(8-38)
При соединении трубопровода на
сварке максимальное напряжение при
расчете естественной -компенсации при-
нимается обычно 1 000 кг]см2.
Компенсирующая способность ком-
пенсаторов может быть увеличена
вдвое при предварительной растяжке
их во время монтажа на величину, рав-
ную половине теплового удлинения
трубопровода. При предварительной
растяжке компенсатора
49 J
о
ЕатУмакс
(8-39)
При выводе выражений (8-37) и
(8-38) не учитывалось влияние мертвых
опор на гибкость компенсатора, что
соответствует условиям значительного
удаления мертвых опор трубопровода
от компенсатора. При расположении
мертвой опоры на расстоянии ближе
(8-r-10)d от компенсатора гибкость
компенсатора снижается вследствие
передачи на компенсатор момента за-
щемления опоры, действующего в на-
правлении, обратном направлению
момента силы Р.
Влияние близко расположенных
мертвых опор может быть учтено вве-
дением в формулу (8-37) поправочного
коэффициента 1,25 для -величины ма-
ксимального продольного напряжения
или поправочного коэффициента 0,8
в формульи (8-38) и (’8-39) для величи-
ны компенсирующей способности ком-
пенсатора.
Рассмотрим применение предлагае-
мой методики для расчета компенса-
торов симметричной формы.
Расчет П-образных компенсаторов
На фиг. 8-58 показан П-образный
компенсатор. Определим напряжения,
возникающие в компенсаторе при
тепловой деформации.
156
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл. 8
При тепловом удлинении в
трубопроводе возникает си-
ла Р. производящая дефор-
мацию компенсатора. На-
правление этой силы совпа-
дает с прямой 1-8, соединяю-
щей мертвые опоры, уста-
новленные на трубопроводе.
Для расчета по формуле
(8-37) продольных напряже-
ний возникающих в компен-
Фиг. 8-58. Схема П-образного компенсатора.
саторе, необходимо найти
значение ~^-y2ds.
6
Для этой цели разобъем компенса-
тор на ряд участков одинаковой фор-
мы. Все кривые участки компенсатора,
а именно 1-2, 3-4, 5-6 и 7-8, выполнены
из труб одного диаметра и имеют оди-
наковый радиус кривизны, поэтому
коэффициент понижения жесткости k
для всех кривых участков один и тот
же. Все прямые участки компенсатора,
а именно 2-3, 4-5 и 6-7, имеют коэффи-
циент понижения жесткости k = 1.
Найдем значения J y2ds для от-
дельных участков.
Участки 1-2 и 7-8. Длина элемен-
та участка ds=Rd's. Расстояние центра
тяжести элемента от направления си-
лы Р
y = R(\ — sin ср);
те
У -^y2ds = J у R3 (1 — sin cp)2dcp =
о о
Участки 2-3 и 6-7. Участки—пря-
мые, поэтому k=\. Длина элемента
участка ds = dy. Расстояние центра
тяжести элемента от направления силы
Р равно у:
s 1—R
$j-y2ds = J -\y2dy =
О R
i»3 i —R
=0,333/3—l2R-\-lR2—0.666/?3.
Участок 4-5. Участок прямой:
fe = l; ds = l[ — 2R\ у — I.
~^-y2ds = 12(Ц — 2/?) = l{l2 — 2R12.
Для компенсатора в целом
J -±-y2ds = [0,7/?з + 3,14/?/2 —
— 2,28R2l + 0,7/?3] + 0,67/3 — 2l2R +
= 4^3 'P + 2 cos <p + у T —
+ 21R2— 1,33/?3 + /,/2 — 2l2R.
— 4 sin 2(p]2=4°’35/?3-
Участки 3-4 и 5-6. Длина элемен-
та участка ds=Rdy. Расстояние цен-
тра тяжести от направления силы Р
у = 1 — R (1 — sin <р);
те
s "2
^~y2ds = j4 U-tf(l-sin?)WF =
0 fl
= 4(1-57/?/2— 1,14/?2/_]_о,35/?3).
После соответствующих преобра-
зований выражение принимает вид:
j ±y2dS = [3.14Я/2 _ 2,28/?2/ +
о
4- 1,4Я3] + 0,67/з 4- /,/2 _ 4/?/2 +
4-2/?2/—1,33/?3.
Максимальное продольное напря-
жение в П-образном компенсаторе
в соответствии с выражением (8-37)
представится формулой
§ 8-7]
Компенсаторы
157
O,$\Edlm
$ [3,14/?/2 — 2,28/?2/ 4- 1,4/?3] 0,67/3 4- Ц* — 4RP + 2R4 — 1,33/?з
(8-40)
При предварительной растяжке
компенсатора на половину теплового
удлинения трубопровода компенси-
рующая способность в соответствии
с выражением (8-39) определится по
формуле
напряжений в омегообразном компен-
саторе может быть получено из фор-
мулы (8-40), если принять I =? 1{=2R.
В этом случае
3 = 0,106 (8-45)
_1_ (3> 14№ _ 2,23 /?2/ + 1,4ЯЗ) -|- 0,67/з _ 4Лр -|- 2Д2/ — 1,33/?з (8-41)
Д — 4а
Edlm
При установке на компенсаторе
жестких ^сварных (не гнутых) колен,
в которых сплющивание сечения при
изгибе не имеет места (Л=1, т—1),
выражение для максимального про-
дольного напряжения приводится
к виду:
_ 0,5±Edl
° 0,67/3 + Ц2 __ о,86/</2 — 0,28/?2/+0,07/?з *
(8-42)
В ; выражении (8-42) сумма трех
членов знаменателя, в которые в ка-
честве множителя входит радиус
кривизны R, всегда отрицательна. Из
выражения (8-42) видно, что при жест-
ких (не гнутых) коленах увеличение
радиуса кривизны колен приводит
к росту напряжения. Наименьшие на-
пряжения в компенсаторе с жесткими
коленами имеют место при радиусе
кривизны R — 0. В этом случае
При предварительной растяжке
омегообразного компенсатора на по-
Фиг. 8-59. Схема омегообразного
компенсатора.
ловину теплового удлинения тепло-
провода компенсирующая способность
его определится по формуле
д = |8-8етг- <8*46»
Расчет лирообразных
компенсаторов
На фиг. 8-60 показан лирообраз-
ный компенсатор с радиусом кри-
визны колен R. Продольное напряже-
При предварительной растяжке
такого П-образного компенсатора на
половину теплового удлинения тепло-
провода компенсирующая способность
определится формулой
Д = И^ + З/.) . (8.44)
Фиг. 8-60. Схема лирообразного
компенсатора.
Расчет омегообразных
компенсаторов
Омегообразный компенсатор пред-
ставляет частный случай П-образного
компенсатора, в котором длина пря-
мых участков равна нулю (фиг. 8-59).
Выражение для расчета продольных
ние в этом компенсаторе, найденное
по общему выражению (8-37), пред-
ставится следующей формулой:
а = *EdmyMaKC_. - 0,0425 . (8-47)
2 -jr- y2ds
о
158
Элементы оборудования тепловых сетей
[гл. 8
Фиг. 8-61. Схема угловой компенсации.
Компенсирующая способность ли-
рообразного компенсатора при пред-
варительной растяжке его на поло-
вину теплового удлинения теплопро-
вода определится по формуле
Д = 47^г. (8-48)
Edmk ' '
Для расчета напряжений и компен-
сирующей способности несим>метрич1НЫ1х
конфигураций трубопроводов удобно
пользоваться методом фиктивных на-
грузок.
Если эпюру изгибающих моментов,
действующих на трубопровод, принять
за фиктивную нагрузку, то угол пово-
рота любого сечения трубы равен пере-
резывающей силе фиктивной нагрузки,
деленной на жесткость (EI), а стрела
прогиба равна моменту фиктивной на-
грузки, деленной на жесткость.
Для расчета максимального изги-
бающего напряжения, возникающего
в трубопроводе с угловой конфигура-
цией (фиг. 8-61), доц. А. П. Сафоно-
вым выведена следующая формула:
1,5 \Ed / । « . п 4- 3 . q \ ,Q .
О = 4г и 4- 1 Н-----—г sin В , (8-49)
I2 cos р 1 ' п 4-1 r J 4 7
где Д — удлинение короткого пле-
ча, см\
I — длина короткого плеча,
см\
п — отношение длины длин-
ного плеча к длине ко-
роткого;
р = ср — 90°— угол.
При ф = 90°, или 0 = 0
l,5AEd (nJ- 1)
а =--------------—
(8-50)
(8-51)
Максимальное напряжение возни-
кает в коротком плече в месте за-
щемления у мертвой опоры.
Максимальное боковое смещение
длинного плеча у колена
д __ А (1 + п sin 8)
д COS р
Максимальное боковое смещение
короткого плеча у колена
Д = + . (8-52)
Приведенные формулы не учиты-
вают:
а) снижения жесткости из-за сплю-
щивания сечения;
б) сопротивления свободных опор.
При несимметричных конфигура-
циях трубопроводов длины прямоли-
нейных участков обычно значительно
превышают радиусы гнутья колен,
поэтому неучет коэффициента Кармана
не приводит к существенным погреш-
ностям.
При несиметричных конфигурациях
необходимо обеспечить свободу попе-
речных перемещений трубопроводов.
Если не обеспечено свободное попереч-
ное перемещение деформируемых участ-
ков трубопровода, то действительные
напряжения в трубопроводе могут зна-
чительно превысить расчетные величи-
ны. Следует иметь в виду, что в уг-
ловых схемах при ср >90° величина
поперечного перемещения трубопровода
иногда заметно превышает величину
теплового удлинения.
Сопротивление свободных опор
стесняет свободу поперечных переме-
щений трубопровода, что вызывает уве-
личение напряжений, поэтому длины
плеч несимметричных конфигураций
при естественной компенсации не выби-
раются чрезмерно большими. При рас-
чете естественной компенсации длины
плеч трубопроводов, участвующих в де-
формации изгиба, принимаются не
больше 20н-25 м независимо от дей-
ствительной длины плеча трубопрово-
да. При этом термическое удлинение
учитывается для всей действительной
длины плеча.
§ 9-1]
Основные расчетные зависимости
159
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
9-1. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ
ЗАВИСИМОСТИ
В задачу теплового расчета входит
решение следующих вопросов:
1) определение тепловых потерь
теплопровода;
2) расчет температурного поля во-
круг теплопровода, т. е. определение
температур изоляции, воздуха в кана-
ле, стен канала и грунта;
3) расчет падения температуры
теплоносителя вдоль теплопровода;
4) выбор толщины тепловой изо-
ляции теплопровода.
По аналогии с электрическими се-
тями количество тепла, проходящего
в единицу времени через цепь последо-
вательно соединенных сопротивлений,
определяется (следующей зависи-
мостью:
<7=4’ <9-’)
где Д — падение потенциала в цепи,
т. е. разность температур
между начальной и конечной
точками цепи;
R— суммарное тепловое сопро-
тивление цепи.
В применении к тепловому расчету
теплопровода формула (9-1) принимает
следующий вид:
<7=^, (9-2)
или
X — t0 — qR\ (9-3)
7? = ^, (9-4)
где q — тепловые потери теплопрово-
да;
т — температура теплоносителя,
°C;
/0 — температура окружающей
среды, °C;
R — тепловое сопротивление тепло-
провода.
При проведении теплового расчета
наиболее удобно относить тепловые
потери к 1 пог. м теплопровода в
1 час, т. е. выражать тепловые по-
тери q в ккал[м час.
В этом случае тепловое сопро-
тивление R имеет размерность
°C м часIккал.
Если тепловые потери теплопро-
вода q=l ккал/мчас., то /? = т — /0.
Следовательно, тепловое сопротив-
ление теплопровода рав!но по своей
величине разности температур между
теплоносителем и окружающей средой
при теплопотере q = 1 ккал 1м час.
Тепло, проходящее от теплоносителя
к окружающей среде, должно пройти
через ряд последовательно соединен-
ных тепловьих сопротивлений. Напри-
мер, при изолированном трубопроводе,
окруженном наружным воздухом, теп-
ло долж)но пройти через четыре после-
довательно соединенных сопротивле-
ния: внутреннюю поверхность трубы,
стенку трубы, слой изоляции и наруж-
ную поверхность изоляции.
Так как суммарное сопротивление
равно арифметической сумме последо-
вательно соединенных сопротивлений,
то в этом случае
R = Re + Rmp + Ru + RH м час°С1ккал,
(9-5)
где Re — тепловое сопротивление внут-
ренней поверхности трубы;
R— то же стенки трубы;
Ru — то же слоя изоляции;
R— то же наружной поверхности
изоляции.
В изолированных теплопроводах
основное значение имеет тепловое со-
противление слоя изоляции.
В тепловом расчете встречается
два вида тепловых сопротивлений:
а) тепловое сопротивление поверх-
ности; в рассмотренном примере Re
И R*,
б) тепловое сопротивление слоя;
в рассмотренном примере Rmp и Ru.
Тепловое сопротивление
поверхности
Как известно из курса „Тепло-
передача" [Л. 69], тепловое сопро-
тивление цилиндрической поверхности
R — м час °CIккал, (9-6)
160
Тепловой расчет
[ гл. 9
где r<d — поверхность 1 пог. м тепло-
провода, м2\
а — коэффициент теплоотдачи на
поверхности, ккал/м2час °C.
Для определения теплового сопро-
тивления поверхности теплопровода не-
обходимо знать две величины: диа-
метр теплопровода и коэффициент
теплоотдачи поверхности.
Диаметр теплопровода при тепло-
вом расчете является заданной вели-
чиной. Коэффициент теплоотдачи не
является заранее заданной величиной.
Эту величину приходится при тепловом
расчете вычислять или выбирать с по-
следующей проверкой
Коэффициент теплоотдачи а от на-
ружной поверхности теплопровода
к окружающему воздуху 'является
суммой двух слагаемых: коэффициента
теплоотдачи лучеиспусканием ал и
коэффициента теплоотдачи конвек-
цией ак:
а = а -4- а .
Л I к
(9-7)
Коэффициент теплоотдачи лучеис-
пусканием ал может быть подсчитан
по формуле Стефана-Больцмана:
^£+273^4 ^0 + 273 у
(9-8)
где С — коэффициент лучеиспускания,
к кал 1м2 час (СК)4;
t — температура излучающей по-
верхности, °C.
Коэффициент лучеиспускания аб-
солютно черного тела, т. е. поверх-
ности, которая поглощает все падаю-
щие на нее лучи и ничего не отра-
жает, Сч — 4,96 ккал/м2 час (С'К)4.
Коэффициент лучеиспускания „се-
рых" тел, к которым относятся по-
верхности голых трубопроводов, изо-
ляционных конструкций и т. п., нахо-
дится в пределах
3,8н-4,ЗАтгалри2адс (°К)4.
Коэффициент теплоотдачи для
естественной конвекции можно опре-
делить по формуле Нуссельта:
а = 1/ —ккал/м2 час °C. (9-9)
% т а
При вынужденной конвекции воз-
духа (ветре) коэффициент теплоот-
дачи можно определить по формуле
а* = 4 ^6Т ккал/м2 час °C, (9-10)
где w — скорость воздуха, м/сек;
d — диаметр теплопровода, м.
Формула (9-10) действительна при
10>1 м/сек и d>0,3 м.
Для определения коэффициента
теплоотдачи по приведенным выше
формулам необходимо знать темпера-
туру поверхности. Так как при опре-
делении тепловых потерь температура
поверхности теплопровода обычно за-
ранее неизвестна, задача решается ме-
тодом последовательных приближений.
Задаются предварительно коэффициен-
том теплоотдачи наружной поверхности
теплопровода а , определяют тепловые
потери q и температуру поверхности
проверяют правильность заданной ве-
личины а .
При определении тепловых потерь
изолированных теплопроводов можно
проверочного расчета не производить,
так как тепловое сопротивление по-
верхности изоляции сравнительно не-
велико по сравнению с тепловым со-
противлением слоя изоляции. Ошибка
на 100% при выборе коэффициента те-
плоЛдачи поверхности приводит обыч-
но к ошибке в определении теплопо-
терь, не превышающей Зн-5%.
Для предварительного определения
коэффициента теплоотдачи поверхно-
сти изолированного теплопровода, ког-
да температура поверхности неизвест-
на, .может быть рекомендована фор-
мула
а := 10 -рб У w ккал/м2час°С, (9-11)
где w — скорость'движения воздуха,
м/сек.
При отсутствии вынужденной кон-
векции воздуха
а =10 к кал/м2 час °C.
Коэффициенты теплоотдачи от те-
плоносителя к внутренней поверхности
трубопровода весьма высоки. При
транспорте насыщенного пара коэффи-
циент теплоотдачи от теплоносителя
к стенке
а = 5 000-н 10 000 ккал/м2час°С.
§ 9-1]
Основные расчетные зависимости
161
При транспорте воды коэффициент
теплоотдачи
а = 2 0Э0 -г- 4 000 ккал]м2 час °C.
Высокие значения коэффициентов
теплоотдачи от теплоносителя к стенке
определяют столь малые величины
теплового сопротивления внутренней
поверхности трубопровода, что при
практических расчетах ими можно
пренебречь.
Тепловое сопротивление слоя
Выражение для теплового сопро-
тивления однородного цилиндрического
слоя легко выводится из уравнения
Фурье.
Как показано в курсе «Теплопере-
дача» [Л. 69], это выражение имеет
следующий вид:
/? = мчас°С1ккал, (9-12)
где Л — коэффициент теплопроводности
слоя, ккал)м час СС\
d2— наружный диаметр слоя, м\
d\ — внутренний диаметр слоя, м.
Для теплового расчета существен-
ное значение имеют только слои с боль-
шим тепловым сопротивлением. Такими
слоями являются изоляция, стенка ка-
нала, массив грунта и т. п.
Слои, имеющие незначительное теп-
ловое сопротивление, можно в тепло-
вом расчете не учитывать.
’ По этим соображениям при тепло-
вом расчете изолированных теплопро-
водов обычно не учитывается тепловое
сопротивление металлической стенки.
Тепловое сопротивление изоляционной
конструкции надземных теплопроводов
В надземных теплопроводах между
теплоносителем и наружным воздухом
включены последовательно следующие
тепловые сопротивления: внутренняя
поверхность трубопровода, стенка тру-
бопровода, один или несколько слоев
тепловой изоляции, наружная поверх-
ность теплопровода.
Первыми двумя тепловыми сопро-
тивлениями в практических расчетах
обычно пренебрегают.
При учете только двух последних
термических сопротивлений тепловая
11 Е. Я. Соколов.
потеря надземного теплопровода опре-
деляется по формуле
q = р- ~~ р- ккал! мчас, (9-13)
"и. ”1“
где т — температура теплоносителя,
°C;
/0 — температура окружающего воз-
духа, °C;
Ru— тепловое сопротивление изо-
ляции, мчас°С\ккал\
RH— тепловое сопротивление на-
ружной поверхности тепло-
провода, м час °С1 ккал.
Если теплопровод не изолирован,
то Ru = 0. В этом случае
q — ккал/м час. (9-14)
Если на теплопровод наложена
многослойная изоляция, то тепловое
сопротивление изоляции равно ариф-
метической сумме тепловых сопротив-
лений последовательно наложенных
слоев:
*и = + %и2 + • • • + Run-
В этом случае
’ = «.7+«.г+~-+«..+«
(9-15)
Тепловое сопротивление цилиндри-
ческой изоляции увеличивается с ро-
стом отношения наружного диаметра
изоляции к внутреннему. Поэтому при
применении многослойной изоляции
следует первые слои укладывать из ма-
териала, имеющего более низкий коэф-
фициент теплопроводности. В этом слу-
чае получается наилучшее использова-
ние более эффективного изоляционного
материала.
Температурное поле надземного
теплопровода
Расчет температурного поля тепло-
провода производится на основании
уравнения теплового баланса. При
этом исходят из условия, что при уста-
новившемся тепловом состоянии коли-
чество тепла, протекающего от тепло-
носителя к концентрической поверх-
ности, проходящей через любую точку
•поля, равно количеству тепла, уходя-
щему от этой концентрической поверх-
ности к наружной среде.
162
Тепловой расчет
[ гл. 9
Определим температуру поверх-
ности изоляции.
Количество тепла, протекающее от
теплоносителя к поверхности изоляции,
равно количеству тепла, уходящему от
поверхности изоляции к наружному
воздуху:
т
Rft
откуда
* *0
р т р
-----Г’ (9'16)
где т — температура теплоносителя;
/0 — температура наружного воз-
духа;
tx — искомая температура;
Ru— тепловое сопротивление слоя
изоляции;
R— тепловое сопротивление по-
верхности изоляции.
Аналогично определится темпера-
тура любого промежуточного слоя
изоляции.
Определим температуру поверх-
ности первого слоя двухслойной те-
пловой изоляции.
Составим уравнение теплового ба-
ланса:
Т ^Х __ ^Х ^0
Ки1 ’
откуда
%и1 %и2
где Rul —тепловое сопротивление пер-
вого слоя изоляции;
R— то же второго слоя изоля-
ции;
R— то же наружной поверх-
ности.
Тепловое сопротивление грунта
В подземных прокладках в качестве
одного из последовательно включенных
тепловых сопротивлений участвует со-
противление грунта.
При подсчете тепловых потерь за
температуру окружающей среды tQ
принимают, как правило, естественную
температуру грунта на глубине зало-
жения оси теплопровода. Только при
малых глубинах заложения оси тепло-
провода (/z/d<2) за температуру
окружающей среды принимается есте-
ственная температура поверхности
грунта (значения h и d см. ниже).
Тепловое сопротивление грунта мо-
жет быть определено по формуле
Форхгеймера (фиг. 9-1):
R. =й-1пГ24" +
^гр L d
+ |/"— 1 J м час °C/ккал, (9’18)
где I— коэффициент теплопровод-
ности грунта, ккал[м час °C;
h — глубина заложения оси те-
плопровода, ж;
d — диаметр теплопровода, лй
При прокладке подземных тепло-
проводов в каналах, имеющих форму,
отличную от цилиндрической, вместо
диаметра d в формулу (9-18) подстав-
ляется эквивалентный диаметр
, _4F
d*~ Р ’
где F — площадь поперечного сечения
канала, м2\
Р — периметр канала, м.
В тех случаях, когда.-^->2, можно
формулу Форхгеймера упростить, при-
нимая с некоторым приближением ве-
о 2h т-г
личину радикала равной . При этом
допущении формула Форхгеймера
приводится к следующему виду:
R — ~^~м час°С1ккал. (9-19)
Коэффициент теплопроводности
грунта X зависит главным -образом
от влажности его и температуры.
При температурах грунта /с= Юн-
400 С значение коэффициента тепло-
проводности грунта средней влаж-
ности лежит в пределах
1н-2 ккал!мчас°С.
Если при температура по-
верхности грунта неизвестна, то при
подсчете тепловых потерь можно при-
§ 9-2]
Методика теплового расчета
163
ккал/м
нимать среднюю температуру наруж-
ного воздуха.
Тепловое сопротивление при этом
можно определять по формуле (9-18)
подставляя в нее вместо глубины за-
ложения оси трубопровода h приве-
денную глубину заложения
= Л + (9-20)
где hn — приведенная глубина заложе-
ния, м\
— фиктивный слой грунта, имею-
щий сопротивление, равное
сопротивлению поверхности
грунта.
Величина фиктивного слоя опре-
деляется по формуле
Л, = ^, (9-21)
Ф «о х 7
где а0—коэффициент теплоотдачи на
поверхности грунта,
час °C.
9-2. МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО
РАСЧЕТА
По характеру теплового расчета
следует различать одно- и многотруб-
ные подземные теплопроводы. В одно-
трубных прокладках все тепловые
сопротивления соединены последова-
тельно. В многотрубных прокладках
тепловые сопротивления изоляции теп-
лопроводов включены параллельно
одно по отношению к другому и после-
довательно по отношению к цепи ка-
нал — грунт.
Однотрубный теплопровод
При бесканальной прокладке (фиг.
9-1) тепловое сопротивление теплопро-
вода 'представляет собой сумму двух
слагаемых: сопротивления слоя изоля-
ции и сопротивления грунта:
* = + V (9-22)
При наличии воздушной прослойки
(фиг. 9-2) между изолированным теп-
лопроводом и стенкой канала тепловое
сопротивление теплопровода опреде-
ляется как сумма следующих последо-
вательно соединенных сопротивлений:
# — *и + + ^п.к +
(9-23)
11*
Фиг. 9-1. Схема одно-
трубного бесканаль-
ного теплопровода.
Фиг. 9-2. Схема одно-
трубного теплопрово-
да в канале.
где Ru— сопротивление слоя изоляции;
RH— то же наружной поверхности
изоляции;
RnK — то же внутренней поверх-
ности канала;
RK — то же стенок канала;
R— то же грунта.
Расчет температурного поля одно-
трубного подземного теплопровода про-
изводится на основании уравнения теп-
лового баланса, аналогично тому как
эта задача решается для надземного
теплопровода.
Определим температуру воздуха
в канале однотрубного теплопровода.
Составим уравнение теплового ба-
ланса. Количество тепла, подведенное
от теплоносителя в канал, равно коли-
честву тепла, отведенному из канала
в грунт:
т ^0
*и + *н~ЪП.к + *к+*гр ’ '
откуда
-Т ____________________
Rn.K + RK + RcP
(9-24)
где tK — температура воздуха в ка-
нале.
Многотрубный теплопровод
Если несколько трубопроводов про-
ходит в общем канале, то тепловой по-
ток (тепловые потери) от каждого по-
ступает в канал, а затем общий тепло-
вой поток отводится через стенки
канала и грунт в наружную среду.
Тепловой режим многотрубного
теплопровода подобен гидравлическому
режиму параллельно работающих на-
сосов. Изменение сопротивления сети
164
Тепловой расчет
L гл. 9
приводит к изменению напора на на-
гнетательном коллекторе насосов и
соответственному изменению подачи
каждого из насосов.
Если сопротивление сети падает,
происходит падение напора па нагне-
тательном коллекторе и возрастает по-
дача каждого из насосов. Аналогичное
-явление имеет место с тепловым пото-
ком многотрубного теплопровода. При
уменьшении теплового сопротивления
грунта падает температура воздуха в
канале и возрастают тепловые потери
отдельных трубопроводов. Включение
или выключение из работы трубопро-
вода приводит к явлениям, аналогич-
ным включению или 'выключению одно-
го из параллельно работающих насо-
сов.
Задача теплового расчета много-
Трубного теплопровода в канале сво-
дится в первую очередь к определению
температуры воздуха в канале. Зная
температуру воздуха к канале, можно
определить теплопотерю каждого тру-
бопровода по общим правилам тепло-
вого расчета трубопроводов, окружен-
ных воздухом.
Температура воздуха в канале
определяется по уравнению теплового
баланса. При установившемся тепло-
вом состоянии количество тепла, под-
водимое от трубопроводов к воздуш-
ной прослойке канала, равно количе-
ству тепла, отводимому от воздушной
прослойки через стенки канала и мас-
сив грунта в окружающую среду.
Выведем основные расчетные урав-
нения для многотрубного теплопровода
в канале. В подземном канале про-
ложено п трубопроводов. Тепловые
сопротивления изоляционной конструк-
ции (слоя и наружной поверхности
изоляции) каждого из теплопроводов
соответственно равны: /?р /?2» • • •
Температуры теплоносителя в каж-
дом из трубопроводов соответственно
равны: т2,..., тя.
Суммарное тепловое сопротивление
внутренней поверхности канала, сте-
нок канала и грунта равно
— %п.к *4" #к "Ь
Температура грунта на глубине за-
ложения оси теплопровода равна tQ.
Обозначив искомую температуру
воздуха в канале через tK. напишем
уравнение теплового баланса
откуда температура воздуха в канале
многотрубного теплопровода
(9-26)
Зная температуру воздуха в кана-
ле, легко найти теплопотери каждого
трубопровода.
Расчет теплопотерь многотрубной
бесканальной прокладки может быть
проведен по методу, разработанному
Фиг. 9-3. Схема двухтрубного
бесканального теплопровода.
инж. Е. П. Шубиным [Л. 121]. Взаим-
ное влияние соседних труб учитывается
условным дополнительным сопротивле-
нием /?о. При двухтрубном теплопро-
воде (фиг. 9-3) условное дополнитель-
ное сопротивление
1
InpA мчас°С1ккал,
(9-27)
где h — глубина заложения оси тепло-
провода от поверхности зем-
ли, м\
b — горизонтальное расстояние
между осями труб, м.
Определение теплопотерь двух-
трубного бесканального теплопровода
производится по следующим формулам:
§9-3 J
Теплопотери и к. п. д. изоляции
165
теплопотери первой трубы
<7) = —1 ~ Ri ~ ^2~ R° ккал1м час-,
“i “г — Ro
(9-28)
теплопотери второй трубы
(т2 — W — (Т1 — Q Ro I
<72=——„' г, п2 ккал1м час,
[А1А2
(9-29)
где Tj — температура теплоносителя в
первой трубе;
т2 — температура теплоносителя во
второй трубе;
tQ — естественная температура
грунта на глубине оси тепло-
провода;
/?! —суммарное тепловое сопротив-
ление изоляции первой трубы
и грунта;
^1—^01 +
/?2 —суммарное тепловое сопротив-
ление изоляции второй трубы
и грунта:
/?2~ Я„2 + ^гр-
Расчет температурного поля в грун-
те вокруг однотрубного бесканального
теплопровода производится по фор-
муле [Л. 121J
1
2 т: А,
X» -КУ + Л)2
у2 । I v — М2
(9-30)
где t — температура, ° С, любой точки
грунта, удаленной на х м от
вертикальной плоскости, про-
ходящей через ось теплопро-
вода, и на у м от поверх-
ности грунта (фиг. 9-1);
т — температура теплоносителя,
°C.
7?—суммарное тепловое сопротив-
ление тепловой изоляции и
грунта, мчас° С1ккал.
Расчет температурного поля в грун-
те вокруг двухтрубного бесканального
теплопровода определяется по фор-
муле _________
/=Zo+ «Lin
‘ 2*Кгр у Х2-Г(У-А)2Т^
I <?2 1П , /(x-6)2+(^+/Q2
Ы;р ]/ (Х- *)2 + (У - Л)2 ‘
(9-31)
где t — температура, ° С, любой точкй
грунта, удаленной на х м от
вертикальной плоскости, про-
ходящей через ось трубы с
более высокой температурой
теплоносителя (в двухтрубных
водяных сетях—через ось по-
дающей трубы), и на у м от
поверхности грунта (фиг. 9-3).
Расчет температурного поля в грун-
те вокруг теплопровода в канале с
воздушным зазором может произво-
диться по формуле (9-30). В этом
случае под т следует понимать тем-
пературу воздуха в канале, а под
R — суммарное тепловое сопротив-
ление поверхности канала, стенок ка-
нала и грунта.
9-3. ТЕПЛОПОТЕРИ И К. П. Д.
ИЗОЛЯЦИИ
Тепловые потери сети слагаются из
двух частей:
а) теплопотери прямолинейных уча-
стков— линейные теплопотери;
б) теплопотери опорных конструк-
ций, фланцев, фасонных частей, арма-
туры и т. д. — местные теплопотери.
Линейные теплопотери теплопровода
определяются по формуле
QA=ql ккал!час, (9-32)
где q — теплопотеря \ пог. м теплопро-
вода, ккал\мчас\
I — длина теплопровода, м.
Тепловые потери отводов, колен,
гнутых компенсаторов и других дета-
лей, периметр поперечного сечения ко-
торых близок к периметру трубопро-
вода, подсчитиваются по формулам для
прямых труб круглого сечения.
Тепловые потери фланцев, фасон-
ных частей и арматуры определяются
обычно в эквивалентных длинах трубы
того же диаметра:
Qm — ql9 ккал^час, (9-33)
где 1э—эквивалентная длина, м.
Потеря тепла неизолированным
вентилем или задвижкой принимается
равной потере изолированного трубо-
провода того же диаметра при среднем
качестве изоляции длиной 12-7-24 м.
Эквивалентную длину изолированного
на 3/ч поверхности вентиля или за-
166
Тепловой расчет
[гл. 9
движки можно принимать ib пределах
4'ч-8 пог. м изолированного трубопро-
вода в зависимости от диаметра трубо-
провода и температуры теплоносителя.
Меньшие величины относятся к трубо-
проводу диаметром 100 мм и темпера-
туре теплоносителя 100° С; большие ве-
личины — к трубопроводу диаметром
500 мм и температуре 400° С.
Эквивалентную длину неизолиро-
ванного фланца можно принимать рав-
ной 4 ч- 5 м изолированного трубопро-
вода. Тепловые потери через неизоли-
рованные опорные конструкции тепло-
провода (подвески, катки, скользящие
опоры) оцениваются в размере 10 ч-
15% линейных тепловых потерь.
Суммарные тепловые потери тепло-
провода определяются по формуле
Q = q (I + 1э) = ql (1 + р) ккал!час
(9-34)
где
При практических расчетах можно
оценивать значение [5 = 0,2 ч- 0,3.
Для оценки эффективности изоля-
ционной конструкции часто пользу-
ются показателем, называемым к. п. д.
изоляции.
Коэффициент полезного действия
изоляции определяется по формуле
^ = —q;—=1-qT’ (9’3э)
где Q?—теплопотери голой трубы;
Qa — теплопотери изолированной
трубы.
Числитель выражения равен раз-
ности теплопотерь голой и изолирован-
ной труб, т. е. количеству тепла, сэко-
номленному изоляцией. Знаменатель
выражения равен теплопотере голой
трубы.
Таким образом, к. п. д. изоляции
равен отношению количества тепла,
сэкономленного изоляцией, к теплопо-
тере голой трубы.
Коэффициент полезного действия
изоляционных конструкций теплопро-
водов находится -обычно в пределах
= 0,85 ч-0,95.
9-4. ПАДЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ВЫПАДЕНИЕ
КОНДЕНСАТА
В процессе движения по теплопро-
воду теплосодержание теплоносителя
падает. Вследствие этого происходит
падение температуры теплоносителя
вдоль теплопровода, а при транспорте
насыщенного пара выпадает конденсат.
При коротких участках теплопро-
вода, хорошей тепловой изоляции и
больших расходах воды, когда ожи-
даемое падение температуры не превы-
шает 3 -г 4% значения температуры в
начале участка, расчет падения темпе-
ратуры воды по длине теплопровода
может производиться из предположе-
ния постоянства удельных потерь
тепла.
Так как тепловые потери вызывают
падение температуры теплоносителя,
то на основании теплового баланса мо-
жет быть составлено следующее урав-
нение:
Gc(Tj — т2) = ql (1 + р) ккал {час,
(9-36)
где О — расход теплоносителя на
участке, кг час\
с — теплоемкость теплоносителя,
ккал!кг° С;
tj — температура теплоносителя
в начале участка, ° С;
т2 — температура теплоносителя в
конце участка, ° С;
I — длина участка, м\
q — удельные тепловые потери,
ккал!м час;
р — коэффициент местных потерь.
Удельные тепловые потери можно
в этом случае определять по состоя-
нию теплоносителя в начале участка.
Температура теплоносителя в конце
участка
При транспорте перегретого пара,
когда наряду с тепловыми потерями
имеют место значительные потери дав-
ления, можно пользоваться более точ-
ным методом.
На основании теплового баланса
теплосодержание пара в конце участка
§ 9-4]
Падение температуры теплоносителя и выпадение конденсата
167
паропровода может быть определено
по формуле
— + , (9-38)
где —теплосодержание пара в на-
чале участка, ккал)кг\
i2 — теплосодержание пара в конце
участка, ккал.кг.
Зная теплосодержание пара в конце
участка 12 и давление р2, легко по
таблицам или диаграмме водяного пара
определить температуру т2.
При длинных и слабо изолирован-
ных участках паропровода или малых
расходах теплоносителя, когда ожи-
даемое падение температуры значи-
тельно, необходимо учитывать изме-
нение удельных теплопотерь по длине
участка.
Расчет падения температуры с уче-
том переменных теплопотерь по длине
может быть проведен на основании
следующих рассуждений.
Рассмотрим паропровод перегретого
пара длиной /. Температура пара в на-
чале паропровода разна ть а в конце т2.
Температура окружающей среды рав-
на /0. Тепловое сопротивление изоля-
ционной конструкции паропровода
равно R мчас° Cl ккал. Вырежем из
паропровода участок бесконечно малой
длины dl. Обозначим температуру пара
в начале этого бесконечно малого
участка через т, а падение темпера-
туры пара на этом участке—через dx.
Расход пара по паропроводу равен G.
Составим уравнение теплопотерь для
рассматриваемого бесконечно малого
участка dl с учетом местных потерь:
(T~^u) (1 + ₽) dl = — Ocdx,
ИЛИ
-^Г = — (-Ц^—. (9-39)
Т — tQ RGc ' 7
Проинтегрировав выражение (9-39) в
пределах изменения температуры т от
tj до т2 и изменения длины паропро-
вода от 0 до Z, получим:
Т1 о
J * - J RGc ’
T2 I
1rL^i — (1 +P)
т2 — t0~ RGc ’
(9-40)
Фиг. 9-4. Графический расчет точки
насыщения.
По уравнению (9-40) легко найти
т2, когда все остальные величины из-
вестны.
Решение уравнения (9-40) относи-
тельно т2 приводит к формуле
т — / -L
2 el(^^)/RGc
(9-41)
По формуле (9-40) легко найти
длину, на которой пар теряет перегрев.
Приняв температуру пара в конце
паропровода равной температуре насы-
щения и решая уравнение (9-41) отно-
сительно /, получим:
= (9-42)
Для точного расчета длины», на ко-
торой пар теряет перегрев, необходимо
знать не только закон падения темпе-
ратуры вдоль паропровода, но и закон
падения давления. Последний опреде-
ляется по уравнению (4-30). Задача
решается графически (фиг. 9-4). По-
строив по уравнению (9-41) кривую 1
изменения температуры пара по длине
паропровода, по уравнению (4-30) кри-
вую 2 изменения давления пара по
длине паропровода и кривую 3 темпе-
ратур насыщения, соответствующую
кривой давлений 2, легко найти рас-
стояние точки насыщения от начала
паропровода как абсциссу точки пере-
сечения кривых 1 и 3.
При построении кривой 3 можно
с достаточной для практических расче-
тов точностью пользоваться следующей
зависимостью между температурой на-
сыщения и давлением пара:
\ас = 10°Гр°С, (9-43)
где р—давление пара, ата.
168
Тепловой расчет
[гл. 9
Количество конденсата, выпадаю-
щее на участке паропровода при транс-
порте насыщенного пара, определяется
по формуле
q Р + Р) кг]чаС, (9-44)
где G — количество образующегося
конденсата, кг1час,
г — скрытая теплота парообра-
зования, ккал}кг.
9-5. ВЫБОР ТОЛЩИНЫ ИЗОЛЯЦИИ
Выбор толщины изоляции опреде-
ляется техническими и технико-эконо-
мическими соображениями.
Основ1ные технические соображения,
которыми руководствуются при выбо-
ре толщины изоляции, заключаются
в следующем:
1. Обеспечение заданной темпера-
туры теплоносителя в отдельных точ-
ках тепловой сети. Это условие предъ-
является обычно к паропроводам в тех
случаях, когда должна быть гаранти-
рована подача перегретого пара от-
дельным абонентам.
2. Выдерживание нормированных
теплопотерь, которые в ряде случаев
задаются управлением энергетической
системы или декретирующими органи-
зациями.
3. Непревышение заданной темпе-
ратуры поверхности изоляции. При
прокладке теплопровода в рабочих
помещениях или проходных каналах
пр е д е л ьн а я температура п овер хн ости
определяется в 40-н 50° С условиями
техники безопасности. В некоторых
случаях предельная температура по-
верхности задается из условий защиты
от разрушения наружной оболочки изо-
ляции.
На основании технических требо-
ваний определяется предельная мини-
мальная толщина тепловой изоляции.
Вопрос о целесообразности увели-
чения толщины и повышения эффек-
тивности тепловой изоляции решается
технико-экономическим расчетом.
Технико-экономический расчет тол-
щины изоляции строится по принципу
нахождения минимума годовых экс-
плуатационных расходов.
При расчете обычно учитываются
две статьи эксплуатационных расхо-
дов:
1) стоимость теплопотерь за год;
2) годовые отчисления от началь-
ной стоимости изоляции (амортизация,
текущий ремонт).
При увеличении толщины изоляции
теплопотери понижаются, а начальная
стоимость изоляции возрастает.
При некоторой толщине слоя сум-
ма затрат на годовые теплопотери и
годовые отчисления от стоимости изо-
ляции оказывается наименьшей. Эта
толщина изоляции и является эконо-
мически наивыгоднейшей.
Математическое решение задачи
определяется уравнением
*m<7,-HKo = min, (9-45)
где qz — годовые теплопотери 1 пог. м
теплопровода, мгккал1год;
zm — стоимость 1 мгккал тепла,
руб.;
Ки — начальная стоимость изоля-
ции, руб!пог. м\
f —годовые отчисления от стои-
мости изоляции.
Стоимость тепловой энергии zm
принимается по отпускной цене на кол-
лекторе ТЭЦ.
Размер годовых отчислений от стои-
мости изоляции принимается обычно
/ = 0,08.
Уравнение (9-45) удобно решать
графически. Для этого определяют
стоимость теплопотерь и годовые от-
числения от начальной стоимости при
различных толщинах изоляции.
Фиг. 9-5. Графический расчет экономической
толщины изоляции.
1 — годовые отчисления от начальной стоимости;
2—стоимость годовых теплопотерь; 3— суммарные
расходы.
§ 10-2]
Водоподготовительные установки
169
Полученные данные наносят на гра-
фик (фиг. 9-5). Просуммировав графи-
чески ординаты кривой 1 (годовых от-
числений от начальной стоимости изо-
ляции) и кривой 2 (стоимости годовых
теплопотерь), строят кривую 3 (сум-
марных расходов). Точка перегиба
кривой суммарных расходов опреде-
ляет экономическую толщину изоля-
ции.
Для определения экономической
толщины изоляции многотрубных под-
земных теплопроводов приходится про-
водить ряд параллельных расчетов для
различных размеров изоляционного
слоя отдельных трубопроводов.
При уменьшении теплового сопро-
тивления изоляции одного из трубопро-
водов теплопотери смежных трубопро-
водов уменьшаются, хотя суммарные
теплопотери всей -прокладки возра-
стают.,
В тех случаях, когда по многотруб-
ному подземному теплопроводу транс-
портируются теплоносители с разными
температурами!, например пар и кон-
денсат, горячая и обратная вода и
т. п., экономически целесообразно
уменьшить толщину изоляции на тру-
бопроводах с более низкой температу-
рой теплоносителя. Такое решение на-
ряду с удешевлением теплопровода
вследствие сокращения габаритов про-
кладки и уменьшения теплоизоляцион-
ных работ приводит к снижению тепло-
потерь трубопроводов с более высокой
температурой теплоносителя, т. е. к
экономии энергетически более ценного
тепла, за счет увеличения потерь энер-
гетически менее ценного тепла.
При сооружении двухтрубных водя-
ных сетей, рассчитанных на работу по
отопительному графику с максималь-
ной температурой 130-н 150° С, тол-
щина изоляции обратной линии прини-
мается обычно равной половине толщи-
ны изоляции прямой линии.
В теплопроводах перегретого пара
часто оказывается экономически целе-
сообразным укладывать конденсато-
проводы без тепловой изоляции.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ТЕПЛОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
10-1. ТИПЫ ТЕПЛОПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВОК
Задачей тепло подготовительных
установок является подготовка тепло-
носителя к транспорту по тепловой сети
или к использованию в абонентской
системе.
В зависимости от размещения в
теплофикационной системе теплоподго-
товительные установки делятся на цен-
тральные и местные.
Первые размещаются на станции и
служат для подготовки теплоносителя
к транспорту по тепловой сети.
Вторые размещаются на абонент-
ских вводах или других узловых точках
сети и служат для подготовки тепло-
носителя к использованию в абонент-
ской системе. Схема и основное обору-
дование теплоподготовительной уста-
новки выбираются -в зависимости от
назначения установки и параметров
теплоносителя.
Основными типами теплоподготови-
тельных установок являются: водопо-
догревателыные установки, в которых
вода нагревается паром или водой с бо-
лее высокой температурой; паропреоб-
разовательные установки, в которых из
воды производится пар за счет исполь-
зования тепла пара или воды более
высоких параметров; компрессорные
установки, в которых производится
сжатие пара, т. е. повышение его дав-
ления.
10-2. ВОДОПОДОГРЕВАТЕЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ (КОНСТРУКЦИИ И
УСТРОЙСТВО)
Водоподогревательная установка
состоит из аппаратов, в которых вто-
ричный теплоноситель — вода нагре-
вается первичным теплоносителем —
паром или водой более высоких пара-
метров. Если первичным теплоносите-
лем является пар, установка называет-
ся пароводяной; если первичным тепло-
170
Теплоподготовительные установки
(гл. 10
носителем является вода — водоводя-
ной.
По принципу работы водоподогре-
вательные аппараты можно разбить на
две группы: поверхностные и смеши-
вающие.
В поверхностных подогревательных
аппаратах теплообмен между первич-
ным и вторичным теплоносителями
происходит через металлическую стен-
ку. В этих аппаратах первичный и вто-
ричный теплоносители не находятся
в непосредственном соприкосновении.
Поверхность нагрева выполняется
обычно из латунных или стальных тру-
бок.
В смешивающих водоподогрева-
тельных аппаратах первичный и вто-
ричный теплоносители находятся в не-
посредственном соприкосновении.
В настоящее время на теплоэлек-
троцентралях применяются исключи-
тельно пароводяные подогревательные
установки поверхностного типа. Основ-
ное преимущество поверхностных паро-
водяных подогревателей по сравнению
со смешивающими заключается в со-
хранении на станции конденсата грею-
щего пара.
В смешивающих пароводяных подо-
гревательных установках греющий пар
непосредственно перемешивается с на-
греваемой водой. При отдаче воды из
сети или больших утечках воды кон-
денсат греющего пара при смешиваю-
щем подогреве теряется.
В тех случаях, когда утечка воды
из тепловой сети невелика, конденсат
греющего пара создает избыток воды,
который должен отводиться из систе-
мы. Если тепловая сеть и абонентские
системы предварительно заполнены
химически очищенной водой, то при
смешивающем подогреве в системе
циркулирует смесь конденсата и хими-
чески очищенной воды.
Избыток воды, отводимой из систе-
мы, может быть использован для пита-
ния котлов.
Преимущество смешивающих паро-
водяных подогревателей по сравнению
с поверхностными заключается в рез-
ком (в~ несколько раз) снижении рас-
хода металла на сооружение этих уста-
новок и уменьшении начальной стои-
мости.
Смешивающие пароводяные подо-
гревательные установки получили при-
менение в системах теплофикации про-
мышленных районов для подогрева во-
ды, циркулирующей в сети, отрабо-
тавшим паром кузнечных молотов и
прессов, а также в качестве аппаратов
термической обработки подпитка (до-
бавка) воды тепловых сетей.
Водоводяные подогреватели поверх-
ностного типа имеют основное приме-
нение в системах городской теплофи-
кации в качестве теплообменников
в установках горячего водоснабжения
абонентов.
В этих установках производится
подогрев водопроводной воды перед
подачей ее в систему горячего водо-
снабжения.
Поверхностные водоводяные подо-
греватели применяются также при при-
соединении отопительных установок
к тепловой сети по независимой схеме.
Широкое применение в системах го-
родской теплофикации СССР имеют
смешивающие водоводяные струйные
насосы (элеваторы), являющиеся
основным элементом узла присоедине-
ния отопительных установок жилых и
общественных зданий к водяным теп-
ловым сетям.
Водоподогревательные установки
поверхностного типа
На фиг. 10-1 представлена принци-
пиальная схема двухступенчатой паро-
водяной подогревательной установки.
Вода из обратной линии тепловой
сети проходит через грязевик и водомер
и поступает в циркуляционный насос.
Насос подает воду через подогрева-
тельную установку в подающую маги-
страль тепловой сети.
Подогревательная установка со-
стоит из трех последовательно соеди-
ненных теплообменных аппаратов:
охладителя конденсата, основного
подогревателя и пикового подогрева-
теля.
Сначала вода поступает в охлади-
тель конденсата, где она нагревается
за счет тепла конденсата, дренируе-
мого из основного подогревателя. За-
тем вода проходит через основной
подогреватель, где в качестве греющей
среды используется пар из регулируе-
Пар 5-7ата
Лар ?,2-2ата
Фиг. 10-1. Принципиальная схема двухступенчатой пароводяной
подогревательной установки,
1—пиковый подогреватель; 2 — основной подогреватель; 3 — циркуляционный
насос; 4 — конденсатный насос; 5 — охладитель конденсата.
мого отбора теплофикационной тур-
бины давлением 1,2-н 2,5 ата.
После основного подогревателя во-
да может быть подана в пиковый подо-
греватель для дальнейшего подогрева
или непосредствен1но в тепловую сеть.
В качестве греющей среды для пико-
вого подогревателя используется пар
из отбора теплофикационных турбин
с давлением 5 -н 1 ата или дрооселиро-
ваннный острый пар. Конденсат грею-
щего пара из пикового подогревателя
поступает в основной подогреватель.
Из основного подогревателя конденсат
дренируется в охладитель конденсата,
откуда он самотеком или при помощи
насоса отводится в питательные или
конденсатосборные баки котельной.
Установка охладителя конденсата
имеет целью обеспечить устойчивую
работу конденсатного насоса. Охлади-
тель конденсата обычно рассчитывает-
ся на понижение температуры конден-
сата до 90 -г-95° С.
Станционные пароводяные подогре-
вательные установки сооружаются из
аппаратов вертикального или горизон-
тального типа.
По конструктивному выполнению
подогреватели можно разделить на две
группы:
1) аппараты с прямыми трубками;
2) аппараты с гнутыми трубками.
На фиг. 10-2 показан общий вид
горизонтального пароводяного подогре-
вателя с прямыми трубками. Поверх-
172
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-2. Пароводяной горизонтальный подогреватель
с прямыми трубками.
/ — подвижная трубная доска; 2 — неподвижная трубная доска.
ность нагрева аппарата выполнена в
виде пучка прямых трубок малого диа-
метра, размещенных внутри цилиндри-
ческого корпуса. Концы трубок вваль-
цованы в две трубные доски. Передняя
трубная доска закрепляется между
фланцами корпуса и передней водяной
камеры и находится в «неподвижном
положении. Задняя трубная доска сво-
бодна и может перемещаться при теп-
ловой деформации трубок внутри кор-
пуса. При достаточной чистоте поверх-
ности нагрева, высоких скоростях воды
(порядка 1,5 н- 2,0 м/сек) и надежном
дренаже конденсата и воздуха из паро-
вого пространства в пароводяных подо-
гревателях достигается коэффициент
теплопередачи порядка 2 500 ч-
3 000 ккал/м2 час °C.
Для получения больших скоростей
воды в трубках аппарат выполнен
восьмиходовым. Ходы образуются
перегородками, имеющимися в перед-
ней и задней камерах. Перегородки де-
лят трубный пучок на восемь равных
частей.
Плоскости сопрокосновения перего-
родок с трубными досками уплотняют-
ся асбестовыми или свинцовыми про-
кладками для предупреждения перете-
кания воды помимо трубок.
В передней водяной камере подо-
гревателя имеются два патрубка. Вода
поступает в аппарат через один из
этих патрубков, проходит последова-
тельно через восемь ходов и через дру-
гой патрубок отводится из аппарата.
Вся трубная система может быть
легко вынута из корпуса для чистки и
ремонта.
Пар поступает в корпус подогрева-
теля через боковой штуцер. Для ослаб-
ления механического воздействия паро-
вого потока на трубки в корпусе аппа-
рата против парового штуцера устанав-
ливается отражательный лист.
Конденсат отводится из подогрева-
теля через нижний штуцер. В конструк-
ции подогревателя на фиг. 10-2 первый
и последний ходьи находятся рядом.
Такая схема «секторного» распределе-
ния ходов вызывает дополнительные
температурные напряжения в трубках,
так как трубки, стенки которых имеют
•различные температуры, ввальцованы
в решетку рядом.
Для уменьшения температурных на-
пряжений применяется сегментная схе-
ма распределения ходов. Разделитель-
ные перегородки делят трубный пучок
на ряд сегментов. Такое распределение
ходов принято в пароводяных подогре-
вателях конструкции ЛМЗ.
На фиг. 10-3 представлен верти-
кальный пароводяной подогреватель
ЛМЗ. Так же как и в ранее рассмот-
ренной конструкции, в подогревателе
ЛМЗ имеется свободная трубная ре-
шетка. Аппарат четырехходовой. Раз-
делительные перегородки, имеющиеся
в передней и задней водяных камерах,
делят трубный пучок на четыре сег-
мента. Первый и четвертый ходы аппа-
рата находятся в диаметрально про-
тивоположных частях поперечного се-
чения корпуса.
Вода подводится и отводится из
аппарата при помощи штуцеров, при-
варенных к верхней камере. Пар под-
водится к корпусу через боковой па-
трубок. Конденсат отводится из кор-
пуса через отверстие в нижнем днище.
§ 10-2]
Водоподготовительные установки
173
Для продувки парового простран-
ства от воздуха в нижней части боко-
вой поверхности корпуса имеются дре-
нажные отверстия.
Выполнение свободной трубной ре-
шетки усложняет конструкцию подо-
гревателя. Такие конструктивные реше-
ния целесообразны лишь в аппаратах
большой мощности при большом диа-
метре корпуса. В аппаратах малой
мощности компенсация температурных
деформаций трубного пучка может
быть решена проще путем установки
на корпусе подогревателя линзовых
компенсаторов. Примером такого кон-
структивного решения являются сек-
ционные водоводяные подогреватели
Теплосети Мосэнерго (фиг. 10-4).
В приложении 15 приведены! основ-
ные размеры этих подогревателей.
В подогревателях Теплосети Мос-
энерго трубные решетки жестко за-
крепляются во фланцевых соединениях
корпуса.
Количество секций аппарата выби-
рается в зависимости от требуемой по-
верхности нагрева. В каждой
секции одна из трубных реше-
ток выполняется в виде диска
и кольца, соединенных на
резьбе. Это обеспечивает воз-
можность разборки секции и
выемки трубного пучка из кор-
пуса для очистки и ремонта.
Преимущество аппаратов с
прямыми трубами заключается
в легкой механической очистке
внутреннего сечения трубок от
накипи и отложений.
Недостаток заключается в
усложнении конструкции в свя-
зи с необходимостью компен-
сации температурой деформа-
ции прямых трубок. От этого
недостатка свободны подогре-
ватели с гнутыми труб-
ками.
На фиг. 10-5 приведена
конструкция такого аппарата.
Благодаря свободному расши-
рению в трубках этого аппара-
та не возникает напряжений от
термических деформаций.
В эксплуатационном отно-
шении аппарат с гнутыми труб-
ками уступает аппарату с пря-
мыми трубками. С целью
получения высоких коэффициентов
теплопередачи в пароводяных подогре-
вателях желательно, как правило, про-
пускать воду по трубкам, так как в
этом случае легче создать большие
скорости воды. Однако в аппаратах
с гнутыми трубками пропуск воды по
трубкам возможен лишь в тех случаях,
когда это не связано с выпадением на-
кипи или загрязнений в трубках, т. е.
Фиг. 10-4. Секционный водоводяной
подогреватель Теплосети Мосэнерге.
174
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-5. Пароводяной подогреватель с гнутыми трубками.
при подогреве химически очищенной
воды.
В противном случае для преду-
преждения зарастания трубок накипью
и загрязнениями приходится пропу-
скать воду между трубками, а пар —
по трубкам. При пропуске воды по
межтрубному пространству скорости
воды резко падают, что приводит к
снижению коэффициента теплопере-
дачи.
Указанный недостаток аппаратов
с гнутыми трубками устраняется при
замене механической очистки трубок от
накипи и загрязнений химической очи-
сткой.
Независимо от компенсации тепло-
вой деформации трубок необходимо
предусматривать такое крепление аппа-
рата на опорах, при котором обеспечи-
вается свободная тепловая деформа-
ция корпуса.
Для эффективного использования
поверхности нагрева необходимо при
конструировании поверхностных подо-
гревателей оставлять между трубками,
а также между трубным пучком и кор-
пусом достаточные проходы для пара
и предусматривать надежный дренаж
конденсата и воздуха. В местах, плохо
дренируемых и стесненных для про-
хода пара, создаются застойные зоны,
в которых скапливаются конденсат и
воздух, отчего резко ухудшается тепло-
передача. В многоходовых аппаратах
большой мощности в местах установки
разделительных межходовых перегоро-
док отсутствуют трубки, благодаря
чему создаются каналы для прохода
пара внутрь трубного пучка.
Для предупреждения провисания и
вибрации трубок в длинных горизон-
тальных аппаратах устанавливаются
промежуточные перегородки через
2н- 2,5 м. Во избежание истирания ра-
бочих трубок о промежуточные пере-
городки под рабочие трубки подкла-
дываются подкладки или в местах
пересечения с перегородками на рабо-
чие трубки надеваются обрезки из тру-
бок большего диаметра.
При конструировании поверхно-
стных подогревателей необходимо
обратить особое внимание на доста-
точные прочность и жесткость трубных
решеток. Трубная решетка работает на
изгиб под разностью давлений меж-
трубного пространства и камеры аппа-
рата. Прогиб трубной решетки вызы-
вает перенапряжения в трубках и при-
водит к расстройству вальцовки.
Водоводяные подогреватели нахо-
дят основное применение на абонент-
ских вводах. При конструировании
во до в о д я н ых п о догре в а тел ей с л е ду ет
стремиться к получению высоких и по
возможности одинаковых скоростей во-
ды в трубках и межтрубном простран-
стве.
Эта задача наиболее просто ре-
шается в секционных подогревателях.
Скорости воды в водоводяных подо-
гревателях выбираются обычно поряд-
ка 1,0 м/сек, что при достаточной
чистоте поверхности нагрева обеспе-
чивает получение коэффициентов теп-
лопередачи! порядка 800 -н1 200
ккал/м2 час °C.
На фиг. 10-6 показана принципи-
альная схема абонентского ввода
§ Ю-2 J
Водоподготовительные установки
175
Фиг. 10-6.^Схема абонентского ввода.
176
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
с поверхностной двухступенчатой уста-
новкой горячего водоснабжения и эле-
ваторным узлом для отопления.
Вода из подающей линии тепловой
сети поступает по трубопроводу 1 на
абонентский ввод. Она проходит
через грязевик 2, регулятор расхода 3
и поступает в водоструйный элева-
тор 4.
В водоструйном элеваторе к воде,
поступившей из тепловой сети, подме-
шивается некоторое количество воды
после системы отопления. Смешанная
вода поступает по линии 5 в местную
отопительную систему.
Из местной отопительной системы
вода возвращается по линии 6, Часть
ее по перемычке 7 подсасывается эле-
ватором и смешивается в нем с водой,
поступившей из подающей линии теп-
ловой сети.
Остальная вода направляется по
линии 8 в первую ступень 9 подогре-
вательной установки горячего водо-
снабжения, в которой она после отоп-
ления нагревает холодную водопровод-
ную воду, поступающую в этот подо-
греватель по линии 10 (задвижка 16
закрыта).
Первая ступень подогревательной
установки состоит из ряда последова-
тельно соединенных секционных водо-
водяных подогревателей.
Из подогревателыной установки
первой ступени обратная вода посту-
пает по линии 12 через грязевик 13 и
водомер 14 в обратную линию тепло-
вой сети 15 и по ней возвращается на
ТЭЦ.
Водопроводная вода * после первой
ступени подогрева поступает по ли-
нии 17 во вторую ступень подогрева.
Вторая ступень подогрева 18, так
же как и первая, состоит из нескольких
последовательно соединенньих секцион-
ных водоводяных подогревателей.
После второй ступени подогрева
водопроводная вода (обычно при
60° С) поступает по линии 19 в систе-
му горячего водоснабжения абонента.
Для поддерживания заданной тем-
пературы воды подаваемой в установ-
ку горячего водоснабжения абонента,
на выходе из второй ступени подогрева
установлено термореле 20, соединенное
импульсной трубкой с регулирующим
клапаном 21, Через этот клапан по ли-
нии 22 'вода из подающей линии тепло-
вой сети проходит во вторую ступень
подогревательной установки. Если тем-
пература водопроводной воды после
второй ступени подогрева устанавли-
вается ниже заданной величины, тер-
мореле 20, воздействуя на клапан 21,
открывает его и увеличивает расход
греющей воды через подогреватель 18,
Когда температура водопроводной во-
ды устанавливается выше заданной ве-
личины, клапан 21 прикрывается.
Греющая вода после второй ступени
подогрева поступает в линию 23, сме-
шивается с водой из подающей линии,
проходящей через регулятор расхода 3,
и поступает в сопло элеватора 4, а из
него в отопительную систему абонента.
Регулятор расхода 3 поддерживает
постоянный расход воды через сопло
элеватора 4,
Когда открытие клапана 21 увели-
чивается и повышается расход воды че-
рез вторую ступень подогрева 18, регу-
лятор расхода 3 прикрывается. Наобо-
рот, когда клапан 21 прикрывается,
увеличивается открытие регулятора
расхода 3,
Таким образом, суммарный расход
воды через клапан 21 и регулятор рас-
хода 3 во время работы отопительной
системы поддерживается постоянным.
При применении на диапазоне по-
вышенных наружных температур ото-
пительного периода, регулирования
«местными пропусками» предусмотрена
перемычка 24 с установленным на ней
клапаном 25 типа «открыть—закрыть».
Когда регулятор расхода 3 закрыт," во-
да из подающей линии тепловой сети
поступает по линии 22 через клапан 21
во вторую ступень подогрева 18: Из
второй ступени подогрева греющая во-
да возвращается по линии 23, затем
проходит по линии 24 через клапан 25
и линию 8 в первую степень подогрева.
Из первой ступени подогрева сетевая
вода по линии 12 через грязевик 13 и
водомер 14 возвращается в обратную
линию тепловой сети.
Для того чтобы при «местных про-
пусках» в отопительной системе вода
из подающей линии тепловой сети не
могла попасть в элеватор, перед ним
§ Ю-2]
Водоподготовительные установки
177
установлен клапан 26 типа «открыть—
закрыть».
Клацаны 5, 25 и 26 сблокированы
таким образом, что при закрытии кла-
пана 3 под действием импульса внут-
ренней темпер а тур ы ота пливаем ых
помещений одновременно с ним закры-
вается клапан 26 и открывается кла-
пан 25.
При открытии клапана 3 одновре-
менно с ним открывается клапан 26 и
закрывается клапан 25.
При применении на диапазоне по-
вышеннык наружных температур (вы-
ше /") суточного регулирования тем-
пературы воды в подающей линии теп-
ловой сети перемычка 24 и клапаны 25
и 26 не устанавливаются, поскольку в
этом случае отпадает необходимость в
регулировании отопления методом «ме-
стных пропусков».
Для контроля параметров тепло-
носителя и учета тепла на вводе уста-
новлены водомерьи на сетевой и водо-
проводной воде, термометры и мано-
метр ы».
Тепловой и гидравлический расчет
поверхностных аппаратов
В задачу теплового расчета входит
определение поверхности нагрева и
тепловой производительности аппара-
тов.
В задачу гидравлического расчета
рходит определение потерь напора в
аппаратах со стороны первичного И
вторичного теплоносителей.
В связи с различной методикой рас-
четы поверхностных и смешивающих
аппаратов рассматриваются отдельно.
Поверхность нагрева теплообменных
аппаратов определяется по формуле
F = (10-1)
где Q — производительность аппарата,
ккал/час;
F — поверхност теплообмена, м2\
k — коэффициент теплопередачи,
ккал\м2 час °C;
Д — средняя разность температур
между первичным и вторичным
теплоносителями, °C.
12 Е. Я. Соколов.
При прямотоке или противотоке
определение средней разности темпе-
ратур производится по формуле
— Д
Ь = -—, (10-2)
in А.
Дл<
где Дб и &м—ббльшая и меньшая
разность температур
между первичным и вто-
ричным теплоносителя-
ми по концам теплооб-
менника.
Для получения максимального зна-
чения Д в водоводяных подогревате-
лях осуществляют противоток движе-
ний первичного и вторичного тепло-
носителей.
Коэффициент теплопередачи по-
верхностных аппаратов определяется
по формуле
k = —{---р-----к кал! м2 час °C,
(10-3)
где а! и а2—‘коэффициенты теплоот-
дачи между первичным и вторич-
ным теплоносителями и стенкой,
ккал 1м2 час °C;
---тепловое сопротивление стен-
ки трубок и слоя загрязнений,
м2 час° СIккал.
Коэффициенты теплоотдачи от теп-
лоносителя к стенке определяются
следующим образом:
при турбулентном движении воды
вдоль трубок [Л. 46]
а = (1 4004- 18/ —0,035/2) X
°, в
X —^2 ккал1м2 час °C; (10-4)
при турбулентном движении воды
поперек пучка трубок
а = (1 000+ 15/ —0,04/2) X
0,64
Х-^пё ккал/м2 час °C; (10-5)
при пленочной конденсации пара на
вертикальной стенке и малой скорости
пара
5 500 + 65/ — 0,2/?.
“ =------------------ккал1м2 час °C;
(10-6)
178
Теплоподготовительные установки
[ гл. 10
при пленочной конденсации пара
снаружи горизонтального пучка трубок
4 230 + 50/ — 0,154/2
а =-----------------ккал м2 час °C,
(znd6)0’25 '
(Ю-7)
где t — средняя температура воды, °C;
tK — температура пленки конден-
сата — средняя между темпе-
ратурой насыщенного пара и
стенки, °C;
О—разность температур насыщен-
ного пара и стенки, °C;
w — скорость воды, м)сек;
d — диаметр трубки, м\
Н—высота трубки, м;
m — среднее число трубок в верти-
кальном ряду.
При заданных расходе и парамет-
рах теплоносителя производительность
аппаратов определяется по приведен-
ным ниже формулам:
пароводяного подогревателя
Q = Di(ii — t,K)ri=G2(t2 — /,);
(10-8)
водоводяного подогревателя
Q = G] (tj — т2) -г) = G2 (t2 — Z,);
(10-9)
паропарового преобразователя
Q = Di (Zj — — D2 (*2
(10-10)
водопарового преобразователя
Q = G, (tj — t2) 7) = D2 (i2 — t2K),
(10-11)
где Q — производительность по вто-
ричному теплоносителю,
ккал)час;
tq—тепловой к. п. д. аппарата;
G{ и О2 — расходы первичной и вто-
ричной воды, кг)час;
Di и D2—расходы первичного и вто-
ричного пара, кг!час\
Т1 и т2 — температуры первичной во-
ды перед аппаратом и после
него, °C;
t\ и /2 — температуры вторичной во-
ды перед аппаратом и после
него, °C;
ix и i2 — теплосодержание первичного
и вторичного пара, ккал кг;
tiK —температура конденсата пер-
вичного пара, °C;
t2K — температура питательной
воды перед паропреобразо-
вателем, °C.
Под тепловым к. п. д. водоподо-
гревателя и паропреобразователя пони-
мается отношение количества тепла,
полученного в аппарате вторичным
теплоносителем, к количеству тепла,
отданного первичным теплоносителем:
71 = ^-. (10-12)
Тепловой к. п. д. характеризует
тепловые потери аппарата в окружаю-
щую среду. В мощных аппаратах с
удовлетворительной тепловой изоля-
цией достигает 0,98-н 0,99.
Основные конструктивные размеры
поверхностных теплообменных аппара-
тов определяются по следующим фор-
мулам [Л. 46 и 97]:
2 830a2w„,
-и 3 600пул
(10-13)
Р = 1,13|Ло,786п2^ + /л
ИЛИ
D= 1,13а У/ -j-sina ,
Г ф
где п — число трубок в одном ходе;
Vm и VM — объемы протекающего те-
плоносителя внутри и сна-
ружи трубок, м3)час;
de—внутренний диаметр труб-
ки, м;
dn — наружный диаметр трубки,
м;
d — средний диаметр трубки, м;
wm и wM — скорости внутри и снаружи
трубок, м!сек;
F — поверхность нагрева, м2;
I — длина одного хода, м;
z — общее число ходов;
fм —площадь межтрубного сече-
ния, включая площадь се-
чения межтрубных перего-
родок и мертвых зон, м2;
§ Ю-2]
Водоподготовительные установки
179
а—шаг трубок, м;
ф— коэффициент использования
трубной решетки (в сред-
нем 0,7-т-0,85);
а — угол между осями трубной
системы (фиг. 10-7);
D — внутренний диаметр кор-
пуса, м.
Отношение межтрубного сечения к
сечению внутри трубок рекомендуется
выбирать при предварительных расче-
тах:
для водоводяных трубчатых подо-
гревателей
= 2 ч- 2,5; (10-14)
I m
для пароводяных трубчатых подо-
гревателей
-^-=2,5ч-3,0. (10-15)
Диаметр трубок выбирается в пре-
делах 12-4—30 мм. Меньший предел
определяется условиями очистки от на-
кипи и загрязнения, больший — кон-
структивными соображениями»
Шаг трубок выбирается обычно
(1,3 -4-1,5) dH . При конструировании
водоводяных подогревателей жела-
тельно трубки максимально сблизить
для получения меньшей площади меж-
трубного сечения. Минимальное рассто-
яние между трубками, выбирается 5 -4-
6 мм.
По монтажным и конструктивным
соображениям максимальную актив-
ную длину трубок не рекомендуется де-
лать больше 5 м.
Для удобства гидравлической
опрессовки аппаратов с подвижной
задней решеткой желательно при кон-
струировании предусматривать распо-
ложение последней в холодном со-
стоянии в одной плоскости с зеркалом
фланца корпуса. Падение давления
Фиг. 10-7. Разбивка трубок на решетке.
12*
в теплообменных аппаратах трубчатого
типа рассчитываются по формулам,
приведенным в гл. 4. Коэффициенты
местных сопротивлений элементов теп-
лообменных аппаратов приведены в
приложении 16.
Водоподогревательные установки
смешивающего типа
На фиг. 10-<8 приведена принципи-
альная схема двухступенчатой водо-
подогревательной установки смеши-
вающего типа. Первая ступень подо-
грева выполнена в виде пленочных
подогревателей, вторая.— в виде струй-
ных подогревателей. Вода из обратной
линии тепловой сети поступает в пер-
вую ступень подогрева. В подогрева-
телях первой ступени пар низкого дав-
ления (обычно 1,1 н- 1,2 ата) приходит
в непосредственный контакт с водой,
передает ей свое тепло и конденсирует-
ся на ее поверхности. Нагретая цирку-
ляционная вода в смеси с конденсатом
греющего пара сливается из подогре-
вателей в сборный бак.
Из сборного бака вода забирается
циркуляционными насосами и может
быть подана во вторую ступень для
дальнейшего подогрева или непосред-
ственно в тепловую сеть.
В качестве греющей среды для вто-
рой ступени подогрева используется
обычно пар при давлении 4-н 8 ата.
Одно из существенных условий дол-
говечности современных систем тепло-
снабжения заключается в освобожде-
нии циркуляционной воды от раство-
ренного кислорода. При применении
смешивающих подогревателей, имею-
щих сообщение с атмосферой, необхо-
димо постоянно поддерживать в них
избыточное (выше атмосферного) дав-
ление пара с целью предупреждения
подсоса воздуха, а воду нагревать до
температуры насыщения греющего па-
ра с целью деаэрации ее.
Для постоянной деаэрации циркули-
рующей воды в схеме теплоподготови-
тельной установки предусмотрена пере-
мычка, позволяющая постоянно под-
держивать в пленочных подогревателях
температуру воды (100-4-100,5° С) при
-избыточном давлении паровой подуш-
ки 500 -е- 600 мм вод. ст., независимо
от температурного режима подающей
180
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-8. Принципиальная схема двухступенчатой тепло-
подготовительной установки смешивающего типа.
1 — пленочный подогреватель; 2 — сборный бак; 3 — струйный
подогреватель; 4 — циркуляционный насос; 5 — грязевик.
линии тепловой сети. При температурах
водьв в подающей линии ниже 100° С
часть воды из обратной линии подается
по перемычке во всасывающий коллек-
тор циркуляционных насосов помимо
пленочных подогревателей.
Конструкции смешивающих паро-
водяных подогревателей весьма много-
образны. Основной применение в теп-
лофикационных установках находят в
настоящее время два типа подогрева-
телей: пленочные и струйные.
На фиг. 10-9а представлен разрез
пленочного подогревателя конструкции
проф. С. Ф. Копьева (ОРГРЭС). Аппа-
рат используется в качестве первой
ступени подогрева. Корпус пленочного
подогревателя представляет собой вер-
тикальный цилиндр 3.
В корпус вставлен пучок концентри-
ческих цилиндров 4 из листовой стали
толщиной 1 н- 2 мм. В верхнем торце
внутреннего цилиндра установлена от-
бойная розетка 2.
Вода из обратной магист-
рали тепловой сети посту-
пает через сопло /, вварен-
ное в верхнее днище подо-
гревателя. Выходя из сопла
со скоростью 5н-6 м/сек,
вода ударяется о розетку 2,
разбрызгивается и, попадая
на поверхность вертикальных
кон центр ически х цилм н д ров
4, стекает в виде пленки.
Навстречу воде снизу
поднимается пар, который
вводится в подогреватель
через патрубок 6, вварен-
ный в нижнюю часть корпу-
са 5, под пучком вертикаль-
ных концентрических ци-
линдров 4. Пар вступает в
непосредственное соприкос-
новение с пленкой воды, кон-
денсируется на поверхности
пленки и нагревает ее.
Воздух, выделяющийся
из воды в процессе подогре-
ва ее, отводится наружу че-
рез дренажную трубу.
Следует иметь в виду, что
каждый метр поверхности
цилиндров создает 2 ;и2 по-
верхности нагрева, так как
пленка воды омывает ци-
линдры с обеих сторон.
На фиг. 10-96 приведены резуль-
таты испытания пленочных подогрева-
телей, проведенного Всесоюзным теп-
лотехническим институтом на Киров-
ском заводе.
Данные испытания относятся к по-
догревателю поверхностью нагрева
30 м2. Расход воды через подогрева-
тель во время испытания составлял
190 т!час.
На вертикальной оси графика отло-
жены коэффициенты! теплопередачи
пленочного подогревателя k и величи-
ны недогрева воды в подогревателе
Ы. На горизонтальной оси графика
отложено избыточное давление пара
в пленочном подогревателе (мм
вод. ст.).
Коэффициент теплопередачи опре-
делялся по формуле
k = gr *КаЛ°Г, (10-16)
FA л2 час С 4 '
§ Ю-2]
Водоподготовительные установки
181
где Q — тепловая производительность
подогревателя, ккал]час\
F — видимая поверхность контак-
та водяной пленки и пара,
т. е. поверхность вертикаль-
ных цилиндров аппарата;
Д— средняя разность температур
между греющим паром и во-
Фиг. 10-9ал Пленочный подогреватель.
1 —сопло; 2 — розетка; 3 — верхняя часть корпуса
подогревателя; 4 — концентрические цилиндры; 5 —
нижняя часть корпуса; 6—паровой патрубок.
давление /7а/7а,»лсм вод. с/т/.
Фиг. 10-96. Результаты испытания пленочных
подогревателей. Расход воды G = 190 пг/час.
Величина недогрева 8/ определя-
лась по формуле
8/ = т —(Ю-17)
где т — температура насыщения грею-
щего пара;
tx—температура воды после пле-
ночного подогревателя.
Как видно из фиг. 10-9,6 величина
8/ зависит от давления греющего пара.
Повышение давления греющего па-
ра приводит к снижению недогрева.
Так, при избыточном давлении грею-
щего пара, равном нулю, недогрев пре-
вышает 6н-8° С. При избыточном дав-
лении греющего пара 200-н 300 мм
вод. ст. величина недогрева составляет
2,5 -4—3° С. При избыточном давлении
700 -ь 800 мм bqr. ст. величина недо-
грева ниже 1°С.
Коэффициент теплопередачи пле-
ночных подогревателей также заметно
возрастает при повышении давления
греющего пара.
При избыточном давлении Др = 0
коэффициент теплопередачи состав-
ляет 4-4-5 тыс. ккал/м2 час °C. При Др=
=300л*л*вод.ст. Л=10 000 ккал1м2 час°С.
При Др = 700 мм вод. ст. коэф-
фициент теплопередачи достигает
15 000 к кал 1м2 час °C.
Такой характер зависимости k =
= f(&p) объясняется тем, что при по-
182
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-10. Струйный подогреватель
конструкции ВТИ.
ниженном давлении греющего пара и
интенсивной конденсации его в кор-
пусе подогревателя образуется вакуум
и происходит подсасывание воздуха.
Чем выше давление греющего пара,
тем меньше вероятность попадания воз-
духа в аппарат.
При избыточном давлении пара
800-^-1 000 мм -вод. ст. можно получить
коэффициент теплопер ед а.чи лор яд-
ка 15 000 ккал/м* час °C, что при-
мерно в 10 раз превышает коэффи-
циент теплопередачи обычных поверх-
ностных пароводяных подогревателей.
Учитывая двойное использование
поверхности пленочных аппаратов, лег-
ко установить, что теплосъем с каж-
дого квадратного метра металлической
поверхности пленочных подогревателей
примерно в 20 раз превышает удельный
теплосъем поверхностных подогревате-
лей.
Таким образом, необходимая по-
верхность пленочных подогревателей, а
следовательно, и вес металла на соору-
жение теплоподготовительных устано-
вок примерно в 20 раз меньше, чем в
подогревательных установках поверх-
ностного типа.
В пленочных аппаратах вода прак-
тически может быть нагрета до темпе-
ратуры насыщения греющего пара. При
надежном дренаже воздуха из подо-
гревателя разность температур грею-
щего пара и нагретой воды составляет
доли градуса. Поэтому пленочные ап-
параты удачно выполняют функции
первой ступени подогрева, где при ис-
пользовании греющего пара низкого
давления желательно получить воз-
можно более высокий подогрев воды и
обеспечить деаэрацию ее.
Опыт работы пленочных подогрева-
телей в промышленности показывает,
что при поддержании избыточного дав-
ления паровой подушки порядка 500-н
600 мм вод. ст. и нагреве воды до
100н- 100,5° С концентрация раство-
ренного кислорода в циркулирующей
воде ниже 0,1 мг!л, что устраняет опас-
ность коррозии системы.
Избыточный напор, который вода
имеет перед пленочным подогревате-
лем, полностью теряется в подогрева-
теле.
Из подогревателя вода сливается
в закрытый сборный бак, откуда она
забирается циркуляционным насосом.
При установке пленочных подогрева-
телей следует отрегулировать гидрав-
лический режим таким образом, чтобы
напор в обратной магистрали тепловой
сети перед аппаратом составлял
5-н 6 м, что достаточно для подъема
воды до уровня сопла подогревателя и
преодоления гидравлического сопротив
ления сопла.
Преимущество смешивающих аппа-
ратов пленочного типа по сравнению с
обычными поверхностными подогрева-
телями заключается в независимости
эффективности подогрева от чистоты
поверхности.
§ Ю-2]
Водоподготовительные установки
183
Фиг. 10-11. Зависимость восстановленного
давления рс—рк от отношения сечений f3/f2-
Давление пара рк = 2,2 апга.
Выпадение накипи и загрязнений на
поверхности пленочного подогревателя
не отражается на величине коэффи-
циента теплопередачи. Вследствие это-
го обстоятельства пленочным подогре-
вателям отдают предпочтение перед
поверхностными подогревателями в си-
стемах горячего водоснабжения, питае-
мых сырой неумягченной водой.
Простота, конструкции, высокая эф-
фективность и малый вес являются
основными преимуществами смеши-
вающих подогревателей пленочного ти-
па по сравнению с обычными подогре-
вателями поверхностного типа.
На фиг. 10-10 представлен разрез
струйного подогревателя конструкции
ВТИ. Струйный подогреватель пред-
ставляет собой водопаровой эжектор.
Вода поступает через сопло 1 в
приемную камеру 2 струйного подогре-
вателя. Струя воды захватывает пар,
перемешивается с ним и нагревается.
Смесь воды и пара поступает в камеру
смешения 3, в которой происходит пол-
ная конденсация пара, сопровождаю-
щаяся ростом давления. Из камеры
смешения подогревателя вода посту-
пает в диффузор 4, а из него в водя-
ную линию тепловой сети.
Гидравлическая и тепловая харак-
теристики струйного подогревателя за-
висят от отношения сечений камеры
смешения и сопла.
В качестве иллюстрации на
фиг. 10-11 и 10-12 приведены гидрав-
лические и тепловые эксперименталь-
ные характеристики струйного подо-
гревателя, относящиеся к давлению
греющего пара в приемной камере по-
догревателя рн — 2,2 ата и темпера-
Фиг. 10-12. Зависимость недогрева dt от от-
ношения сечений f3/f2- Давление пара
рн = 2,2 ата.
туре воды перед подогревателем t —
=4° С*.
На фиг. 10-11 показана зависимость
давления, восстановленного струйным
подогревателем, от отношения сече-
ний /3/^2 ПРИ различных скоростях
истечения вэды из сопла.
Под давлением, восстанавливаемым
струйным подогревателем, понимает-
ся величина
&РС = РС—РЯ’ (10-18)
где рс — давление воды после диффу-
зора подогревателя;
рн — давление пара в приемной
камере подогревателя.
На фиг. 10-12 показана экспери-
ментальная зависимость недогрева
воды в струйном подогревателе от от-
ношения сечений.
Под недогревом воды о/ понимается
разность между температурой насы-
щения греющего пара в приемной ка-
мере подогревателя tH и температурой
воды после струйного подогревате-
ля 1с:
bt = tH-tc. (10-19)
При увеличении отношения сечений
/3//2 ухудшается работа струйного по-
догревателя как эжектора и улучшает-
ся работа его как подогревателя.
Работа струйного подогревателя за-
висит от скорости истечения воды из
сопла w2.
* Исследование проведено в лаборатории
теплофикации ВТИ Н. М. Зингером.
184
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
При увеличении скорости истечения
воды из сопла улучшается работа
струйного подогревателя как эжектора,
но ухудшается работа его как подогре-
вателя.
Для работы струйного подогрева-
теля большое значение имеет правиль-
ный выбор расстояния между выход-
ным сечением рабочего сопла и вход-
ным сечением цилиндрической камеры
смешения.
При неправильном выборе этого
расстояния резко ухудшается работа
подогревателя.
Исследования, проведенные в лабо-
ратории теплофикации ВТИ, показали,
что для условий работы струйных по-
догревателей в системах теплоснабже-
ния оптимальное расстояние сопла от
камеры смешения равно примерно двум
диаметрам камеры смешения:
= 2d3.
10-3. ПАРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ
УСТАНОВКИ (КОНСТРУКЦИИ
И УСТРОЙСТВО)
Паропреобразователи предназначе-
ны для производства водяного пара из
воды путем нагрева ее первичным па-
ром или водой.
На фиг. 10-13 приведен разрез вер-
тикального поверхностного паропаро-
вого преобразователя конструкции
ЦККБ Главэнергопрома.
Трубная система, представляющая
собой цилиндр с торцевыми решетка-
ми, в которые ввальцованы кипятиль-
ные трубки, составляющие поверхность
нагрева аппарата, размещена в ниж-
ней части корпуса, так называемой во-
дяной камере.
Зеркало воды находится над верх-
ней трубной решеткой, поэтому вся
трубная система затоплена водой. Во-
да, подлежащая испарению, подается
в верхнюю часть водяной камерьи, опу-
скается по кольцевому пространству
между корпусом и трубной системой и
поступает снизу в кипятильные трубки.
Первичный (греющий) пар посту-
пает в центр трубной системы и пе-
редает тепло испаряемой воде через
стенки кипятильных трубок. Вода в ки-
пятильных трубках доводится до со-
стояния кипения. Смесь воды и пара
(эмульсия) поднимается по трубкам, а
снизу в трубки непрерывно поступает
вода. Таким образом, осуществляется
естественная циркуляция воды через
кипятильные трубки. Конденсат грею-
щего пара отводится из межтрубного
пространства через гибкую трубку, со-
единенную одним концом с нижней
трубной решеткой, а другим — с ниж-
ним днищем корпуса. Вторичный пар
подвергается двукратной сепарации:
сначала — в решетке, расположенной
над водяным зеркалом аппарата, а
потом — в спиральном сепараторе.
Напряжение поверхности нагрева
паропреобразователя достигает 40 ~~
50 кг!час м2 при коэффициентах тепло-
передачи порядка 2 000 н- 2 500
ккал /м2 час °C.
При работе паропреобразователей
на сырой воде кипятильные трубки
зарастают накипью, что вызывает необ-
ходимость периодической очистки их
Для этой цели корпус паропреобразова-
теля выполнен разъемным на фланцах
Для получения чистого пара необ-
ходимо предусматривать непрерывную
продувку паропреобразователей для
поддержания солесодержания испаряе-
мой воды на допустимом уровне.
Кроме того, с целью снижения
влажности вторичного пара необходи-
мо обеспечить достаточное зеркало ис-
парения и высоту парового простран-
ства. Напряжение зеркала испаренйя
выбирается обычно в пределах 1 500 -н
2 500 jw3/jw2 час, а напряжение парового
объема 2 500 3 500 м?/м? час.
При работе системы теплоснабже-
ния на «перегретой» воде задача полу-
чения пара у абонентов разрешается
при помощи паропреобразователей с
водяным обогревом. Такие аппараты
применяются поверхностного типа или
непосредственного испарения. Поверх-
ностные паропреобразователи с водя-
ным обогревом выполняются обычно в
виде конструкций с U-образными труб-
ками.
При достаточной скорости греющей
воды в трубках (порядка 1,5-н2 м/сек)
и чистой поверхности нагрева ко-
эффициенты теплопередачи в этих
аппаратах достигают 2 000 н-2 500
ккал 1м2 час °C.
При применении поверхностных
паропреобразователей с водяным обо-
§ Ю-4]
Механические и химические термокомпрессоры
185-
Фиг. 10-13. Вертикальный паропреобразователь.
,Нижняя
продубка
гревом гидравлический режим водяной
сети не связан с режимом работы па-
ровой системы абонента.
Возможно также получение пара не-
посредственно из «перегретой» воды
при дросселировании давления воды
до давления получаемого пара. Паро-
преобразователь такого типа представ-
ляет собой обычно вертикальный бара-
бан, в который через редуктор посту-
пает «перегретая» вода. При падении
давления в редукторе
вода вскипает. Полу-
чающийся пар отводит-
ся из верхней части ба-
рабана через сепаратор
«в паровую систему або-
нента, а воды при по-
мощи насоса откачива-
ется из нижней части
барабана в обратную-
м агистр ал ь тепловой
сети.
Верхняя
продувка
10-4. МЕХАНИЧЕСКИЕ
И ХИМИЧЕСКИЕ
ТЕРМОКОМПРЕССОРЫ
Задачей термоком-
прессионных установок
является повышение
давления пара. Эти
установки применяются
в системах централизо-
ванного теплоснабже-
ния в тех случаях, ког-
да располагаемые па-
раметры пара «из отбо-
ров турбин или пара-
метры отработавшего
пара машин-орудий
промышленных пред-
приятий (кузнечных
молотов, прессов и т. п.)
недостаточны для удо-
влетворения тепловых
потребителей.
За счет использо-
вания внешней энер-
гии! термокомпрессион-
ные установки повыша-
ют располагаемое дав-
ление пара до требуе-
мого уровня.
В зависимости от
принципа действия тер-
мокомпрессионные ус-
тановки делятся на три
группы: а) механические; б) химиче-
ские и в) струйные.
Механические термокомпрессоры
повышают давление пара путем ис-
пользования внешней механической
(электрической) энергии, подводимой
к компрессору.
Для сжатия пара могут быть ис-
пользованы турбокомпрессоры, ротаци-
онные и поршневые компрессоры.
На фиг. 10-14 показана схема ме-
186
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Пар низкого
давления
Фиг. 10-14. Схема механического
термокомпрессора.
ханичеокой термокомпрессионной уста-
новки, на фиг. 10-15 — процесс рабо-
ты механического компрессора в Zs-диа-
грамме, где
р— начальное давление пара;
рс—конечное давление.
Состояние пара перед компрессо-
ром определяется точкой 1.
В идеальном случае, если процесс
сжатия осуществлялся бы без потерь,
состояние пара на выходе из компрес-
сора определилось бы точкой 2х, лежа-
щей на адиабате 1—2'.
В действительности из-за наличия
внутренних потерь процесс сжатия про-
исходит не по адиабате 1—2'\ а по
политропе 1—2. Наличие потерь при-
водит к увеличенному расходу механи-
ческой энергии, которая в процессе
сжатия переходит в тепло. Из-за внут-
ренних потерь пар выходит из компрес-
сора при более высокой температуре,
чем это имело бы место в идеаль-
ном процессе.
Расход энергии на сжатие пара
в механическом компрессоре мо-
жет быть определен по формуле
= ----квтч., (10-20) V
и
где G — расход сжимаемого пара, §
кг\
Н — адиабатный перепад сжа-
тия, ккал!кг\
т)о/ — внутренний относитель-
ный к. п. д. компрессора;
—механический к. п. д.
компрессора;
— к. п. д. двигателя.
Для предварительных расчетов
можно принимать = 0,85-4-0,9.
Для турбокомпрессоров т)ох.=0,6-т-
0,65; для ротационных компрессоров
0,5-f0,6; для поршневых компрес-
соров ^. = 0,65-4-0,75.
Второй тип термокомпрессионных
установок—химические компрессоры —
работает на принципе абсорбции (по-
глощения) водяного пара водными рас-
творами щелочей.
Процесс абсорбции водяного пара
щелочью происходит экзотермически.
При абсорбции температура раствора
поднимается выше температуры абсор-
бируемого пара.
Водный раствор щелочи после аб-
сорбера используется в качестве грею-
щей среды в поверхностном паропреоб-
разователе, где вырабатывается вто-
ричный пар, имеющий более высокое
давление, чем первичный пар, посту-
пающий в абсорбер.
Так как в процессе поглощения во-
дяного пара падает концентрация ще-
лочи в водном растворе, то для замы-
кания цикла приходится выпаривать
раствор перед возвратом его в абсор-
бер. На выпаривание раствора затра-
чивается тепло.
При термохимической компрессии
процесс сжатия пара осуществляется
за счет использования тепловой энер-
гии, подведенной извне.
В зависимости от параметров теп-
ловой энергии, используемой для сжа-
тия пара, термохимическая компрессия
/Рс
2/
____ jf Рн
Н
I J
Энтропия
Фиг. 10-15. Процесс механического
термокомпрессора в /^-диаграмме.
§ 10-44
Механические и химические термокомпрессоры
187
осуществляется по двум раз-
личным схемам: расщепитель-
ной и повысительной.
Если для работы компрес-
сора используется пар тех же
параметров, что и пар, подле-
жащий сжатию, то процесс осу-
ществляется по расщепитель-
ной схеме. В этом случае к
компрессору подводится пар
одного (среднего) давления,
который в компрессоре разде-
ляется (расщепляется) на два
Фиг. 10-16. Схема термохимического компрессора
расщепительного типа.
1 — абсорбер; 2 — насос; 3 — генератор; 4 — испаритель;
5 — насос; 6—дроссельный вентиль.
потока: сжатого пара повы-
шенного давления и отработав-
шего пара низкого давления.
Если для работы компрес-
сора используется пар повы-
шенного по сравнению с сжимаемым
паром давления, то процесс осуще-
ствляется по повысительной схеме.
В этом случае к компрессору подводят-
ся два потока пара: низкого давления,
подлежащий сжатию, и высокого дав-
ления, используемый для совершения
работы сжатия. В компрессоре пар низ-
кого давления сжимается до среднего
давления, а пар высокого давления
срабатывается тоже до среднего дав-
ления.
Из компрессора отводится общий
паровой поток среднего давления.
На фиг. 10-16 приведена расщепи-
тельная схема термохимической ком-
прессии.
Пар среднего давления подается в
абсорбер 1, где он поглощается вод-
ным раствором щелочи.
В результате абсорбции пара кон-
центрация щелочи в растворе падает,
а температура раствора повышается.
Разбавленный (слабый) раствор,
имеющий высокую температуру, по-
дается насосом 2 из абсорбера в гене-
ратор (паропреобразователь) 3. В ге-
нераторе раствор передает через по-
верхность нагрева свое тепло испаряе-
мой воде. В результате испарения воды
в генераторе получается пар повышен-
ного давления.
Охлажденный водный раствор ще-
лочи поступает обратно из генератора
3 в абсорбер 1.
Для восстановления концентрации
часть раствора направляется из гене-
ратора 3 в испаритель 4, где за счет
подвода тепла извне водощелочной ра-
створ выпаривается.
В результате выпаривания возра-
стает концентрация щелочи в растворе.
Крепкий раствор откачивается из испа-
рителя в абсорбер при помощи насо-
са 5.
Для лучшего выпаривания водяно-
го пара из водощелочного раствора в
испарителе 4 поддерживается пони-
женное давление со стороны кипящего
раствора. Для понижения давления ра-
створа, поступающего в испаритель, на
линии абсорбер — испаритель установ-
лен дроссельный вентиль 6.
В повысительных термохимических
компрессорах схема движения раствора
аналогична. Разница заключается лишь
в том, что в повысительном компрессо-
ре на водощелочной стороне испарите-
ля устанавливается более высокое дав-
ление, чем в абсорбере. Поэтому насос
перекачивает раствор из абсорбера в
испаритель.
В расщепительном компрессоре
давление в абсорбере выше, чем в ис-
парителе, поэтому насос перекачивает
раствор в обратном направлении.
По этой же причине в расщепитель-
ной схеме дроссельный вентиль уста-
навливается перед испарителем на сла-
бом растворе, в то время как в повы-
сительной схеме он устанавливается
перед абсорбером на крепком растворе.
Для экономии тепла в повыситель-
ных компрессорах между абсорбером
и испарителем устанавливается тепло-
обменник. В теплообменнике горячий
крепкий раствор, направляющийся из
188
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
камеры смешения; 4 — камера смешения; 5—
диффузор; 6—корпус диффузора.
Фиг. 10-17. Пароструйный компрессор
конструкции ВТИ.
1 — приемная камера; 2 — рабочее сопло; 3— входной
участок ----
испарителя в абсорбер, передает тепло
раствору, движущемуся из абсорбера в
испаритель.
Несмотря на всю заманчивость тер-
мохимической компрессии, особенно
расщепительной, позволяющей повы-
шать давление пара без затраты других
видов энергии, кроме располагаемой
энергии 'Пара среднего давления, эти
установки не получили широкого про-
мышленного применения.
Такое положение объясняется зна-
чительной поверхностью нагрева аппа-
ратов, большим расходом металла на
их сооружение и высокой начальной
стоимостью.
10-5. ПАРОСТРУЙНЫЕ КОМПРЕССОРЫ
И ВОДОСТРУЙНЫЕ НАСОСЫ ,
В практике советской теплофикации
находят широкое применение струйные
насосы и компрессоры. Основными
преимуществами этих аппаратов явля-
ются простота конструкции, надеж-
ность работы и дешевизна. Водоструй-
ные насосы-элеваторы (фиг. 3-3) ис-
пользуются в качестве смесительных
устройств в узлах присоединения ото-
пительных установок жилых и обще-
ственных зданий к водяным тепловым
сетям. Пароструйные компрессоры
(фиг. 10-17) используются для повы-
шения давления пара из отборов теп-
лофикационных турбин и отработавше-
го пара машин-орудий (кузнечных мо-
лотов, прессов и др.).
Заменяя дроссельные процессы про-
цессами расширения, струйные ком-
прессоры позволяют сократить расхо-
ды острого пара за счет пара низкого
давления.
Схема устройства и принцип рабо-
ты пароструйных компрессоров и водо-
струйных насосов имеют много обще-
го, поэтому мы эти аппараты рассмот-
рим совместно. Основное различие в
процессе работы водоструйных насосов
и пароструйных компрессоров вызы-
вается свойствами рабочей среды. В
водоструйных насосах работает вода —
неупругая среда; удельный объем ее
практически не зависит от давления и
очень слабо зависит от температуры.
В пароструйных компрессорах рабо-
тает пар — упругая среда; удельный
объем его резко меняется с изменения-
ми давления и температуры.
На фиг. 10-18 показана принципи-
альная схема струйного аппарата. Ра-
бочий (инжектирующий) поток при
давлении рр со скоростью подво-
дится к рабочему соплу. В сопле ап-
парата скорость рабочего потока уве-
личивается от <wp до w2, а давление
потока падает от рр до р2. Со ско-
ростью тг)2 рабочий поток выходит из
сопла и поступает в камеру смешения.
Рабочий поток, выходящий с большой
Фиг. 10-18. Принципиальная схема
струйного аппарата.
1 — приемная камера; 2—рабочее сопло; 3—камера
смешения; 4—диффузор.
§ Ю-5]
Пароструйные компрессоры и водоструйные насосы
189
скоростью из сопла, подсасывает ин-
жектируемую среду, которая подво-
дится к струйному аппарату при дав-
лении рк. Под действием инжекти-
рующего эффекта рабочего потока ин-
жектируемый поток поступает в камеру
смешения со скоростью w4 при дав-
лении рк^рн. В камере смешения
инжектирующий и инжектируемый
потоки перемешиваются и скорости их
выравниваются. В конце камеры сме-
шения поток имеет среднюю скорость
w3 и давление р3. Далее поток посту-
пает в диффузор. В диффузоре дав-
ление потока возрастает от р3 до рс .
При давлении рс поток выходит из
струйного аппарата.
Струйный аппарат (фиг. 10-17)
состоит из следующих основных эле-
ментов: приемная камера /, рабочее
сопло 2, входной участок камеры сме-
шения 3, камера смешения 4, диффу-
зор 5.
Важное значение для работы
струйного аппарата имеет форма ка-
меры смешения. Теоретические и экс-
периментальные исследования струй-
ных приборов показывают, что наивы-
годнейшей формой каморы смешения
является цилиндр. Однако цилиндриче-
ская форма камеры смешения не яв-
ляется универсальной, так как скорость
парового потока в цилиндрической тру-
бе не может быть больше критической.
При больших степенях сжатия, когда
скорость инжектируемого или смешан-
ного потока в камере смешения долж-
на быть больше критической, камера
смешения цилиндрической формы не
может быть применена.
Перейдем к выводу основных за-
висимостей для расчета водоструйных
насосов и пароструйных компрессо-
ров.
Примем следующие условные обо-
значения:
Gp— расход рабочей среды,
кг/сек;
GH — расход инжектируемой
среды, кг1сек;
Gc = Gp-\- GH — суммарный
расход, кг/сек;
GH
u = q----коэффициент инжекции;
р — давление, кг/м2;
v — удельный объем, м3/кг;
w — скорость, м/сек;
wa — адиабатная скорость,
м/секв9
а —критическая скорость,
м/сек;
k — показатель адиабаты;
g— ускорение свободно па-
дающего тела, м/сек2;
р , vp — параметры рабочего по-
тока перед аппаратом;
р х, v х — параметры рабочего по-
тока в критическом се-
чении сопла;
р2 — давление рабочего по-
тока в выходном сече-
нии сопла;
р ия — параметры инжектируе-
мого потока перед ап-
паратом;
рк — давление инжектируе-
мого потока в начале
камеры смешения;
Рз» уз — параметры смешанного
потока в конце камеры
смешения;
р vc — параметры смешанного
потока после аппарата;
w2, w2a, арх— действительная и адиа-
батная скорости исте-
чения из сопла и кри-
тическая скорость рабо-
чего потока;
w3, w3a, асх — действительная и адиа-
батная скорости в кон-
це камеры смешения и
критическая скорость
смешанного потока;
w4, w4a, анх — действительная и адиа-
батная скорости в на-
чале камеры смешения
и критическая скорость
инжектируемого по-
тока;
— коэффициент скорости
рабочего сопла;
ср2 — коэффициент скорости
камеры смешения;
ср3 — коэффициент скорости
ч диффузора;
ср4 — коэффициент скорости
входного участка ка-
меры смешения;
Д! = (plCp2(p3 — коэффициент
скорости рабочего по-
тока;
190
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
/С2 = <р2<Рз<Р4 — коэффициент скорости
инжектируемого потока. При удо-
влетворительном качестве изго-
товления аппарата и правильной
сборке рекомендуется принимать
следующие значения коэффици-
ентов скорости:
ф! = 0,95; <?2 = 0,975; ^ = 0,9 и <р4 =
= 0,925, что соответствует =
= 0,834 и /<2 = 0,812;
f , f2 — критическое и выходное се-
чения рабочего сопла, м2\
f3 — сечение цилиндрического уча-
стка камеры смешения, м2\
f4—площадь, занимаемая инжектиру-
емым потоком во входном сече-
нии камеры смешения, м2.
Расчет процесса
На фиг. 10-19 показан процесс ра-
боты пароструйного компрессора
в is-диаграмме. Состояние рабочего
пара перед компрессором определяется
точкой А. Состояние инжектируемого
пара перед компрессором определяется
точкой D.
Рабочий пар расширяется в сопле
и на входном участке камеры смеше-
ния от давления рр до давления рк.
Состояние рабочего пара в конце этого
расширения определяется точкой С.
Фиг. 10-19. Процесс струйной компрессии
пара в is-диаграмме.
В результате превращения (Н -\-
-\-Нк) ккал)кг тепловой энергии ра-
бочего пара в кинетическую скорость
его возрастает от wp до w2.
Инжектируемый пар расширяется
на входном участке камеры смешения
от давления рк до давления рк .
Состояние инжектируемого пара
в конце этого расширения опреде-
ляется точкой М.
В результате превращения
ккал]кг тепловой энергии инжекти-
руемого пара в кинетическую скорость
его возрастает от до о>4.
В камере смешения происходит
перемешивание рабочего и инжекти-
руемого потоков.
В процессе перемешивания проис-
ходят выравнивание скоростей и по-
вышение давления перемешиваемых
потоков.
Состояние потока в конце камеры
смешения определяется точкой
В этой точке поток имеет среднюю
скорость w3 и давление р3.
Далее поток поступает в диф-
фузор. В диффузоре давление растет.
Состояние пара после диффузора
определяется точкой Z.
Уравнение импульсов для
цилиндрической камеры смеше-
ния может быть представлено
следующим образом:
<р2 (®2 + UW4) — (1 + U) W3 =
(10.21)
где на основании уравнения
сплошности
(1 -J- и) v3
f3= PZ (10-22>
Из уравнений (10-21) и (10-22)
находим:
Г (Рз—Pjt’sS
— w3 I 1 4" 2
(10-23)
§ Ю-5]
Пароструйные компрессоры и водоструйные насосы
191
Исходя из уравнения адиабаты,
можно скорости потока выразить че-
рез отношения давлений:
^4 = ?4^4а = <№кх Ф (77) ’ (1 °’24)
где для w2 функция Ф имеет вид:
а для других скоростей соответствен-
но заменяются лишь отношения дав-
лений.
Для критических скоростей имеем:
аРх=ЬУРр VP‘< анх = ЬУ PnVx>
аех = Ь^Р7^с<
где * = /2^.
Удельный объем потока в конце
камеры смешения может быть выра-
жен через его параметры за диффу-
зором: _L
v3 = vc(h.\ \ (10-25)
\ Рз /
После преобразования выражения
(10-23) с учетом зависимостей (10-24)
и (10-25) находим: __
Для сухого насыщенного водяного
пара
6=1,13; ^=-^ = 0,115;
К
/2*-4т =3,22.
Для перегретого водяного пара
6=1,3; ^=^ = 0,23;
К
/2®4г=3'33-
Для двухатомных газов
6 = 1,4; = 0,286;
К
V 2^4t = 3'38-
Уравнение (10-26) показывает, что
при заданных параметрах рабочего и
инжектируемого потоков и заданном
давлении сжатия коэффициент инжек-
ции зависит от степени расширения
инжектируемого потока на входном
Рк
участке камеры смешения — и ко-
Рн
эффициента /С3, являющегося функ-
цией распределения работы сжатия
между камерой смешения и диффу-
зором. При проектировании струй-
ных компрессоров следует выбирать
такие значения — и /С3, при которых
(10-26)
(10-27)
192
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-20. Зависимость оптимальной степени
сжатия в камере смешения от полной степени
сжатия компрессора.
рс — давление сжатия; р3—давление в конце камеры
смешения; рп — давление во входном сечении каме-
ры смешения; к — показатель адиабаты; <р3 — коэф-
фициент скорости диффузора.
коэффициент инжекции получается
максимальным.
Наивыгоднейшая степень сжатия
в камере смешения — должна для
Рк
каждого значения рк соответствовать
минимальному значению /С3, так как
согласно уравнению (10-26) коэффи-
циент инжекции компрессора полу-
чается тем ббльшим, чем меньше
значение К3.
Из условия ^^- = 0
получаем урав-
нение для определения оптимального
значения —:
Рк
°C
Рк
Г k k — 1 k + 1 Рк
Cf23~~ 2 2 Рз
?з Рз
k
Л-1
Рз
Рк
(10-28)
пень сжатия в камере смешения и
соответственно снижать ее в диффу-
зоре.
Только при идеальном диффузоре
(<р3 = 1) максимальное значение опти-
мальной степени сжатия в нем соот-
ветствует согласно уравнению (10-28)
критическому отношению давлений
k
^=>=(—) ; (ю-29)
при £=1,13 v=l,76;
при £=1,3 v = 1,82;
при £=1,4 v=l,89.
В реальных условиях при 1
Рс
— <С v.
Рз
На фиг. 10-21 показана зависи-
f Рс\
мость /C3 = f^—J при оптимальных
Рс
значениях---
Рз
Оптимальное значение рк нахо-
дится методом вариантов.
Задаются рядом значений РК^РЯ-
Для каждого из них находят опти-
мальное значение К3 и по уравне-
нию (10-26) определяют коэффициент
инжекции.
Оптимальное значение К3 соответ-
ствует максимальному значению и.
Так как при расчете коэффициента
инжекции по уравнению (10-26) удель-
ный объем сжатого пара vc заранее
неизвестен, задача решается методом
последовательных приближений. За-
даются предварительно коэффициен-
том инжекции и определяют теплосо-
держание сжатого пара по формуле
Так как в уравнении (10-28) отно-
шение (—) входит в неявном виде,
его удобнее решать графически. На
фиг. 10-20 представлена зависимость
(—У от — . Как видно на фиг.
\Рк / опт Рк
10-20, оптимальная степень сжатия в
камере смешения непрерывно увеличи-
вается с ростом полной степени сжатия
—. Чем меньше к. п. д. диффузо-
Рк
2
ра ср3 , тем выгоднее увеличивать сте-
Фиг. 1о-21. Зависимость оптимального значе-
ния коэффициента К3 от полной степени сжа-
тия компрессора.
рс— давление сжатия; рк — давление во входном се-
чении камеры смешения; к — показатель адиабаты;
К3 — коэффициент восстановления давления в диф-
фузоре.
§ Ю-5]
Пароструйные компрессоры и водоструйные насосы
193
Затем по таблицам или диаграммам
определяют удельный объем сжатого
пара vc по значениям теплосодержа-
ния ic и давления рс.
Необходимо учесть, что при при-
меняемых в настоящее время формах
проточной части пароструйных аппа-
ратов максимальная степень расшире-
ния инжектируемого пара во входном
Рн
сечении камеры смешения — не мо-
жет быть больше критического ОТПО-
РА
шения давлений, т. е. —<v.
Рк
На фиг. 10-22 приведена зависи-
мость u—f 1-^- , — 1 для перегрето-
го водяного пара, построенная по из-
ложенной выше методике.
При построении фиг. 10-22 темпе-
ратуры рабочей и инжектируемой
сред перед аппаратом принимались
одинаковыми, т. е. t ~t .
Р к
Если температура рабочей среды
перед аппаратом превышает температу-
ру инжектируемой среды, то коэффи-
циент инжекции компрессора немного
возрастает.
По найденным значениям р3 и и и
заданным параметрам и расходам ра-
бочего, инжектируемого и сжатого па-
ра определяются основные конструк-
тивные размеры пароструйного ком-
прессора.
Размеры характерных сечений паро-
струйного компрессора (фиг. 10-17)
определяются по следующим форму-
лам:
критическое сечение рабочего сопла
р*
(10-30)
отношение выходного сечения ра-
бочего сопла к критическому сечению
Фиг. 10-22. Зависимость расчетного коэффи-
циента инжекции струйного компрессора от
степени сжатия для перегретого водяного па-
ра k == 1,3.
1 / 1 II кривых! 1 I 11 III | IV | V | VI vii\viii IX X XI
Рр_ Рн 75 50 25 20 15 12 10 8 6 4 3,2
Отношение сечения цилиндрическо-
го участка камеры смешения к крити-
ческому сечению рабочего С(?пла
(10-32)
где.
(10-31)
13 Е. Я. Соколов.
При /г=1,13; А-= 0,885; ^- =
г к к
= 1,885; с=1,99; е=0,151.
При k = 1,3; 4 =0,77; = 1,77;
r к, R
с = 2,09; е = 0,226.
194
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-23. Схема свободной струи.
1 — свободная струя; 2 — камера смешения;
3— рабочее сопло.
При 6=1,4; 1 = 0,714; 1±1 =
= 1,714; с = 2,14; е = 0,258.
Длину камеры смешения рекомен-
дуется принимать
1К = (6 -s-10)rf3 (10-33)
(нижний предел принимается при ма-
лых коэффициентах инжекции и <0,5,
верхний — при больших коэффициен-
тах инжекции и 2).
Длину диффузора определяют, ис-
ходя из угла раствора его 8 ч-10° по
формуле
/3 = (6-7)(Jc-J8), (10-34)
где dc — диаметр выходного сечения
диффузора.
Исключительно важное значение
для работы пароструйного компрессора
имеет правильная установка рабочего
сопла по отношению к камере смеше-
ния как в отношении строгого совпа-
дения осей этих элементов аппарата,
так и расстояния выходного сечения
сопла от входного сечения цилиндриче-
ской камеры смешения.
Неправильный выбор расстояния
сопла от камеры смешения приводит к
значительному снижению эффективно-
сти пароструйного аппарата.
Используя основные положения тео-
рии свободной струи [Л. 4], ВТИ раз-
работал методику расчета расстояния
сопла от камеры смешения, которая
дает достаточно удовлетворительное
совпадение с результатами эксперимен-
тального исследования [Л. 42].
Наивыгоднейшее расстояние сопла
от камеры смешения определяется из
условия, что свободная струя при за-
данном коэффициенте инжекции точно
вписывается во входное сечение каме-
ры смешения.
Для того чтобы выбрать расстояние
сопла от камеры смешения, необходи-
мо подсчитать два размера свободной
струи (фиг. 10-23):
а) длину свободной струи 1с .
б) диаметр свободной струи d5 на
расстоянии 1с от выходного сечения
сопла.
Длина свободной струи I опреде-
ляется по следующим формулам:
при коэффициенте инжекции н^0,5
h 4f4a (10-35)
при коэффициенте инжекции н<0,5
/с = (+ /0,083 t 0,76u — 0,29) h,
(10-36)
где а — опытная константа, лежащая
* для упругих сред в пределах
0,07 ч-0,09.
При малых коэффициентах инжек-
ции и < 0,2 рекомендуется принимать
меньшее значение опытной константы,
при больших коэффициентах инжек-
ции — большее значение ее.
Диаметр свободной струи d5 на
расстоянии 1с от выходного сечения
сопла определяется по следующим
формулам:
при коэффициенте инжекции и>0,5
d5= l,55rf2(l+u); (10-37)
при коэффициенте инжекции и<0,5
d5 = 3,4rf2 |/0,083-f-0,76u. (10-38)
На фиг. 10-24 приведены расчетные
зависимости = f (и) и ~^-=f (и), по-
строенные по уравнениям (10-35)ч-
(10-38).
Если диаметр камеры смешения
(фиг. 10-23а), то расстояние
выходного сечения сопла от камеры
смешения должно приниматься 1 = 1С ,
причем в этом случае немного более
близкая установка сопла (/<</с) не
вызывает понижения эффективности
аппарата.
Если диаметр камеры смешения
(фиг. 10-236), то расстояние
выходного сечения сопла от камеры
§ 10-5]
Пароструйные компрессоры и водоструйные насосы
195
смешения должно приниматься равным
/ = где /0 —длина входного
участка камеры смешения, на котором
диаметр меняется от d5 до d3.
В тех случаях, когда пароструйный
компрессор работает постоянно при
расчетном режиме, наилучший резуль-
тат дает рабочее сопло расширяющейся
формы с расчетным выходным сече-
нием.
При проектировании аппарата для
работы в переменных условиях, т. е.
при разных давлениях инжектируемо-
го пара рн, выходное сечение рабо-
чего сопла должно определяться по
наименьшей степени расширения рабо-
чего пара рр1рн, так как недорасши-
рение пара в рабочем сопле приводит
к незначительному снижению эффек-
тивности аппарата, тогда как перерас-
ширение пара приводит к большим
потерям.
Теоретические и экспериментальные
исследования пароструйных компрес-
соров показывают, что конический
входной участок камеры смешения
дает достаточно удовлетворительные
результаты, и этот профиль входного
участка рекомендуется принимать при
конструировании струйных компрес-
соров.
Если во все приведенные выше урав-
нения для газоструйных аппаратов
ввести дополнительное условие — не-
сжимаемость среды (у = const), то по-
лучатся уравнения для расчета водо-
струйных насосов. 1_
Из уравнения адиабаты p% = const
следует, что условию v = const соот-
ветствует значение показателя адиа-
баты k = oo.
Если в уравнении (10-26) принять
^ = оо, то получится следующее урав-
нение для коэффициента инжекции
водоструйных насосов (элеваторов):
u VUPp-Ь *РК) - Дз К^Рс+^РК)
*3 + ’
(10-39)
где
• »2(1 — 8)1
^Рр=Рр-Рн’ йРк = Рн-Рк’
^Рс = Рс-Р^ = (Ю-40)
г'с „К
Фиг. 10-24. График для рас^та основных
размеров свободной струи.
Коэффициент р равен отношению
перепадов давлений в диффузоре к
суммарному перепаду давлений в каме-
ре смешения и диффузоре.
Наивыгоднейшее распределение пе-
репада давлений между диффузором
и камерой смешения соответствуете
минимальному значению коэффициента
Дз, так как согласно уравнению (10-39)
коэффициент инжекции растет при
уменьшении /С3.
Оптимальное значение Р может
быть найдено из условия минимума Д3.
Принимая = 0, получим выра-
жение для оптимального значения р:
ф2
1> = г5- (1°-41)
— ’Рз
Для идеального диффузора (ср3=1)
имеем: р=1, т. е. в этом случае целесо-
образно восстанавливать в диффузоре
весь перепад давлений ^рс-^^рк —
—рс—Рк- Так как в действительности
коэффициент ср3 всегда меньше едини-
цы, то и р<1, а следовательно, опти-
мальный перепад давлений, приходя-
щийся на диффузор, всегда ниже
полного перепада давлений и тем
меньше, чем менее экономичен диф-
фузор.
При рекомендуемом для расчета
значении коэффициента скорости диф-
фузора ср3=0,9 получаем оптимальное
значение р=0,67 и соответственно Д3=
= 0,98.
з*
196
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-25. Значения и в зависимости
^Рр ±Рр Ьрс
от коэффициента инжекции.
Оптимальное значение перепада
давлений Ьрк может быть найдено из
условия получения максимальной ве-
личины Ьрс при заданных коэффици-
енте инжекции водоструйного насоса
и и значении рабочего перепада дав-
лений Др^. При этом получаем сле-
дующее расчетное уравнение для оп-
ределения оптимального значения Др* :
Ьрк . Ьрр+^Рк
Ьрр+^Рк *РК
«1(1 +и)2
*1*2
(10-42)
На фиг. 10-25 приведены оптималь-
ные значения
при
указан-
= f(u)
ных выше значениях коэффициентов
скорости, а также соответствующие
&Рк ^Рс
значения 7— и -— при оптимальных-
ЬРс ьРр
геометрических размерах водоструй-
ного насоса.
Для определения основных геомет-
рических размеров водоструйных на-
сосов получаются следую-
щие уравнения:
f
'2 fl
(10-43)
Гз _ (1 +_“) . / аР?
fz О V ьРс+ЛРк'
(10-44)
Длину цилиндрической
камеры смешения следует
принимать согласно опытам
ВТИ
Zv = (4-8)rf3. (Ю-45)
Нижний предел относит-
ся к малым коэффициентам
инжекции (и < 1), верхний к
большим (и>3).
Длина диффузора может
определяться по формуле
10-34.
Расчетную длину свобод-
ной струи 1с и диаметр ее
на расстоянии 1с от выходного сече-
ния сопла можно определять по фор-
мулам (10-35) и (10-37).
На основе экспериментальных дан-
ных ВТИ рекомендуется принимать для
воды опытную константу а=0,15н-0,18.
Характеристика струйных аппаратов
Приведенные выше уравнения (10-26
и 10-39) дают возможность установить
зависимость между степенью сжатия
( — или перепадом давлении Дрс
\ Рн ] с
и коэффициентом инжекции струйного
аппарата и при расчетных условиях,
т. е. при режимах, для которых дан-
ные геометрические размеры струй-
ного аппарата являются оптимальными.
Для практического использования
представляет интерес работа аппара-
тов не только при расчетных усло-
виях, но и при условиях, отличных
от расчетных, т. е. при переменном
режиме.
При переменном режиме в струй-
ных аппаратах возникают дополни-
тельные потери, из-за которых дей-
Рс
ствительные зависимости —=/(и)или
§ 10-5]
Пароструйные компрессоры и водоструйные насосы
197
&РС С, X
_—-=f(u) существенно отличаются
от расчетных зависимостей, представ-
ленных на фиг. 10-22 и 10-25. Для ил-
люстрации на фиг. 10-26 пункти-
ром обозначена расчетная зависимость
— = f(u) при — = 6 для перегретого
Рн Рн
водяного пара (£=1,3).
На этой же фигуре сплошными ли-
ниями нанесены экспериментальные
Рс
зависимости — — так называе-
мые характеристики пароструйных
вид
ком-
компрессоров трех различных геомет-
рических размеров: f3jf = 7,6; 14,2
и 21,6.
Фиг. 10-26 показывает, что
действительной характеристики
прессора данных размеров отличается
от вида кривой, описывающей расчет-
ов
ную зависимость =
В тех точках, где геометрические
размеры исследованных компрессоров
соответствуют расчетным условиям, до-
полнительные потери в компрессоре не
имеют места и экспериментальная ха-
рактеристика подходит близко к рас-
четной зависимости.
По. сближению экспериментальных
характеристик с расчетной зависимо-
стью (пунктирная кривая) могут быть
определены расчетные параметры, соот-
ветствующие пароструйному компрес-
сору данных геометрических размеров.
В области повышенных степеней
Рс
сжатия — характеристика компрес-
соров проходит ниже расчетной зави-
симости — = f(u); при снижении сте-
пени сжатия характеристика ком-
прессора приближается к расчетной
зависимости; при дальнейшем сниже-
Рс
нии — опытная характеристика от-
Рн
клоняется вниз и затем переходит
в вертикальную прямую. На послед-
нем участке аппарат работает на пре-
дельном режиме; при нем понижение
степени сжатия не приводит к росту
Фиг. 10-26. Характеристика — = f (и) паро-
ля
струйных компрессоров при рр!рн = 6.
---------- расчетная зависимость;
----------опытная зависимость
Условные обозначения А □ X
hlfpx 7.6 14,2 21,6
коэффициента инжекции аппарата
[Л. 95].
Возникновение предельного режима
объясняется тем, что скорость дви-
жущегося потока в камере смешения
достигает критической, вследствие
чего дальнейшее увеличение расхода
(коэффициента инжекции) делается
невозможным.
Сравнение опытных характеристик
пароструйных компрессоров с расчет-
ными зависимостями — = f(u), прове-
дя
денное ВТИ на широком диапазоне
рабочих параметров для аппаратов
разных геометрических размеров, по-
казывает, что расчетная зависимость
^ = /(и), построенная по уравнению
(10-26), является огибающей для всех
действительных характеристик паро-
струйных компрессоров.
Характеристика пароструйного ком-
прессора зависит не от абсолютных
геометрических размеров аппарата
fpx, f2, /з* а от отношений f3lfpx и
f2/fpx- Отношения сечений f3lfpX и
fzlfpx являются геометрическими па-
раметрами подобия пароструйных
аппаратов. Аппараты, имеющие раз-
личные абсолютные размеры, но оди-
наковое отношение сечений, имеют
одинаковые характеристики.
Основное значение для характери-
стики пароструйных компрессоров
198
Теплоподготовительные установки
[гл. 10
Фиг. 10-27. Принципиальная схема
пароструйной компрессорной установки.
I и II — пароструйн ые компрессоры; 1 — авторегуля-
торы; 2 и 3 — запорные клапаны; 4—обратный клапан;
5 — предохранительный клапан; 6 — дроссельный кла-
пан; 7 и 8 — паромеры; 9— коллектор.
имеет отношение fzlfpx- Компрессоры
с малым отношением f3lfpx являются
высоконапорными аппаратами. Эти
аппараты создают высокую степень
сжатия, но не могут развивать боль-
ших коэффициентов инжекции. При
увеличении f3lfpx снижается степень
сжатия, создаваемая аппаратом, но
растет коэффициент инжекции.
Характеристика пароструйного ком-
прессора состоит из двух частей
(фиг. 10-26):
а) пологого участка, на котором
коэффициент инжекции монотонно
изменяется в зависимости от степени
сжатия, и
б) крутого участка, на котором при
уменьшении степени сжатия коэффи-
циент инжекции остается постоянным.
В пределах пологого участка ха-
рактеристики увеличение степени сжа-
тия рс1 рн приводит к падению коэф-
фициента инжекции и.
При некотором значении степени
сжатия коэффициент инжекции стано-
вится равным нулю, и дальнейшее по-
вышение степени сжатия приводит уже
к отрицательным коэффициентам ин-
жекции, т. е. часть рабочего потока по-
ступает в линию инжектируемого пара.
При уменьшении степени сжатия
происходит обратная картина. Коэф-
фициент инжекции компрессора ра-
стет, но лишь до тех пор, пока при
некотором значении степени сжатия
не будет достигнут предельный коэф-
фициент' инжекции и = ипр.
При и = ипр компрессор данных
размеров развивает максимальную для
данных начальных параметров рабочего
и инжектируемого пара производитель-
ность.
На основе теоретического уравнения
ВТИ, которое здесь не приводится,
может быть построена характеристика
пароструйных компрессоров [Л. 94,
95, 101].
На фиг. 10-27 приведена принци-
пиальная схема пароструйной установ-
ки. Установка состоит из двух парал-
лельно включенных аппаратов оди-
наковых геометрических размеров
Расчетная производительность каждого
компрессора равна половине макси-
мальной производительности установ-
ки. Каждый компрессор отключается от
сети при помощи трех задвижек 7, 2 и
3. В качестве резерва предусмотрена
подача пара в сеть через дроссель 6.
Учет расхода пара производится с.по-
мощью паромеров 7 и 8.
Автоматическое регулирование уста-
новки осуществляется по следующей
схеме. При уменьшении расхода пара
в сети и повышении, вследствие этого,
давления на станционном коллекторе
9 увеличивается давление на мембра-
ну клапана 1 термокомпресссра /, и
клапан прикрывается. Клапан 1 термо-
компрессора // полностью открыт до
тех пор, пока не произойдет полного
закрытия клапана 1 термокомпрессо-
ра 7.
Для предупреждения поступления
пара из компрессора в линию инжекти-
руемого пара, в случае внезапного вы-
ключения потребителей и несработки
регулирования, перед каждым аппара-
том установлен обратный клапан а
на станционном коллекторе 9 — предо-
хранительный клапан 5.
Если -в уравнении импульсов 10-21
выразить скорости через расходы и се-
§ Ю-5]
Пароструйные компрессоры и водоструйные насосы
139
чения и принять удельные объемы
vp — vn = vc^ то после соответствую-
щих преобразований и упрощений мо-
жет быть получено уравнение характе-
ристики водоструйного насоса [Л. 96]:
XLu2_(2_?2)k(l+u)2j. (Ю-46)
Так же как для пароструйных ком-
прессоров, зависимость
построенная по уравнению (10-39),
является огибающей всех действи-
тельных характеристик водоструйных
насосов.
Для иллюстрации на фиг. 10-28 пунк-
тиром нанесена зависимость и
по уравнению (*10-39); там же сплош-
ными линиями нанесены действитель-
ные характеристики струйных насосов
конструкции В1И — Теплосеть Мос-
энерго (фиг. 3-3) с различными отно-
шениями f3 f2.
Как видно из фиг. 10-28, только в
тех точках, где геометрические разме-
ры аппарата оказываются оптимальны-
ми для соответствующих условий, до-
полнительные потери в элеваторе не
имек)т места и характеристика работы
его при переменном режиме близко
подходит к расчетной зависимости. По-
следняя является огибающей для ха-
рактеристик насосов, имеющих различ-
ные геометрические размеры, и по
сближению с ней опытных характери-
стик могут быть определены расчетные
параметры, отвечающие водоструйному
насосу данных размеров.
Как видно из уравнения (10-46), ха-
рактеристика водоструйного насоса за-
висит от отношения /3//2» а не от абсо-
лютного размера площадей сечений
камеры смешения и сопла.
Водоструйные насосы, имеющие
различные абсолютные размеры, но
одинаковое отношение площадей (/зДг),
подобны, т. е. имеют одинаковые ха-
рактеристики.
Максимальный перепад давлений,
создаваемый струйным насосом, имеет
место при и = 0:
) к]'
(10-47)
Как видно из уравнения, макси-
200
Экономика транспорта тепла
[гл. 11
мальный перепад давлений, создавае-
мых струйным насосом, зависит от
отношения площадей f2/f3. С увеличе-
нием отношения f2lf3 растет (&Рс)макс-
Знание характеристики струйных
аппаратов является необходимым усло-
вием грамотного проектирования и
эксплуатации их.
Характеристика позволяет заранее
установить возможный диапазон ис-
пользования струйного аппарата задан-
ных размеров и режим работы его при
изменении параметров рабочей, инжек-
тируемой или сжатой среды.
Характеристика струйного аппарата
может быть использована как эталон
при оценке результатов испытаний ра-
ботающих аппаратов. Несовпадение
действительной характеристики струй-
ного аппарата с расчетной свидетель-
ствует о дефектности аппарата. По
характеру отклонения действительной
характеристики от расчетной можно
расшифровать существо дефекта.
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ЭКОНОМИКА ТРАНСПОРТА ТЕПЛА
11-1. МЕТОДИКА
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ
В тех случаях, когда один и тот же
конечный эффект может быть получен
при различных технических решениях,
оптимальный вариант находится техни-
ко-экономическим расчетом.
Вопросы теплоснабжения, решае-
мые технико-экономическим расчетом,
весьма разнообразны и многогранны.
В настоящем курсе нет необходимости
в рассмотрении всех вопросов. Остано-
вимся лишь на важнейших.
Задачей технико-экономических
расчетов является изыскание оптималь-
ных решений, причем оптимальные ре-
шения могут соответствовать различ-
ным условиям в зависимости от фор-
мулировки задачи расчета.
В одном -случае оптимальное реше-
ние должно соответствовать минимуму
эксплуатационных расходов, в дру-
гом — минимуму капиталовложений, в
третьем — заданному сроку окупаемо-
сти и т. д.
Большинство задач технико-эконо-
мического расчета тепловых сетей ре-
шается по минимуму эксплуатацион-
ных расходов.
При изыскании оптимального ва-
рианта следует учитывать все звенья
теплоснабжения: станцию, сеть и або-
нентские установки. Снижение началь-
ных капиталовложений или эксплуата-
ционных расходов по одному звену
системы часто приводит к росту этих
расходов по другому звену. Поэтому
ограничение технико-экономического
расчета одним каким-либо звеном си-
стемы и абстрагирование от смежных
звеньев может привести к неправиль-
ным решениям.
Всякий технико-экономический рас-
чет начинается с установления статей
расходов, зависящих от искомого па-
раметра. В большинстве задач технико-
экономического расчета тепловых сетей
учитываются следующие статьи зави-
симых расходов:
—стоимость перерасхода топлива,
получаемого в рассматриваемых
вариантах по сравнению с вари-
антом, при котором расход топ-
лива минимален;
s2—отчисления от начальной стои-
мости тепловой сети (амортиза-
ция, ремонт, обслуживание);
s3—отчисления от начальной стои-
мости абонентских установок;
$4—стоимость перекачки теплоноси-
теля;
s5 — стоимость тепловых потерь.
Если все зависимые расходы, учи-
тываемые технико-экономическим рас-
четом, связаны аналитически с иско-
мым параметром, то задача может
быть решена чисто аналитически по
правилу нахождения минимума функ-
ций.
Если невозможно установить ана-
литическую зависимость всех учиты-
ваемых расходов от искомого парамет-
ра, то задача решается методом ва-
риантов. В этом случае значительная
наглядность достигается при графиче-
ской интерпретации результатов рас-
чета.
§ И-2]
Экономия топлива
201
Строится график за-
висимости 'переменных
расходов от искомого
параметра. Точка пере-
гиба кривой опреде-
ляет искомое решение.
При пологом протека-
нии кривой суммарных
расходов выбор опти-
iM ал ь н ого вариа нта
производится с учетом
дополнительных факто-
ров: условий обслужи-
вания, расхода металла
и т. д. Ниже приводит-
ся методика расчета
отдельных статей экс-
плуатационных расхо-
дов.
11-2. ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА
При отопительно-вентиляционной и
бытовой нагрузках, когда потребители
снабжаются теплом в виде воды,
давление отбора обычно меняется в
течение года в зависимости от клима-
тологических условий и трафика тем-
ператур. Для определения годовой
экономии топлива необходимо устано-
вить годовой расход пара по каждому
давлению отбора.
, Задача обычно решается при помо-
щи графика продолжительности тепло-
вой нагрузки. На основании графика
температур площадь графика продол-
жительности тепловой нагрузки разби-
вается на отдельные площадки, покры-
ваемые различными параметрами пара
(фиг. 11-1). Размер каждой площадки
определяет годовой расход пара дан-
ного давления.
При установлении требуемых пара-
метров’ пара рекомендуется для пред-
варительных расчетов принимать пере-
пад температур между греющим паром
(температурой насыщения) и нагретой
водой:
при поверхностном подогреве М = 6 10° С;
при смешивающем подогреве М = 0° С.
При изыскании оптимальных пара-
метров теплофикационной системы, на-
пример при определении экономическо-
го давления отбора или экономических
температур воды в тепловой сети, ког-
да производится сравнение различных
вариантов теплофикационной системы,
экономия топлива за счет централиза-
ции теплоснабжения остается постоян-
ной во всех сравниваемых вариантах.
Поэтому можно эту величину исклю-
чать из рассмотрения, а учитывать лишь
экономию топлива за счет комби-
нированной выработки тепла и элек-
тр1ической энергии. При изыскании
оптимального варианта по минимуму
годовых эксплу атационных р а сходов
удобнее вводить в расчет не абсолют-
ную экономию топлива, а разность раз-
меров экономии топлива, получаемых
в сравниваемых вариантах. Отрица-
тельная разность рассматривается как
перерасход топлива в одном варианте
по сравнению с другим. Стоимость пе-
рерасхода топлива определяется как
произведение величины перерасхода на
цену топлива:
Si=zmon(^Bi — ^B2) руб/год, (11-1)
где zmon—цена условного топлива,
руб/пт,
и ДВ2—размеры годовой эконо-
мии топлива в рассмат-
риваемых вариантах по
сравнению с индивидуаль-
ным теплоснабжением,
т!год.
202
Экономика транспорта тепла
[гл. 11
Величина перерасхода, отнесенная
к 1 мгккал отпущенного тепла,
= I1 = (Д/?! — ДВ2) руб)мгккал,
(П-2)
где Q — годовой отпуск тепла со
станции, мгккал/год.
11-3. СТОИМОСТЬ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
Технико-экономические расчеты
обычно предшествуют стадии рабочего
проектирования. Поэтому при проведе-
нии технико-экономических расчетов
начальные затраты на сооружение теп-
ловой сети не могут быть точно опре-
делены, так иак рабочие сметы отсут-
ствуют.
Для решения этой задачи в стадии
проведения технико-экономических рас-
четов удобно пользоваться аналитиче-
скими зависимостями начальной стои-
мости сети от ее геометрических пара-
метров. Такие зависимости могут быть
построены на основании анализа рабо-
чих смет по выполненным сооруже-
ниям.
Исследование смет на сооружение
тепловых сетей показывает, что началь-
ную удельную стоимость тепловой сети
можно с достаточной для практических
расчетов точностью выразить в виде
линейной функции диаметра:
k = a-^bdy (11-3)
где k — полная удельная стоимость
однотрубного теплопровода
(монтажные, строительные и
изоляционные работы с мате-
риалом), руб)м\
d— диаметр трубопровода, м\
а и b— постоянные коэффициенты, за-
висящие от конструкции сети,
способа производства работ
и местных условий.
Стоимость тепловой сети, состоя-
щей из с участков с различными диа-
метрами трубопроводов d м различной
длины I м, определяется по формуле
с с
К = а£/ + b^dl руб., (11-4)
1 1
с
где уч — суммарная длина всех тру-
" бопроводов сети, м.
Для предварительных расчетов
можно принимать следующие значе-
ния постоянных коэффициентов:
1) бесканальные неразгруженные
прокладки
а = 20 py6jM\ Ь=1000 руб)м2\
2) надземные прокладки на метал-
лических или железобетонных мачтах
а = 20 руб/м; b= 1 100 руб/м2\
3) подземные прокладки в непро-
ходных кир личных или железобетон-
ных каналах, а также бесканальные
разгруженные прокладки:
а) без вскрытия и восстановления
усовершенствованных мостовых
а = 20 руб1м\ 6=1200 руб/м2\
б) со вскрытием и восстановле-
нием усовершенствованных мосговых
а = 20 руб1м\ 6=1 500 руб)м2.
Указанные коэффициенты относятся
к прокладкам в сухих грунтах. При
прокладках в мокрых грунтах стои-
мость сооружения возрастет на
15—=- 2О°/о.
с
Величина ^dl представляет собой
1
^сумму произведений диаметров трубо-
проводов в метрах на их длину (по-
дающих и обратных) в метрах.
Эта величина называется мате-
риальной характеристикой тепловой
сети и обозначается буквой М:
M=^\dl м2.
1
Таким образом,
с
= + руб. (11-5)
1
/
с
Величина SZ определяется по схе-
1
ме тепловой сети. Для определения ма-
териальной характеристики необходи-
мо предварительно провести гидравли-
ческий расчет и определить , диаметр
всех участков тепловой сети.
При определении оптимальных па-
раметров — экономической потери на-
пора, экономического перепада темпе-
§ 11-3]
Стоимость тепловой сети
203
ратур, экономического давления пара
и т. п. — нет необходимости в проведе-
нии гидравлического расчета сети для
каждого из сравниваемых вариантов.
Если исчислена материальная харак-
теристика тепловой сети для одного из
сравниваемых вариантов, то величина
материальной характеристики сети при
всех других вариантах может быть
определена простым перерасчетом. На
основании зависимостей, приведенных
в гидравлическом расчете, выводятся
следующие уравнения для перерасчета
материальной характеристики паровых
и водяных сетей:
для паровых сетей
/ An v \0’19
(S) О''6»
где —материальная характери-
стика тепловой сети при
падении давления в сети
Apj и среднем удельном
весе пара у/,
Мп — материальная характери-
стика тепловой сети при
падении давления в сети
Дрп и среднем удельном
весе пара
для водяных сетей
t ,G °Д8 / п ч 0,19
(ft) • (1,-7)
или
/А< Л38/Р \°>19
(ft) • <"-8)
где Мп — материальная характеристи-
ка тепловой сети при ра-
счетном расходе воды Gn ,
расчетном перепаде темпе-
ратур Дтл и линейном удель-
ном падении давления в
главной магистрали Rn;
Mf — материальная характери-
стика тепловой сети при
расчетном расходе воды
расчетном перепаде темпе-
ратур в сети Дт, и линей-
ном удельном падении дав-
ления в главной магистра-
ли
Во многих случаях материальную
характеристику тепловой сети можно
определить предварительно на основе
заданного закона распределения на-
грузки, не прибегая к детальному гид-
равлическому расчету тепловой сети по
отдельным участкам.
Ниже выведены уравнения для оп-
ределения материальной характеристи-
ки двухтрубной водяной тепловой сети
для нескольких типовых случаев рас-
пределения нагрузки вдоль тепловой
сети.
Транзитная магистраль (фиг. 11-2)
Расход воды вдоль магистрали по-
стоянный и равен GH т!час. Длина ма-
гистрали в одном направлении Ь'м.
Фиг. 11-2. Транзитная магистраль.
На основании формулы (4-14)
M = EG°'™L м2, (11-9)
с- А
— удельное линейное падение дав-
ления, кг)м2м.
Значения величины А при различной
шероховатости трубопроводов
kM 0,0002 0,0005 0,001
Л-103 89,2 93,5 96,5
Магистраль с равномерно
распределенной нагрузкой по длине
(фиг. 11-3)
Расход воды в начале магистрали
равен GH. Расход воды в конце маги-
страли равен нулю.
Рассмотрим участок бесконечно
малой длины dl на расстоянии Z от
конца магистрали.
Расход воды на этом участке
На основании уравнения. (11-9) ма-
териальная характеристика рассмат-
риваемого участка длиной dl
г0,38
dM = EG^dl = Е-^- l'38dl. (1L-10)
204
Экономика транспорта тепла
[гл. 11
Фиг. 11-3. Магистраль с равномерно
распределенной нагрузкой.
Материальная характеристика всей
двухтрубной магистрали
L ' ^0,38 L
M—^dM=E £бГзГр l°'36 *dl =
о , о
= 0,725EG°H'38L. (11-11)
Из сравнения уравнений (11-11) и
(11-9) видно, что при прочих равных
условиях отношение материальной ха-
рактеристики магистрали с равномерно
распределенным расходом воды к ма-
териальной характеристике транзитной
магистрали — величина постоянная,
равная 0,725. Эта величина не зависит
от абсолютного значения расходов
'воды и длины сети.
Магистраль с комбинированным
распределением нагрузки (фиг. 11-4)
Расход воды в магистрали умень-
шается равномерно по длине от GH
в начале до GK в конце.
--------Z--------Ч ’
Фиг. 11-4. Магистраль с комбинированным рас-
пределением нагрузки.
Введем понятие 'фиктивная длина
магистрали Z^, под которой понимает-
ся длина магистрали, на которой при
заданном законе распределения на-
грузки расход воды изменяется от GK
до нуля.
Очевидно,
£ — _(11-12)
ф 1 — р 4 7
n GK
где 0 = 7- .
GH
Материальная* характеристика ма-
гистрали с комбинированной нагрузкой
может быть найдена как разность
материальных характеристик двух ма-
гистралей с равномерной нагрузкой,
из которых одна имеет нагрузку в
начале GH и длину Z^, а другая — на-
грузку в начале дк и длину (Z^ —Z).
На основании уравнения (11-11) на-
ходим:
M = 0,725E(/”’38Lli, (11-13)
1 — R1.38
где |х = -г-Хг.
Из сравнения уравнений (11-13) и
(11-11) следует, что при прочих рав-
ных условиях отношение материальной
характеристики магистрали с комбини-
рованной нагрузкой к материальной
характеристике магистрали с равно-
мерной нагрузкой зависит только от
отношения расходов теплоносителя в
конце и начале магистрали
Значение р.=/(|3) приведено в^ниже-
следующей таблице
0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0
и 1 1,065 1,11 1,15 1,19 1,23 1,26 1,29 1,32 1,38
На основе уравнения (11-13) может
быть определена также материальная
характеристика всех ответвлений маги-
страли:
M = 0,725nEG”’38Zli, (11-14)
где п — число ответвлений;
GK — средний расчетный расход
воды в начале ответвления;
GK — средний расчетный расход во-
ды у абонента;
Z — средняя длина ответвления
в одном направлении.
Годовые эксплуатационные расходы
по сети — амортизация, ремонт, обслу-
живание — исчисляются в долях на-
чальной стоимости сети.
Обозначая долю годовых отчисле-
ний от начальной стоимости сети бук-
вой f, получим следующее выражение
для годовых эксплуатационных расхо-
дов по тепловой сети:
S2 = fK = f[aZl + bM] руб/год. (11-15)
§ 11-4]
Стоимость абонентских систем
205
Доля годовых отчислений обычно
принимается /=0,08 из расчета
амортизация.............3,5%
ремонт..................2,0%
обслуживание............2,5%
Всего..........1 8% начальной
стоимости сети
Удельные расходы по тепловой
Сети, отнесенные к 1 мгккал отпу-
щенного тепла:
s2 = ~ [nSZ Ц- ЬМ] руб)мгккал,
(11-16)
где Q—годовой отпуск тепла, мгккал.
11-4. СТОИМОСТЬ АБОНЕНТСКИХ СИСТЕМ
При некоторых технико-экономиче-
ских расчетах, например при изыска-
ние оптимальных параметров теплоно-
сителя, необходимо учесть влияние ис-
следуемого параметра на начальную
стоимость и эксплуатационные расхо-
ды по абонентской системе.
Изменение параметров теплоноси-
теля в тепловой сети сказывается на
величине поверхности нагрева отопи-
тельно-вентиляционных систем и дру-
гих приемников тепла абонентов. Влия-
ние параметров теплоносителя на се-
чения трубопроводов местных абонент-
ских установок обычно настолько неве-
лико, что им можно пренебречь.
На основании уравнений теплопе-
редачи поверхность нагрева отопитель-
ных приборов (радиаторов абонент-
ской системы)
Если известна поверхность нагре-
ва отопительных приборов F'q при рас-
четной температуре прибора т* , то
поверхность нагрева отопительных
приборов Fq при другой расчетной
температуре т с учетом уравнения
(6-7) может быть определена по фор-
муле
// \Ь25
^0 = ^0 м2- (11-18)
\ ^пр в /
Поверхность нагрева калориферов
абонентской системы
F' =----Д------
к k(Snp-ta)
л«2, (11-19)
где QK — расчетная тепловая нагрузка
калориферов, ккал\час\
т —средняя температура тепло-
носителя в калорифере, °C;
tg—средняя температура воз-
духа в калорифере, с С.
Коэффициент теплопередачи кало-
риферов можно принимать
k = 30 -4-40 ккал1м2час°С.
Если известна поверхность нагрева
калориферов F'K при расчетной тем-
пературе прибора , то поверхность
нагрева калориферов FK при другой
расчетной температуре тпр может быть
найдена путем пересчета по формуле
FK = F'l Х"р‘в]м2. (11-20)
К \ Хпр *в /
где Qq — расчетная тепловая нагрузка
отопительных приборов,
ккал>час\
т — расчетная температура при-
бора, равная среднеарифме-
тической расчетной темпе-
ратуре теплоносителя на
входе и выходе из прибора:
* __ Т1 + т2 .
Хпр 2 ’
te — температура окружающего воз-
духа;
k — коэффициент теплопередачи при-
боров, ккал[м2 час °C.
Поверхность нагрева водоводяных
подогревателей определяется по фор-
муле
(4-21)
где Q' — расчетная тепловая нагрузка
подогревателя, ккал1час\
k — коэффициент теплопередачи,
который для средних усло-
вий может приниматься рав-
ным 1 000 к кал)м2 час °C/,
№— средняя разность темпера-
тур между греющей и нагре-
ваемой средами, °C.
206
Экономика транспорта тепла
[гл. 11
Пересчет поверхности нагрева по-
догревателя производится по фор-
муле
= (И-22)
где Fn — поверхность подогревателя
при средней разности темпе-
ратур Д/;
F’n — то же при средней разности
температур А/'.
Начальная стоимость отопительно-
вентиляционных приборов и абонент-
ских водоводяных подогревателей
может быть определена по формуле
К — aF руб, (11-23)
где а — стоимость приборов, руб)м2.
Для предварительных расчетов
можно принимать:
отопительные приборы, .а = 40 4-50 руб/м2
калориферы...........а = 70 4- 1 00 „
водоводяные подогрева-
тели ..............а = 800 4- 1 000 „
Годовые расходы по абонентским
системам исчисляются в долях на-
чальной стоимости.
Обозначая долю годовых отчисле-
ний через f, получим следующее вы-
ражение для годовых эксплуатацион-
ных расходов по системе:
S3 = fK = faF руб)год. (11-24)
Доля годовых отчислений может
быть принята / = 0,08.
Удельные расходы, отнесенные
к 1 мгккал отпущенного тепла,
s3 = ^= руб1мгккал, (11-25)
где Q — годовой отпуск тепла, мгккал.
11-5. СТОИМОСТЬ ПЕРЕКАЧКИ
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Значительной статьей эксплуата-
ционных расходов в водяных тепло-
вых сетях является перекачка тепло-
носителя. Основной частью этой
статьи является стоимость электро-
энергии, расходуемой на привод цир-
куляционных насосов. Расход энер-
гии на привод циркуляционных насо-
сов можно определить по формуле
квтч/год, (11-26)
где G — расход воды в сети (подача
насоса), т1час\
Н — напор, развиваемый насоса-
ми, м\
п—число часов работы насосов
за год;
ц— к. п. д. насосной установки
(произведение к. п. д. насоса
на к. п. д. электродвига-
теля , величину которого
для средних условий можно
оценить в 0,5-н0,6.
Если система работает при пере-
менном гидравлическом режиме, на-
пример в условиях разнородной тепло-
вой нагрузки или при количественном
регулировании, годовой расход элект-
роэнергии на перекачку определится
по формуле
w= ^77 «1++ ••• +
-J-) квтч]год' (11-27)
где п2,..., пп — число часов ра-
боты системы при
расходах воды Gx,
G2,.. ., Gn и со-
ответствующих на-
порах Н{, Н2,..
Нп.
Напор, развиваемый насосами,
можно считать состоящим из трех
слагаемых: потери напора на станции
Нст, потери напора в сети Нс, потери
напора на абонентском вводе Наб :
" = + + (Н-28)
При изыскании оптимальных пара-
метров тепловой сети (экономической
потери напора в сети, экономической
температуры теплоносителя) перемен-
ной величиной является только потеря
напора в сети. Потерю напора в стан-
ционной установке и на абонентских
вводах как постоянные можно в этих
расчетах не учитывать.
Потеря напора в сети
(11-29)
с К
где /?л — удельное линейное падение
давления в главной магистра-
ли, кг1м2м\
§ 11-6]
Стоимость тепловых потерь
207
у — удельный вес теплоносителя,
А72/>И3;
L — длина главной магистрали
(считая сумму длин подаю-
щей и обратной линий), м\
а—коэффициент местных по-
терь.
Расход энергии на перекачку теп-
лоносителя по тепловой сети
№ = “367^---~GHcti квтч[год. (11-30)
При средней температуре воды в
сети 75° С (у = 975 кг)м3)
/7с = 0,00103/?Л£(1 .+ а) м.
Если известен расход электро-
энергии на перекачку теплоносителя
при удельной потере давления Ra ,
то расход электроэнергии при любом
другом удельном падении давления
#'л может быть определен простым
пересчетом по формуле
W' = W^-. (11-31)
"л
Стоимость перекачки теплоноси-
теля по сети может быть определена
по формуле
(11-32)
где z —цена электроэнергии,
9 руб^квтч.
Удельная стоимость перекачки на
1 мгккал*отпущенного тепла
S4 67?Л£(1 4-a)nz3
s4 = Q~ = руб/мгккал.
(11-33)
При у = 975 кг)м3
GRaL(1 ±а)п?э
s4 = -~v(---Гт—руб мгккал.
4 36J ОСЬ yQ rv I
(ll-33a)
11-6. СТОИМОСТЬ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ
При проведении технико-экономи-
ческих расчетов изоляционная кон-
струкция теплопровода обычно неиз-
вестна, так как разработка рабочих
чертежей является задачей последую-
щих этапов проектирования. Поэтому
тепловые потери сети в начальной
стадии проектирования определяются
по укрупненным измерителям.
Для приближенного определения
теплопотерь сети пользуются следую-
щим выражением:
Х^-10"6 мгккал}год, (11-34)
где Л4* —условная материальная ха-
рактеристика тепловой сети,
рассчитанная по наружной
поверхности изоляции, м2\
k — коэффициент теплопередачи
теплопровода с учетом изо-
ляции, канала и грунта, отне-
сенный условно к наружной
поверхности изоляции тру-
бопроводов, ккал/м2 час °C;
\р —среднегодовая температура
теплоносителя, °C;
t0 — то же грунта или окружаю-
щей среды, °C;
т — число часов работы тепло-
вой сети в год;
кМу —суммарная наружная поверх-
ность трубопроводов тепло-
вой сети, м2 (толщина изо-
ляции условно принята
0,075 му
р — коэффициент местных тепло-
вых потерь.
Значение коэффициента теплопере-
дачи для предварительных’ расчетов
можно принимать
k = 0,7 -4-1,0 ккал)м2часоС.
Среднегодовая температура тепло-
носителя определяется из выражения
Ti/ni -4- г т2 + ... +
\Р= > (И-35)
где т2, .. ., — температура тепло-
носителя, °C;
т2, .. ., тп — число часов в году
работы теплопро-
вода при соответ-
ствующих темпе-
ратурах теплоно-
сителя.
Для водяных сетей тср представляет
полусумму среднегодовых температур
подающей и обратной магистралей.
* Му = М 4- 0,15£/, где М — материаль-
ная характеристика тепловой сети, отнесён-
ная к поверхности трубопроводов; 17— сум-
марная длина трубопроводов, м [Л. 124].
208
Экономика транспорта тепла
[гл. 11
Для паровых сетей с постоянным
режимом давлений тср принимается
равной средней температуре пара в
сети.
Для надземных прокладок на от-
крытом воздухе t0 принимается равной
среднегодовой наружной температуре.
При подземных прокладках tQ при-
нимается равной среднегодовой тем-
пературе грунта на глубине оси тепло-
провода.
Если известна величина тепловых
потерь сети Qn при материальной
характеристике Му и средней тем-
пературе теплоносителя т , то при
других значениях этих переменных
величина тепловых потерь Qn может
быть определена простым пересчетом:
f Му (тср /q)
Q„ = Qn м’ (r'cp -t0)мгккал/год. (11 -36)
Стоимость теплопотерь может быть
определена по формуле
Ss = Qn Zm = *MyZm k (! + P) (\p — UX
Xm-ICT6 руб)год, (11-37)
где zm — цена тепла, руб1мгккал.
Удельная стоимость теплопотерь
на 1 мгккал отпущенного тепла
Экономическое решение задачи
соответствует минимуму суммы:
s = s2 + $4 -4- s5 = min.
Все указанные статьи расходов свя-
заны аналитически с исковым парамет-
ром — удельным падением давления,
поэтому задача может быть решена по
правилу нахождения минимума функ-
ций.
На основании формул (11-16),
(11-33) и (11-38) сумма переменных
статей эксплуатационных расходов мо-
жет быть выражена следующим обра-
зом:
f GR. L (1 -4- a) nza
s = + 360 000 т\ну Q
nMv kz (1 4- ₽) (Tr — ro)m.lO-6
-]--у-—m ”-------- .(11-39)
• ч
Для удобства дифференцирования
выразим материальную характеристику
сети М через удельное линейное па-
дение давления RA. С этой целью вос-
пользуемся уравнением (11-8). Если
обозначить через Мо материальную
характеристику тепловой сети при
произвольно выбранном линейном па-
дении давления в главной магистра-
ли /?0, то материальная характеристи-
ка тепловой сети при любом другом
линейном падении давления /?л выра-
зится уравнением
м = м0(^Г.
— Q
руб)мгккал. (11-38)
11-7. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКОГО
ПАДЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Экономическое падение давления -в
тепловой сети зависит от трех статей
эксплуатационных расходов: расходов
по сети $2, стоимости перекачки $4 и
стоимости тепловых потерь s5.
Увеличение удельного падения дав-
ления приводит к уменьшению диамет-
ров сети и связанному с этим удешев-
лению сети и снижению тепловых по-
терь, но при этом растут расход элек-
троэнергии на перекачку теплоносите-
ля по сети и стоимость перекачки.
Подставив указанную зависимость
в выражение (11-39), получим:
«0,19”
GRAL(l+a)nZa
000 VyQ
кМ0^19 Чп О + ₽) (\Р ~ <о) ю-в
R«-I9Q
0,15пШ (1 4- f) zm (zcp - /„) m- 10-е
Q
(11-40)
По правилу определения минимума
функции найдем ds]dh и приравняем
ее нулю.
§ П-7]
Выбор экономической потери давления
209
После соответствующих алгебраи-
ческих преобразований получим:
-О,19/Жо-^
GL(1 4-a)nze
360 000 1)ну
— 0,19
nMnR°0- '9kzm(l 10-6
«V19
откуда определяем экономическое
удельное линейное падение давления:
(1 -На) п*.
”4* У (1+а)пгэ
матологических условий (т , т, п),
конъюнктурных условий — стоимости
оборудования и цены тепловой и элек-
трической энергии (/?, zm, zd). Для дан-
ных местных условий и принятого
типа оборудования можно величину
второго множителя принимать посто-
янной.
Например, для условий Москвы
при прокладке теплопровода в непро-
ходных каналах можно принять:
b = 1 500 py6jM2\ & = 0,9 ккал}м2 час;
т = /г = 5 000.час.; гэ=0,15 руб]квтч\
zm=25 руб)мгккал\ £ = 0,2.
wjM2 м, (Н-41)
где L — длина главной магистрали (сум-
марная длина подающей и об-
ратной), м\
G — расход воды в сети, т)час.
Принимая / = 0,08; хср — /0 = 75°С;
а = 0,3 и т)к^ = 0,6, получим:
Как видно из формулы (11-41),
экономическое падение давления опре-
= 0,115
деляется произведением двух пере-
и
менных множителей. Один множитель
МХ19(0’84
GL J
зависит от схемы
тепло-
R3K = 1 320
ХС9]0’84
GL ]
кг/м2 м. (11-42)
вой сети и распределения расхода по
сети. В этот множитель входят: ма-
териальная характеристика тепловой
сети ЛГ0, соответствующая произволь-
но выбранному удельному линейному
падению давления в главной магистрали
/?0, суммарный расход воды G и дли-
на главной магистрали L. Величина
этого множителя не зависит от зна-
чения /?0, так как при любом значе-
нии /?0 величина Л40/?9’19— величина
постоянная для данной тепловой сети.
Второй множитель
зависит от характеристики оборудо-
вания тепловой сети а), кли-
* Выражение (11-41) получено из условия
минимума годовых эксплуатационных расхо-
дов. По этой же формуле может быть опре-
делено экономическое удельное линейное
падение давления с учетом срока окупаемо-
сти, если вместо величины f в формулу (11-41)
подставить величину = где и—за-
данный срок окупаемости капиталовложений,
год.
14 Е. Я. Соколов.
Приведенная методика исходит из
постоянного удельного падения давле-
ния в главной магистрали, т. е. из
прямолинейного пьезометрического гра-
фика главной магистрали. Такое рас-
пределение напора можно с достаточ-
ной точностью считать экономически
оправданным.
Для определения по изложенной
методике экономического падения да-
вления поступают следующим образом:
задаются произвольным удельным па-
дением давления /?о, производят гид-
равлический расчет сети и на основа-
нии результатов гидравлического рас-
чета находят материальную характе-
ристику А40, соответствующую удель-
ному падению давления /?0. Затем по
формуле (11-41) подсчитывают RdK.
Расчетное уравнение для экономи-
ческого падения давления в транзитной
магистрали со сосредоточенной нагруз-
кой может быть приведено к более
простому виду.
Материальная характеристика од-
нотрубной транзитной магистрали
MQ = dL м\
210
Экономика транспорта тепла
[гл. 11
где d — диаметр магистрали при удель-
ном линейном падении давле-
ния Rq.
С другой стороны, для водяной
сети
г0,38
d = 0,0445^ м,
где G— расход воды, mfrac. Следо-
вательно,
/-0,38 т
Мо = О,О445^.
После подстановки в формулу
(11-41) указанного значения Л40 полу-
чим следующее выражение для эко-
номического удельного линейного па-
дения давления в транзитной маги-
страли:
В общем случае, при теплоснабже-
нии от ТЭЦ, для выбора оптимального
давления пара в отборе турбины долж-
ны быть учтены следующие эксплуата-
ционные расходы, зависящие от иско-
мого параметра:
1) стоимость перерасхода топлива
из-за недовыработки электрической
энергии на базе теплового потребления;
2) затраты по тепловой сети;
3) стоимость тепловых потерь.
Решение задачи соответствует ми-
нимуму суммы:
si + s2 + 55 = min.
Так как не все указанные зависи-
мые статьи эксплуатационных расходов
связаны аналитически с искомым пара-
метром — давлением отбора, то зада-
ча решается методом вариантов.'
^ = 85°-ТЙ
OK
0,84
KZ'iM2 М.
(11-43)
11-8. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
ПАРА В ОТБОРЕ ТУРБИНЫ
Выбор оптимального давления пара
связан не только с определением рас-
ходов по транспорту пара, но и с рас-
четом расхода топлива на ТЭЦ.
В самом деле, при повышении дав-
ления пара в отборе турбины умень-
шается адиабатный перепад Н, исполь-
зуемый в турбине, что приводит к сни-
жению выработки электрической энер-
гии на базе теплового потребления, но
зато растет перепад давлений в тепло*
вой сети, а это приводит к уменьшению
диаметров паропроводов и снижению
стоимости сети.
Таким образом, повышение давле-
ния пара на ТЭЦ удешевляет транс-
порт тепла, но приводит к перерасходу
топлива на ТЭЦ. Оптимальный вари-
ант соответствует минимуму суммы за-
висимых расходов по выработке и
транспорту тепла. Если пар поступает
в тепловую сеть не из отбора турбины,
а непосредственно из котла, то началь-
ное давление пара не отражается на
расходе топлива.
В этом случае выгодно повышать
давление пара на станции до техниче-
ски допустимого предела.
11-9. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ГРАФИКА
ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
Выбор оптимального графика тем- а
ператур зависит от экономики всех
трех звеньев теплофикационной систе-
мы ТЭЦ, тепловой сети и оборудования
абонентов.
Повышение температуры воды в по-
дающей магистрали уменьшает выра-
ботку электрической энергии на базе
теплового потребления, вызывая этим
•перерасход топлива на ТЭЦ.
С другой стороны, повышение тем-
пературы воды увеличивает перепад
температур в тепловой сети и среднюю
температуру приборов, присоединен-
ных непосредственно (без смешения)
к тепловой сети, что уменьшает диа-
метры тепловой сети и 'поверхность на-
грева приборов абонентских систем.
Таким образом, повышение темпе-
ратуры подающей магистрали снижает
затраты по тепловой сети и абонент-
ским системам, но также снижает и
экономичность ТЭЦ.
Когда тепло поступает от централь-
ной котельной, повышение температуры
подающей магистрали до технически
допустимого предела всегда выгодно.
При теплоснабжении от ТЭЦ задача
решается путем определения минимума
§ 12-1 ]
Организация эксплуатации
211
суммы зависимых эксплуатационных
расходов:
$ — Sl + s2 + 53 4- s4 + s5 = min.
При определении зависимых экс-
плуатационных расходов необходимо
для каждого из сравниваемых вари-
антов выбрать свое экономическое
удельное падение давления R3K, по-
скольку эта величина зависит от рас-
четного расхода воды в сети [урав-
нение (11-41)], а величина расчетного
расхода воды будет различной для
разных вариантов, так как G = f(8r).
При теплоснабжении жилых и об-
щественных зданий максимальная тем-
пература воды, поступающей в або-
нентские системы, ограничена по са-
нитарно-гигиеническим условиям 90 -н
95° С, поэтому повышение температуры
воды в подающей магистрали не отра-
жается на поверхности нагрева прибо-
ров абонентских систем. Поскольку
s3 = const, эта статья расходов может
быть исключена из рассмотрения.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
12-1. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Основной задачей эксплуатации
тепловых сетей является организация
бесперебойного снабжения потребите-
лей тепловой энергией надлежащего
качества.
Для этого необходимы:
1) согласованная работа ТЭЦ, теп-
ловых сетей и абонентских установок;
2) правильное распределение тепло.
энергии по потребителям и учет отпу-
щенного тепла;
3) тщательное наблюдение за сетя-
ми и станционным оборудованием,
своевременное проведение ревизии и
ремонта, обеспечение быстрой локали-
зации и ликвидации аварий и непола-
док;
4) организация контроля за состоя-
нием теплоприемников у потребителей.
Низовым звеном эксплуатационной
системы является район тепловых се-
тей, проводящий обычно эксплуатацию
сетей от одной теплоэлектроцентрали.
При наличии в городе нескольких
теплоэлектроцентралей организуется
соответствующее количество районов.
Районы подчиняются Управлению теп-
ловыми сетями (Теплосети).
Район тепловых сетей проводит всю
эксплуатацию сетей, выполняет распре-
деление и учет теплоэнергии, а также,
обычно ведет тепловой надзор за по-
требителями. В соответствии с этим
район располагает штатом обходчиков
сетей и тепловых пунктов, ремонтным
персоналом и прибористами.
14*
Эксплуатация сетей и теплопотреб-
ляющих установок промышленных
предприятий осуществляется службой
Главного энергетика или механика про-
мышленного предприятия.
Обслуживание абонентских вводов
и местных установок городских потре-
бителей производится специальными
эксплуатационными пунктами.
В таких пунктах обычно сосредото-
чено обслуживание группы зданий.
Оперативную деятельность районов
по взаимоотношению с потребителями
осуществляет дежурный персонал райо-
нов, работающий круглосуточно.
Координацию взаимоотношений
районов со станциями, а также с дис-
петчерской службой энергосистемы
проводит центральный диспетчерский
пункт при Теплосети.
На диспетчерский пункт Теплосети
возлагается:
а) контроль за выполнением плана
выработки тепла на теплоэлектроцен-
тралях и распределение тепла по по-
требителям;
б) контроль за гидравлическим и
тепловым режимами тепловой сети;
в) руководство операциями по об-
наружению, локализации и ликвидации
аварий в тепловых сетях и на абонент-
ских вводах;
г) контроль за рациональным ис-
пользованием и экономичным режимом
тепло подготовительного оборудования
станции;
д) контроль за локализацией и ли-
212
Эксплуатация тепловых сетей
[гл. 12
квидацией аварий теплоподготовитель-
ного оборудования станций.
Для борьбы за безаварийную рабо-
ту решающее значение имеют своевре-
менное проведение в жизнь профилак-
тических мероприятий, четкая поста-
новка учета аварий и анализ их.
Разработка режимов теплоснабже-
ния, определение размеров теплового
потребления абонентов и составление
технической отчетности проводятся
эксплуатационным отделом Теплосети.
Кроме того, эксплуатационный отдел
разрабатывает инструкции по обслу-
живанию оборудования тепловых сетей
и абонентских систем.
Для изготовления отдельных дета-
лей и проведения крупного ремонта
оборудования и контрольно-измеритель-
ных приборов должны быть организо-
ваны центральные мастерские при
Теплосети, обслуживающие все районы.
Мелкий ремонт оборудования проводит-
ся ремонтным персоналом районов.
Для повышения культуры эксплуа-
тации и накопления опыта Теплосеть
должна систематически проверять пра-
вильность установленных режимов ра-
боты теплоэлектроцентралей и тепловых
сетей, изучать состояние и условия
работы оборудования тепловых сетей и
абонентских вводов и заниматься ра-
ционализацией и совершенствованием
оборудования.
Необходимо организовать система-
тическое соревнование всех районов и
цехов Теплосети за выполнение качест-
венных и количественных показателей
и обеспечение бесперебойной работы
оборудования тепловых сетей и або-
нентских вводов.
12-2. РЕЖИМ РАБОТЫ
И РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
Расчетные величины теплового по-
требления, определяемые при проекти-
ровании по укрупненным измерителям
или трансмиссионным расчетам, дают
лишь приблизительную оценку расхо-
дов тепла.
Действительный расход тепла может
значительно отличаться от расчетного.
Расхождение между действительным и
расчетным расходами тепла в размере
10—е-15% является обыденным явле-
нием.
Действительное значение величины
теплового потребления абонентов мо-
жет быть установлено лишь в процес-
се эксплуатации. Уточнение расходов
тепла на отопление производится путем
термографирования помещений. Для
этой цели в нескольких характерных
помещениях здания устанавливаются
самопишущие термометры — термогра-
фы, которые регистрируют в течение
определенного периода внутреннюю
температуру помещений. На основе по-
лученной картины температурного ре-
жима здания можно установить соот-
ветствие между расходом тепла на
отопление и действительными теплопо-
терями и уточнить величину теплового
расхода.
Уточненные значения тепловых на-
грузок абонентов являются исходным
материалом для построения графиков
отпуска тепла со станции.
Нормальная работа системы тепло-
снабжения требует постоянного соблю-
дения теплоэлектроцентралью задан-
ного графика отпуска тепла и параме-
тров теплоносителя.
При разработке оперативных графи-
ков отпуска тепла имеется возмож-
ность некоторого сдвига тепловой
нагрузки по времени за счет использо-
вания аккумулирующей способности
абонентских систем. Сдвиг тепловой
нагрузки позволяет в ряде случаев по-
высить степень использования отборов
теплофикационных турбин или увели-
чить электрическую нагрузку станции
в период прохождения электрического
максимума. Однако суточный отпуск
тепла со станции должен совпадать с
потребным суточным расходом тепла
у абонентов. При несоблюдении этого
условия нарушается нормальный тепло-
вой режим абонентских систем. Каж-
дый процент недоотпуска тепла на ото-
пление при расчетной наружной
температуре приводит к снижению
внутренней температуры помещений
приблизительно на 0,5° С.
Необходимо обеспечить правильное
распределение теплоносителя как по
отдельным участкам тепловой сети, так
и по отдельным приборам абонентской
системы. Последняя задача является
особенно актуальной для водяных
систем теплоснабжения при общепри-
нятом методе центрального регулирова-
§ 12-2]
Режим работы и регулирование системы
213
ния основной тепловой нагрузки. На-
блюдающееся на практике плохое про-
гревание отдельных узлов абонентских
установок вызывается в большинстве
случаев дефектами регулирования.
Для обеспечения равномерного про-
грева всех приборов абонентской си-
стемы необходимо в первую очередь
выдержать расчетный расход воды.
Выдерживание расчетных расходов
воды в местных системах требует со-
блюдения расчетных коэффициентов
смешения на абонентских вводах с
элеваторами. С целью улучшения рас-
пределения воды по приборам отопи-
тельной установки следует использо-
вать в элеваторе весь располагаемый
напор на вводе. При наличии избыточ-
ного напора в элеваторе должно уста-
навливаться сопло меньшего диаметра.
Это приводит к росту коэффициента
смешения и увеличению расхода воды
в системе.
Значительные трудности вызывает
распределение расхода воды по прибо-
рам отопительно-вентиляционных уста-
новок крупных промышленных цехов.
Объясняется это тем, что гидравличе-
ское сопротивление отопительно-венти-
ляционных приборов весьма невелико
по сравнению с гидравлическим сопро-
тивлением р аз водящих тру боп р оводов.
Поэтому основной поток воды проходит
через приборы, расположенные вблизи
ввода, а в дальние приборы воды по-
ступает мало.
Для облегчения регулировки и по-
вышения гидравлической устойчивости
таких систем необходимо увеличить
гидравлическое сопротивление отопи-
тельных приборов. Это достигается пу-
тем установки в промышленных зда-
ниях перед всеми отопительными при-
борами специальных дроссельных
вставок (шайб), в которых падение
давления достигает 6 -н 8 м вод. ст.
при нормальном расходе. При уста-
новке дроссельных вставок гидравличе-
ское сопротивление всех отопительных
приборов практически выравнивается,
что обеспечивает равномерное распре-
деление воды по системе.
Аналогичная задача должна быть
решена для внешней тепловой сети.
Необходимо обеспечить правильное
распределение воды по абонентским
вводам и устойчиво поддерживать за-
данные расходы во время нормальной
эксплуатации.
Для повышения гидравлической
устойчивости тепловой сети необходимо
повысить удельное значение гидравли-
ческого сопротивления абонентских
вводов в общем гидравлическом сопро-
тивлении систем теплоснабжения, т. е.
увеличить отношение потери напора на
абонентском вводе к напору циркуля-
ционных насосов станции.
Падение давления в элеваторах,
являющихся широко распространенным
элементом оборудования отопительных
вводов, составляет значительную вели-
чину (8 н-12 м вод. ст.), что повышает
гидравлическую устойчивость системы.
Для того чтобы при включении других
видов тепловой нагрузки (вентиляция,
горячее водоснабжение) не происходи-
ло разрегулировки отопительных си-
стем, необходимо, чтобы во всех уста-
новках, присоединяемых на абонент-
ском вводе параллельно с элеваторным
узлом, потеря напора при нормаль-
ном расходе воды была такой же, как
в элеваторе.
При качественном регулировании
тепловой нагрузки температура воды
в подающей линии тепловой сети уста-
навливается станцией в соответствии
с заданным графиком отпуска тепла.
Изменение температуры воды в подаю-
щей линии тепловой сети вызывает из-
менение тепловой нагрузки у всех
абонентов района. При расчетном
графике температур 130-н70°С и ка-
чественном регулировании тепловой на-
грузки изменение температуры воды в
подающей линии на 1° С при средне-
зимней наружной температуре — 5° С
приводит к изменению отпуска тепла
на отопление приблизительно на 1 % ,и
соответственному изменению внутрен-
ней температуры отапливаемых поме-
щений на 0,25° С.
Температура ©оды в обратной ли-
нии тепловой сети определяется тем-
пературой подающей линии и гидрав-
лическим режимом системы.
Расход воды в сети может коррек-
тироваться на станции путем измене-
ния располагаемого напора (разность
напоров) на коллекторах тепловой се-
ти. Величина располагаемого напора
для обеспечения нормальной циркуля-
ции воды в системе задается станции
214
Эксплуатация тепловых сетей
[гл. 12
диспетчером Теплосети. Заданный рас-
полагаемый напор должен точно вы-
держиваться станцией. Отклонение
располагаемого напора от заданной
величины допускается не более + 6%.
Отклонение располагаемого напора от
заданной величины на 6% приводит к
изменениям расхода воды на 3% и от-
пуска тепла в среднем на 0,5%.
Важное значение для правильной
работы системы имеет выдерживание
заданного давления (напора) на обрат-
ном коллекторе тепловой сети на стан-
ции. От величины этого напора зависит
давление в местных системах, присо-
единенных к тепловой сети по зависи-
мой схеме. Повышение напора на об-
ратном коллекторе тепловой сети на
станции может привести к недопусти-
мому росту давлений в абонентских си-
стемах и разрыву отопительных прибо-
ров. Понижение напора на обратном
коллекторе может привести к опорож-
нению верхних точек местных систем и
связанному с этим подсосу воздуха
в систему и нарушению цикруляции.
Напор на обратном коллекторе тепло-
вой сети на станции, задаваемый дис-
петчером Теплосети, необходимо устой-
чиво поддерживать при эксплуатации. ’
Возможные отклонения не должны
превышать +10% заданной величины.
Постоянство давлений на обратном
коллекторе тепловой сети обеспечивает-
ся правильной работой подпиточного
устройства.
При пуске и остановке водяных
систем теплоснабжения должна соблю-
даться такая последовательность от-
дельных операций, при которой невоз-
можно появление больших термических
деформаций в станционных подогрева-
телях (бойлерах), тепловой сети и
абонентских системах.
При пуске в работу водяных систем
следует сначала включить в работу
циркуляционные насосы, а затем вклю-
чить пар для подогрева. При остановке
необходимо сначала выключить пар на
подогревательную установку, а затем
остановить циркуляционные насосы.
В целях предупреждения больших
термических деформаций в трубопрово-
дах тепловой сети темп изменений тем-
пературы воды в подающей линии не
должен превышать 30° С/час.
Параметры пара (давление и тем-
пература) при паровом теплоснабже-
нии должны выдерживаться на коллек-
торе станции с отклонениями не более
+ 5% заданной величины.
Расход пара у абонентов паровой
сети определяется степенью открытия
задвижек на абонентских вводах. Коли-
чество пара, получаемое из сети або-
нентами, не должно превосходить оп-
ределенных величин (лимитов), уста-
новленных для каждого абонента.
Произвольное увеличение расхода
пара абонентами должно быть строго
запрещено как акт, дезорганизующий
теплоснабжение района.
Исключительно важное значение
для паровых систем имеют вопросы
возврата конденсата. Системы сбора
и возврата конденсата часто работают
с большими потерями. При ограничен-
ной производительности станционных
химводоочистительных установок поте-
ри конденсата приводят к снижению
мощности станции.
Потери конденсата могут быть зна-
чительно снижены при помощи ряда
простых мероприятий, к числу которых
в первую очередь следует отнести:
а) установку после всех пароприем-
ников подпорных шайб или конденса-
тоотводчиков и организацию система-
тического наблюдения за состоянием
этих приборов;
б) устранение потерь с паром, по-
лучающимся при вскипании «перегре-
того» конденсата в открытых сборных
баках, путем переохлаждения конден-
сата в пароприемниках или специаль-
ных охладителях конденсата и пере-
хода на закрытые конденсатосборные
баки;
в) ликвидацию потерь конденсата
вследствие загрязнения его в паропри-
емниках путем улучшения герметично-
сти соединений, т. е. создание условий,
исключающих попадание загрязняю-
щих веществ в паровую полость тепло-
обменников.
12-3. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ
И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИИ
Признаком аварийного состояния
водяной тепловой сети является паде-
ние давления в нейтральной точке. Для
поддержания заданного давления при-
ходится значительно увеличивать под-
§ 12-3]
Методы обнаружения и ликвидации аварий
215
питок воды против нормальной вели-
чины.
Эксплуатационный персонал Тепло-
сети должен иметь четко разработан-
ный план действий, обеспечивающий
нахождение места аварии в минималь-
ный срок.
В случае резкого возрастания под-
питка дежурный персонал Теплосети
устанавливает в течение 2-нЗчас. кон-
троль за работой подпитывающей уста-
новки. В течение этого периода тепло-
вой режим сети поддерживается неиз-
менным, для того чтобы термические
изменения объема воды в системе не
отразились на расходе воды для под-
питка.
Если в течение указанного периода
возросший подпиток держится устой-
чиво, то принимаются меры к отыска-
нию места аварии.
Для этого в первую очередь прово-
дится внешний осмотр сети.
При внешнем осмотре место аварии
может быть обнаружено по растаявше-
му снегу, выступившей на поверхность
воде, сильному парению по трассе теп-
лопровода и из колодцев, а также ха-
рактерному шуму в колодцах при вы-
текании воды.
Внешний осмотр проводится дежур-
ным персоналом района, который обхо-
дит трассу теплопроводов, а при длин-
ных сетях объезжает их на аварийной
машине. Порядок осмотра трасс уста-
навливается диспетчером.
В первую очередь осматриваются
новые тепловые сети, недавно вступив-
шие в эксплуатацию, или, наоборот,
наиболее старые участки, сильно изно-
шенные. При обнаружении путем
осмотра трассы поврежденного участка
персонал сообщает об этом диспетчеру
и согласовывает с ним порядок отклю-
чения поврежденного участка.
Параллельно с внешним осмотром
сети на станции производится провер-
ка герметичности станционной подо-
гревательной установки (бойлерной).
Следует иметь в виду, что даже при
разрыве только одной из трубок утечка
сетевой воды в конденсат может со-
ставить значительную величину.
Обнаружить утечку сетевой воды в
конденсат можно различными способа-
ми. Прежде всего путем химического
анализа на жесткость и щелочность.
При попадании сетевой воды в конден-
сат жесткость и щелочность его повы-
шаются.
Вторым способом проверки герме-
тичности подогревателя является
сравнение расхода пара и количества
возвращаемого конденсата. Значитель-
ное расхождение указанных величин
свидетельствует о наличии утечки сете-
вой водой.
Третьим способом является наблю-
дение за уровнем конденсата в подо-
гревателях. При утечке сетевой воды
уровень конденсата в аппарате, где
имеется утечка, устанавливается выше
обычного, а при значительных разры-
вах труб может произойти переполне-
ние аппарата конденсатом.
При значительной утечке воды в
паровое пространство подогревателя
возможна серьезная авария из-за по-
падания воды в турбину при несраба-
тывании аварийного поплавка. Для
сигнализации разрыва или неплотности
трубок все станционные подогреватели
должны быть снабжены солемерами,
дающими импульс на срабатывание
светового или звукового сигнала.
В случае быстрого подъема уровня
конденсата подогреватель должен быть
немедленно отключен. Наконец, про-
верка герметичности подогревательной
установки может производиться путем
поочередного отключения от сети от-
дельных аппаратов. При отключении
дефектного аппарата утечка воды из
сети прекращается.
Если при внешнем осмотре сети и
проверке герметичности подогреватель-
ной установки -не удастся обнаружить
место утечки, то следует приступить к
детальной проверке герметичности от-
дельных участков сети. Такая провер-
ка производится путем поочередного
отключения от сети отдельных абонент-
ских систем и участков тепловой сети
и наблюдения при этом за работой
подпитывающей установки. При отклю-
чении дефектного оборудования подпи-
ток резко сокращается, а в отключен-
ном дефектном участке наблюдается
быстрое падение статического давления.
В течение всего периода розыска
места аварии в тепловой сети должен
поддерживаться нормальный гидравли-
ческий режим, а утечка воды из сети
должна восполняться подпитком. В
216
Эксплуатация тепловых сетей
[гл. 12
случае нехватки химически очищенной
воды следует производить добавку в
сеть сыройг воды. При отказе от добав-
ка сырой (воды в сеть в случае нехват-
ки химически очищенной воды может
произойти оголение наиболее высоких
точек системы, что приведет к длитель-
ному нарушению работы местных си-
стем и тепловой сети.
После обнаружения места аварии
дежурный персонал района по согла-
сованию с диспетчерским пунктом
Теплосети должен быстро выключить и
опорожнить аварийный участок и лик-
видировать дефект.
Для облегчения работ по ликвида-
ции аварий в Теплосети должна иметь-
ся аварийная машина со смонтирован-
ным на ней основным оборудованием,
требующимся для ликвидации аварий.
На этой машине должны быть уста-
новлены: насосный агрегат (мотопом-
па) с приводом от мотора машины или
специального двигателя, снабженный
системой гибких рукавов для откачки
воды из сети, сварочный аппарат и
подъемное устройство.
Кроме того, на аварийной машине
должен иметься запас слесарного ин-
струмента, крепежного, подкладочного
и набивочного материала.
После ликвидации аварии состав-
ляется акт с указанием причины ава-
рии, длительности ее, порядка нахож-
дения и ликвидации ее и необходимых
мероприятий для предупреждения по-
добных аварий в дальнейшем.
12-4. БОРЬБА С КОРРОЗИЕЙ
Кроме аварий, проявляющихся в
виде внезапного разрушения отдельных
элементов оборудования, тепловые сети
иногда подвержены «болезням», посте-
пенно разрушающим всю систему.
Такие болезни опаснее аварий в
том отношении, что, действуя система-
тически и непрерывно, они приводят к
разрушению больших участков систе-
мы теплоснабжения. Масштабы и по-
следствия таких разрушений несравнен-
но больше разрушений, вызываемых от-
дельными местными авариями. К чис-
лу таких «болезней» тепловых сетей
относится коррозия.
В тепловых сетях наблюдаются два
вида коррозии: внутренняя и наруж-
ная.
Внутренняя коррозия
Основной причиной коррозии вну-
тренней поверхности трубопроводов яв-
ляется присутствие в воде растворен-
ного кислорода.
Наличие растворенной углекислоты
в воде ускоряет процесс коррозии.
При неравномерной аэрации поверх-
ности трубопровода, связанной с тем,
что доступ кислорода к металлической
стенке трубы неодинаков во всех ме-
стах из-за наличия отложений на стен-
ках, происходит интенсивная локаль-
ная (местная) коррозия.
При локальной коррозии на стенке
трубы образуются отдельные углубле-
ния (питтинги), приводящие к сквоз-
ному протравливанию и выходу из
строя трубопроводов, хотя общие по-
тери металла могут быть небольшими.
Скорость коррозии зависит от кон-
центрации кислорода и скорости диф-
фузии его к поверхности металла. Чем
больше растворенного кислорода и вы-
ше температура воды, тем интенсивнее
процесс коррозии.
Опыт эксплуатации показывает, что
подающие трубы, как правило, корро-
дируют больше, чем" обратные. Это про-
исходит оттого, что в подающие трубы
поступает вода, содержащая больше
растворенного кислорода. Этот кисло-
род расходуется в процессе коррозии,
поэтому концентрация кислорода в об-
ратных трубах меньше, в связи с чем
процесс коррозии обратных труб сла-
бее.
Интенсивная коррозия труб наблю-
дается в тепловых сетях, имеющих
большие потере воды.
Вследствие внутренней коррозии по-
гибают не только трубы тепловых се-
тей, но и 'абонентские системы. Поми-
мо быстрого износа труб, из-за корро-
зии внутренних поверхностей сильно
понижается пропускная способность
труб. Вследствие образования продук-
тов коррозии растут потери энергии на
перекачку теплоносителя.
Коррозионные отложения часто не
прилегают плотно к поверхности тру-
бопровода и уносятся циркулирующей
водой, забивая трубы, арматуру и из-
мерительные приборы (водомеры, шай-
бы и пр.). Эти явления особенно опас-
ны для местных отопительных систем,
§12-4]
Борьба с коррозией
217
в которых трубы -малого диаметра
иногда полностью забиваются продук-
тами коррозии и выключаются из ра-
боты, хотя металл этих труб не под-
вергся коррозии.
Таким образом, не только потеря
металла, но и значительная часть экс-
плуатационных неполадок вызываются
внутренней коррозией трубопроводов.
Кислород может попасть в циркули-
рующую воду: 1) с добавочной водой,
восполняющей утечки; 2) путем засоса
воздуха в местах образования вакуума
и 3) при заполнении абонентских уста-
новок водой.
Для предупреждения внутренней
коррозии необходимо ликвидировать
все места присоса воздуха и произво-
дить подпитывание сети (компенсацию
утечек) деаэрированной водой. Только
при выполнении указанных условий
могут быть гарантированы нормаль-
ный амортизационный срок службы и
надежность работы системы.
Качество подпиточной воды имеет
очень большое значение с точки зрения
долговечности сети и безопасности
теплоснабжения. Во время работы про-
исходит быстрый обмен воды, запол-
няющей сети и местные системы.
Даже в закрытых теплофикацион-
ных системах, где утечка составляет
0,5 н-1 % расхода циркулирующей во-
ды, имеет место ГО н- 15-кратный об-
мен воды за отопительный сезон.
Несравненно быстрее происходит
обмен воды в открытых системах теп-
лоснабжения.
Поэтому вода, циркулирующая в
тепловой сети, весьма близко подходит
по своим качествам к подпиточной
воде.
В случае агрессивного воздействия
подпиточной воды на металл вся тепло-
фикационная система интенсивно раз-
рушается.
При подпитывании тепловых сетей
водой, имеющей большую временную
жесткость, наблюдается образование
накипи и шлама в подогревательных
установках, трубопроводах и приборах
отопления, что в конечном счете повы-
шает гидравлическое сопротивление и
снижает тепловую производительность
системы.
Одно из непременных условий дол-
говечности и надежной работы систе-
мы заключается в ‘подпитке тепловых
сетей умягченной водой (с жесткостью
•не выше 0,7 мг-экв/л) или водой со
стабилизированной жесткостью. При
использовании продувочной воды жест-
кость воды не должна превышать
0,3 мг-экв!л.
Содержание растворенного кислоро-
да в подпиточной воде, обрабатывае-
мой термическим способом, не должно
'превышать 0,1 мг/л.
’ При сульфитировании подпиточной
воды дозировка сульфита натрия долж-
на производиться из расчета связыва-
ния всего имеющегося в воде кислоро-
да и получения сверх того избытка
свободного сульфита натрия в количе-
стве 34-5 мг/л. Для связывания 1 мг
О2 требуется 8 мг безводного сульфи-
та (Na2SO3).
Если система долгое время рабо-
тала на воде со значительным содер-
жанием растворенного кислорода и
подвергалась усиленной внутренней
коррозии, то при переводе ее на пита-
ние деаэрированной водой следует уда-
лить все образовавшиеся в системе
коррозионные отложения.
Удовлетворительные результаты
дает в этом случае промывка системы
5-процентным раствором соляной кис-
лоты с применением какого-либо инги-
битора (столярного клея и др.) для
защиты металла от кислотного разъ-
едания. Промывка производится при
температуре воды 40 50° С.
Для очистки местных отопительных
установок от коррозийных отложений
и загрязнений Теплосеть Ленэнерго
успешно применяет промывку системы
при больших скоростях воды.
Отопительная установка отключает-
ся от тепловой сети и специальным на-
сосом через нее прокачивается водо-
проводная вода с большой скоростью.
Из системы вода поступает на слив.
Расход промывочной воды больше
нормального циркуляционного расхода
местной системы в 6 -н 8 раз. Промыв-
ка ведется до полного осветления во-
ды, сливаемой из системы.
По данным Теплосети Ленэнерго в
результате такой промывки удается
значительно снизить гидравлическое
сопротивление загрязненных отопи-
тельных установок.
218
Эксплуатация тепловых сетей
[гл. 12
Контроль за качеством подпиточной
воды производится станционным хими-
ческим персоналом. Контроль ведется
за содержанием в воде кислорода и со-
лей временной жесткости, щелочностью
и прозрачностью.
Контроль за состоянием внутренних
поверхностей трубопроводов произво-
дится персоналом, обслуживающим
тепловые сети.
Для удобства контроля целесооб-
разна установка контрольных пластин
в различных характерных участках теп-
ловой сети, например на подающем и
обратном коллекторах на станции, в
концевых точках тепловой сети, в або-
нентских «системах.
По потере в весе пластин опреде-
ляется интенсивность коррозии метал-
ла, а исследование поверхности их по-
зволяет установить максимальную глу-
бину локального разъедания.
В нормальных условиях допустимая
средняя проницаемость коррозии со-
ставляет 0,04-т-0,05 мм)год, а глубина
локального разъедания не должна пре-
восходить 0,1-т-0,2 мм!год.
Наружная коррозия
Современная техника борется с на-
ружной коррозией подземных трубо-
проводов двумя способами:
а) повышением качества и противо-
коррозионной стойкости металла тру-
бы;
б) изоляцией трубопровода от кор-
родирующего влияния окружающей
среды.
Повышение противокоррозионной
стойкости металла успешно достигает-
ся в настоящее время присадкой к ме-
таллу трубы хрома и молибдена или
никеля и меди. Кроме повышения про-
тивокоррозионных свойств, легирова-
ние увеличивает упругость и крепость
металла (сопротивление разрыву). 7
Для защиты трубопровода от кор-
родирующего влияния окружающего
грунта применяются различные покры-
тия наружной поверхности, устройства
для повышения электрического сопро-
тивления трубопроводов или специаль-
ные электрические дренажи. В каче-
стве защитных покрытий находит при-
менение борулин.
При прохождении теплопроводов в
мостах с загрязненными грунтами (го-
родские отвалы) наблюдается более
интенсивная наружная коррозия, чем
в чистых грунтах. Согласно современ-
ным воззрениям все виды коррозии
представляют собой электролитические
процессы. Причиной электролиза яв-
ляется электрохимическая реакция
между трубой и грунтом при пересече-
нии неоднородных по химическому со-
ставу участков грунта или блуждаю-
щие токи. Чем больше электропровод-
ность грунта, тем он опаснее в смысле
коррозии.
Для принятия соответствующих про-
филактических мер против коррозии
необходимо до укладки трубопроводов
в землю исследовать коррозионные
свойства почвы и плотность блуждаю-
щих токов по трассе . теплопровода.
В наиболее опасных местах долж-
на быть создана надежная противокор-
розийная защита. По возможности сле-
дует обходить наиболее опасные оча-
ги коррозии путем соответствующего
выбора трассы.
Источником блуждающих токов в
городах являются трамвайные рельсы.
При плохом соединении рельсов с от-
сасывающими проводами и несварен-
ных рельсовых стыках происходит от-
ветвление тока в грунт.
Основное мероприятие для борьбы
с блуждающими токами заключается в
проварке рельсовых стыков и. надеж-
ном соединении рельсов с отсосами.
Кроме того, в местах пересечения
теплопровода с трамвайными путями
следует предусмотреть изоляцию меж-
ду трубопроводами и трамвайными пу-
тями. Для этой цели может быть при-
менено наложение слоя изоляции на
трубы или создание воздушной про-
слойки между трубопроводом и грун-
том (прокладка труб в канале).
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Климатологические данные по некоторым пунктам СССР1
Наименование пунктов Температура воздуха, °C
среднем самого холод- ного месяца есячная самого жар- кого месяца средняя в 13 час. самого жаркого ме- сяца средняя наи- более холод- ной пятиднев- ки (расчетная для отопле- ния) расчетная зимняя для проектирова- ния вентиля- ции
Европейская часть
Астрахань —6,9 25,1 29,3 —22 —10,8
Брянск —8,6 18,2 22,6 —24 —12,8
Великие Луки —7,6 17,7 21,7 —24 —12,2
Воронеж —9,6 19,8 24,1 —25 —14,4
Ворошиловград —6,8 22,0 27,4 —23 —11,4
Горький —12,0 18,2 21,6 —28 —16,7
Гурьев — 10,4 25,4 29,7 —24 — 13,9
Златоуст —15,4 16,3 20,6 —31 —19,9
Иваново —11,5 18,4 22,5 —28 —16,1
Казань —13,0 20,0 24,0 —29 — 17,7
Калинин —9,5 18,3 21,6 —25 —14,3
Камышин — 11,7 22,0 26,6 —26 —16,4
Киров —14,2 18,0 21,9 —31 — 19,0
Конотоп (Сумская обл.) . . . —7,4 19,6 24,0 —23 —11,5
Куйбышев —13,4 20,6 24,2 —29 — 18,2
Курск —8,9 19,1 23,6 —24 —13,0
Магнитогорск —16,8 18,9 23,5 —32 —21,3
Мичуринск —10,6 19,8 24,5 -27 —15,4
Молотов —15,4 18,0 21,8 —31 —19,6
Москва . . . . * —10,2 17,9 21,6 —26 —15,2
Нижний Тагил —16,2 17,4 21,5 —35 —20,5
Орск (Чкаловская обл.) . . . — 16,8 21,4 26,3 —32 —21,4
Пенза — 12,0 19,8 24,1 —28 —16,4
Ростов-на-Дону —5,7 23,4 27,4 —21 — 10,0
1 См. „Строительные нормы и правила", ч. II, Государственное издательство строительной литературы.
1954.
220
Приложения
Продолжение
Наименование пунктов Температура воздуха, °C
среднемесячная средняя в 13 час. само- го жаркого месяца средняя наи- более холод- ной пяти нев- ки (расчетная для отопле- ния) расчетная зимняя для проектирова- ния вентиля- ции
самого холод- ного месяца самого жар- кого месяца
Рязань — 10,4 19,2 23,0 —28 —15,0
Саратов — 12,0 21,5 25,7 —28 — 16,6
Свердловск —15,6 17,3 21,1 -31 — 19,9
Смоленск —8,5 17,5 21,1 —24 —13,1
Сталинград —9,6 24,2 28,6 —25 —14,4
Стерлитамак (Башкирская
АССР) — 15,4 19,9 24,6 —31 — 19,9
Тула —9,8 18,6 22,6 —25 , — 14,5
Ульяновск — 12,9 19,9 23,8 —30 — 17,7
Уральск —14,1 23,1 28,4 —29 —18,9
Уфа — 14,6 19,4 23,4 —30 — 18,9
Харьков —7,4 20,3 25,0 —22 —11,7
Челябинск —15,7 18,7 22,8 —31 — 19,9
Чкалов — 15,0 22,0 26,9 —30 —19,8
Азиатская часть
Акмолинск — 17,7 20,4 25,2 —33 —22,4
Актюбинск — 15,7 22,5 27,6 —31 —20,6
Балхаш (Карагандинская обл.) —15,6 23,9 27,3 —31 — 19,6
Барнаул — 17,7 19,6 24,0 —37 —23,4
Енисейск —22,0 17,8 22,3 —44 —28,3
Иркутск —20,9 17,5 22,6 —36 —24,5
Караганда — 15,2 20,6 25,1 -31 — 19,2
Красноярск — 17,4 19,9 24,2 —40 —24,2’
Кустанай — 17,8 20,4 25,0 —36 —22,4
Минусинск —19,3 20,2 25,1 -38 —25,7
Новосибирск . . — 19,0 19,0 23,0 —39 —24,5
Омск — 19,1 18,9 23,0 —36 —23,0
Самарканд —0,2 25,9 33,1 — 13 -6,2
Сталинск (Кемеровская обл.) . — 17,4 18,7 23,4 —37 —23,1
Ташкент — 1,1 27,4 33,3 —13 —7,2
Тобольск — 18,3 18,2 21,6 —36 —23,1
Томск — 19,2 18,1 22,5 —39 —24,5
Тюмень —16,7 18,6 22,4 —35 —21,6
Приложения
221
• Приложение 2
Отопительные и вентиляционные характеристики жилых и общественных зданий
Удельные тепловые характери-
Внутрен- няя темпе- Строительный стики зданий, ккал/мъ час °C
Назначение здания ратура объем здания.
te > °с тыс. л3 для отопле- для вентиляции
ния хо хв
Жилые дома 18 Де 3 0,42 Приточной венти-
ляции нет
5 0,38
10 0,33
15 0,31
20 0,29
25 0,28
30 0,27
Свыше 30 0,26
Гостиницы и общежития 18 До 3 0,42
5 0,38
10 0,33
15 0,31
20 0,29
25 0,28
Свыше 25 0,27
Административные здания, учреждения, глав- 0,43 0,09
ные конторы 16 До 5
10 0,38 0,08
15 0,35 0,07
Свыше 15 0,32 0,18
Клубы 16 До 5 0,37 0,25
10 0,33 0,23
Свыше 10 0,30 0,20
Кинотеатры 16 До 5 0,36 0,43
10 0,32 0,39
Свыше 10 0,30 0,38
Театры 16 До 10 0,29 0,41
15 0,27 0,40
20 0,22 0,38
30 0,2Ь 0,36
Свыше 30 0,18 0,34
Универмаги 15 До 5 0,38 Приточной вен-
тиляции нет
10 0,33 0,08
Свыше Ю 0,31 0,28
Детские сады и Дели 20 До 5 0,38 0,11
Свыше 5 0,34 0,10
Школы 20 До 5 0,39 0,09
10 0,35 0/8
Свыше 10 0,33 0,07
Высшие учебные заведения и техникумы . . 16 До 10 0,35 Приточной вен-
тиляции нет
15 0,33 0,10
20 0,30 0/8
Свыше 20 0,29 0,08
Поликлиники, лаборатории, диспансеры . . . 20 До 5 0,40 Приточной вен-
тиляции нет
10 0,36 0,25
15 0,32 0,23
Свыше 15 0,30 0,22
Больницы 20 До 5 0,40 0,29
10 0,36 0,28
15 0,32 0,26
Свыше 15 0,30 0,25
Бани 27 До 5 0,28 1,00
10 0,25 0,95
Свыше 10 0,23 0,90
Прачечные 18 До 5 0,38 0,80
10 0,33 0,78
Свыше 10 0,31 0,75
Фабрики-кухни, столовые, рестораны 16 До 5 0,35 0,70
10 0,33 0,65
Свыше 10 0,30 0,60
Лаборатории 16 До 5 0,37 1,00
10 0,35 0,95
Свыше 10 0,33 0,90
Пожарные депо 18 До 2 0,48 0,14
5 0,46 0,09
Свыше 5 0,45 0,09
Гаражи 12 До 2 0,70 —
3 0,60 —
5 0,55 0,70
Свыше 5 0,50 0,65
к средней полосе Европейской части СССР и северной ча-
Примечание. Значения х0 относятся
сти Средней Азии.
222
Приложения
Приложение 3
Отопительные и вентиляционные характеристики промышленных зданий
Назначение здания Строительный объем здания, тыс. м3 Удельные тепловые характеристики зданий, ккал!м3 час
для отопления хо для вентиляции хв
Чугунолитейные цехи Ю-т-50 50+100 100-4-150 0,304-0,25 0,254-0,22 0,224-0,18 о •—1 •—1 "cd о •— СО CD О
Сталелитейные цехи 10-4-50 0,304-0,25 0,95 + 0,85
504-100 0,25—0,22 0,854-0,75
100-4-150 0,224-0,18 0,754-0,70
Меднолитейные цехи 5-4-10 0,40-4-0,35 2,54-2.0
10-4-20 0,354-0,25 2,04-1,5
20+30 0,254-0,20 1,5-1,2
Термические цехи * До 10 0,404-0,30 1,34-1,2
104-30 0,304-0,25 1,24-1,0
304-75 0,254-0,20 1,04-0,6
Кузнечные цехи До 10 0,404-0.30 0,7+0,6
10-4-50 0,304-0,25 0,8+0,5
Механосборочные и механические цехи, 504-100 0,254-0,15 0,54-0,3
слесарные мастерские 5-4-10 0,554-0,45 0,40+0,25
10-4-50 0,454-0,40 0,254-0,15
50-4-100 0,404-0,38 0,154-0,12
100-4-200 0,384-0,35 0,124-0,08
Деревообделочные цехи До 5 0,604-0,55 0,6040,50
5-4-10 0,554-0,45 0,50-0,45
10-4-50 0,454-0,40 0,45 + 0,40
Цехи металлических конструкций . . 504-100 0,384-0,35 0,534-0,45
100+150 0,354-0,30 0,454-0,35
Цехи покрытий металлами До 2 0,654-0,60 5,04-4,0
2-5 0,604-0,55 4,04-J,0
54-Ю 0,554-0,45 3,04-2,0
Ремонтные цехи 5+10 0,604-0,50 0,204-0,15
10+20 0,504-0,45 0,15 + 0,10
Паровозные депо До 5 0,704-0,65 0,40 + 0,30
5-4-10 0,654-0,60 0,304-0,25
Склады химикатов, красок и т. п. . . . До 10 0,854-0,75 —
1-2 0,754-0,65 —
24-5 0,65 + 0,58 0,604-0,45
Склады моделей и главные магазины 14-2 0,804-0,70 —
2 + 5 0,704-0,60 —
Бытовые и административные вспомо- 54-10 0,604-0,45 —
гательные помещения 0,54-1 0,604-0,45 —
1—2 0,45 + 0,40 —
24-5 0,404-0,33 0,144-0,12
5—10 0,334-0,30 0,124-0,11
104-20 0,304-0,25 0,114-0,10
Проходные . До 0,5 1,34-1,2 —
0,15-4-2,0 1,24-0,7 —
24-5 0,74-0,55 0,154-0,10
Казармы и помещения ВОХР 54-10 0,38 + 0,33
10+15 0,334-0,31 —
Приложения
223
Приложение 4а
Нормы расхода горячей воды1
Наименование потребителя Единица измерения Нормы расхода, л, при температуре воды 65° С
Жилые здания: На 1 ч^М. в сутки 754-100
а) в домах квартирного типа
б) в гостиницах с ваннами во всех номе- На 1 проживающего 1104-160
рах в сутки 904-110
в) в гостиницах смешанного типа (не ме- нее 25'/о номеров с ваннами, остальные— с общими ванными комнатами) То же
-
г) в гостиницах и общежитиях с общими ванными комнатами 9 9 60
д) то же с душевыми Предприятия общественного питания: 9 9 40
а) столовые, рестораны, кафе, чайные или На 1 обедающего или
закусочные при числе посадочных мест: 1 посетителя
до 200 4,04-5,5
200 и более 3,5
б) при отпуске обедов на дом На 1 обед 2,54-3,0
Школы (при наличии душевых при гимнастиче- ских залах) На 1 ученика в смену 7
Детские сады (без душевых) На 1 ребенка в смену 5
Детские сады (с душевыми) и детские ясли Лечебные учреждения: На 1 ребенка в сутки 25
а) в больнице На 1 больного в сутки 10СЧ-200
б) в поликлинике Бани: На 1 посетителя 2,04-3,0
а) общая мыльная при наличии душей и ванн То же 704-90
б) то же, но при отсутствии душей и ванн Прачечные: » 9 604-70
а) механические На 1 кг сухого белья 20 4-25
б) с ручной стиркой То же 154-20
1 См. „Строительные нормы и правила", ч. II,
туры, 1954.
Приложение 46
Нормы расхода воды на процедуру
и температура потребляемой воды1
Наименование процедур Расход воды на процеду- ру. л Температура потребляемой воды, °C
Жилые здания: а) ванна с душем 300 37
б) „ без душа 250 37
в) душ 70 37
г) умывальник индивидуальный 3 25
д) умывальник групповой . . . 5 25
Клубы;
а) душ . . 60 37
б) умывальник для артистов . . 5 35
Школы: а) душ 30 35
б) умывальник 1,5 25
Детские сады и ясли (купанье в ванне или мытье под душем) . . 30 35
Лечебные учреждения: а) ванна нормальная 300 37
б) полуванна 175 37
в) ванна детская 200 35
г) кафедра гидропатии (общий часовой расход) 2 000 37
д) мойка лабораторной посуды (часовой расход) 60 65
Бани: а)ванна 300 40
1 См. „Строительные нормы н правила", ч. II,
Государственное издательство строительной литера-
туры, 1954.
Государственное издательство строительной литера-
Продолжение
3 я о
£•2
о . 4»
СО О) m К О
Наименование процедур сход проп РУ. Л = Q.3 S f-
Я со >» <ь О о
си а < Нее
б) душ в кабине 150 40
в) душ в душевом отделении (часовой расход) 700 40
Гаражи—на мойку машины: а) для легковых автомашин . . 1504-400 I
а) * грузовых „ . . 3504-550 f 25
Бытовые помещения промышлен- ных предприятий: а) душ на производствах, свя- занных с загрязнением тела или требующих особого са- нитарного режима для обес- печения надлежащего каче- ства продукции 40 37
б) душ на производствах, свя- занных с выделением боль- шого количества загрязнен- ной пыли или пыли и влаги, а также на производствах, связанных с обработкой ядо- витых веществ или заражен- ных материалов 60 37
в) полудуш 25 37
г) умывальники групповые при грязных производствах 5 35
д)то же при чистых производ- ствах 3 25
Примечание. Расход воды на мойку авто-
машин надлежит принимать в зависимости от типа
их и условий эксплуатации.
224
Приложения
Приложение 5
Среднемесячные наружные температуры ряда городов СССР*
Среднемесячные температуры воздуха
Наименование населенных
пунктов о. А о. с? _А
К хо хо о. со •0
X н 'к X со 0 0 Q. сх X 2
О О X й е S
Архангельск 7,6 1,0 —5,9 —11,0 —13,3 — 12,4 —8,1 —1,1 5,2 11,5
Астрахань 17,0 9,7 2,2 —3,0 —6,9 —5,1 0,4 8,8 17,6 22,6
Барнаул 10,6 1,4 —8,5 — 14,6 — 17,7 —16,4 -10,3 0,9 10,0 17,1
Брянск 10,8 4,5 —1,5 —6,1 —8,6 —7,5 —3,3 4,5 12,8 16,3
Великие Луки 10,7 4,9 — 1,0 —5,4 —7,6 —6,8 —2,0 4,5 12,0 15,8
Вологда 9,1 2,5 —4,2 —9,5 — 12 — 1Э,3 —5,9 2,1 10,3 14,8
Воронеж 12,6 5,7 — 1,3 —6,6 —9,6 —8,3 —3,6 5,8 14,6 18,4
Ворошиловград 14,6 8,0 1,1 —3,5 —6,8 —5,3 —0,1 8,4 16,0 19,6
Гурьев 16,1 7,9 0,1 —5,5 — 10,4 —8,9 2,5 8,2 17,5 22,8
Горький 10,4 з,з “3,9 -10,5 — 12,0 — 12,0 —6,3 2,5 11,2 —
Енисейск 8,3 — 1,3 — 12,5 —20,0 —22,0 — 18,2 — 10,6 —1 Л 7,0 15,1
Златоуст 8,0 0,1 —7,5 — 13,2 -15,4 — 13,4 —8,1 0,7 9,5 14,2
Иваново ,• 9,9 з,з —3,6 —9,1 — 11,5 —9,9 —5,0 3,4 П,9 15,8
Иркутск 7,9 —0,3 — 10,7 — 18,2 —23,9 —18,5 —10,3 0,4 8,0 14,4
Казань 11,0 3,4 —4,5 —10,3 — 13,0 —11,5 —6,2 3,5 13,0 17,4
Калинин 10,2 3,9 —2,3 —7,3 —9,5 —8,6 —4,4 3,6 11,6 15,5
Караганда 10,9 2,1 —6,1 — 11,7 — 15,2 -13,9 —8,7 2,6 12,6 17,3
Киев 13,4 7,3 0,7 —3,5 —6,0 —4,7 —0,5 6,8 14,6 17,4
Киров 8,6 1,1 —6,8 — 12,3 — 14,2 — 12,3 —7,0 1,6 9,9 14,9
Красноярск 9,8 0,7 -9,0 — 14,7 — 17,4 — 15,3 -8,4 0,9 9,4 16,2
Куйбышев 12,0 3,9 —4,1 — 10,2 — 13,4 — 12,2 —6,4 3,8 14,1 18,8
Ленинград 10,6 4,7 —0,9 —5,5 —7,6 —7,7 —4,1 2,8 9,5 14,6
Махач-Кала 19,2 13,5 6,7 2,4 — 1,3 0,6 3,7 8,9 16,2 21,4
Мичуринск И,8 4,9 —2,4 —7,7 — 10,6 —9,6 —5,0 4,5 13,7 17,7
Молотов 9,0 1,0 —7,4 — 13,1 — 15,4 — 12,8 —7,0 1,8 10,0 15,1
Москва 10,1 3,7 —2,2 —8,0 — 10,2 —9,6 —4,9 3,7 10,7 —
Нижний Тагил 9,1 0,8 —8,1 — 14,5 — 16,2 — 13,0 —7,1 2,2 Ю,1 15,0
Николаев 16,7 10,5 3,5 — 1,0 —4,0 —2,3 2,4 9,1 16,4 20,1
Новороссийск 18,9 14,6 8,1 5,0 2,0 3,2 6,3 10,4 15,6 20,0
Новосибирск 10,1 0,8 —9,7 — 16,2 — 19,0 — 17,6 — 10,5 —0,8 9,5 16,1
Одесса 16,8 11,3 4,6 —0,1 —3,1 — 1,6 2,5 8,4 15,7 19,9
Омск 10,4 0,9 —9,4 — 16,1 -19,1 -17,6 —11,6 0,1 10,8 16,4
Петрозаводск 9,0 з,о —2,7 —7,7 —9.9 —9,6 —5,8 1,2 7,5 13,4
Пятигорск 15,4 9,7 2,5 —1,6 —4,8 —2,9 1,7 7,6 14,5 18,6
Ростов-на-Дону 16,5 9,8 2,3 —2,5 —5,7 —4,0 1,0 9,0 16,8 20,7
Рязань . . . \ Н,4 4,6 —2,4 —7,8 — 10,4 —9,9 5,0 4,4 13,3 17,2
Саратов 13,6 5,8 —1,2 —8,3 — 12,0 -10,8 —4,9 5,4 14,5 —
Свердловск 8,8 0,4 —7,8 —13,5 —15,6 — 13,1 -7,4 1,6 9,9 14,8
Семипалатинск 13,1 3,5 —6,4 — 12,7 —16,0 — 15,8 —9,6 3,0 14,2 19,7
Сочи 19,4 16,3 п,о 8,2 5,3 6,2 8,5 11,3 15,4 19,3
Сталинград Сталинск (Кемеровская 16,0 8,0 0,0 -5,8 —9,6 -7,8 —2,4 7,8 17,0 21,7
обл.) 10,4 1,5 —8,5 — 15,1 —17,4 — 15,9 -9,4 0,7 9,9 16,6
Ташкент 19,1 12,1 7,0 2,5 — 1,1 1,4 7,7 14,3 19,9 24,7
Тобольск 9,3 -0,2 — 10,1 - 16,2 — 18,3 —15,6 —9,1 о,о 9,0 15,0
Томск 9,1 —0,1 —10,7 — 16,9 — 19,2 — 16,8 —10,6 —1,0 8,4 15,0
Тюмень 9,8 0,9 —8,3 —14,3 — 16,7 —14,3 —8,1 1,7 10,8 16,2
Уральск 13,8 5,6 —3,4 —9,4 — 14,1 —12,2 —6,4 5,4 15,7 20,7
Уфа 10,8 2,4 —5,8 — 11,8 — 14,6 — 12,8 —6,4 3,1 12,7 17,3
Харьков 13,2 6,9 0,2 —4,8 —7,4 —6,0 —1,2 7,0 14,4 18,3
Челябинск 10,3 1,7 —6,8 — 13,0 — 15,7 — 14,0 —8,3 2,1 11,7 16,5
Чкалов 13,0 4,2 —4,6 — 11,0 — 15,0 — 13,5 -7,5 4,0 14,8 19,7
Ялта 19,0 14,2 8,8 6,1 3,7 4,0 6,3 10,4 16,1 20,5
1 Инж. Ф. Авраменко, Методика нормирования и нормы расхода топлива на отопление и хозяйст-
венно-бытовые нужды, Госпланиздат, 1948.
Приложения
225
Приложение б
Число часов стояния среднесуточных температур наружного воздуха за
отопительный период по данным инж. Е. П. Шубина, в обработке
инж. И. В. Дмитриева. Ориентировочные данные
Наименование населенных пунктов Число часов стояния среднесуточных температур наружного воздуха Средняя темпера- тура отопительного периода
+ ' + о + •I- о ю + о т о о“ + 6‘6-4-0’S- —10,0 4- —14.9 о о" 7 + о ю 7 о см 1 + о а 1 —25,0-т-—29,9 о о 1 + о 3 1 —35,0 4- -39,9 о 7 + о о* 7 Ниже —45,0 Итого
Архангельск 430 1 058 1 402 1 090 773 451 264 98 43 8 2 — 5 619 —6,0
Астрахань 346 1 027 1 120 . 617 310 120 43 7 — — — — 3 590 —2,7
Барнаул 317 672 864 880 845 624 418 238 120 31 8 1 5018 —9,5
Вологда 326 1 003 1 246 1 092 665 394 168 70 38 3 — — 5 005 -5,5
Воронеж» 329 1 010 958 806 499 264 113 32 6 — — — 4 017 —4,5
Ворошиловград .... 326 1 070 972 641 360 146 53 7 — — — — 3 575 —2,9
Гурьев . * . . 158 725 1 087 756 494 281 96 22 5 — — — 3 624 —5,3
Енисейск ....... 152 607 770 838 787 684 490 348 211 111 63 19 5 080 —12,3
Златоуст • . . 252 653 1 051 1 058 953 594 286 137 43 5 — — 5 032 —8,2
Иркутск 240 209 722 689 750 694 523 1374 247 212 — — 5 660 —12,6
Казань. • 362 955 1 102 984 737 456 218 86 28 2 — — 4 930 —5,7
211 1 085 1 210 662 298 125 25 1 — — — — 3 617 —2,8
Киров 252 770 1 155 1 057 808 528 254 111 60 10 — — 5 005 —7,0
Кировоград 293 1 143 1 130 595 278 114 29 — — — — — 3 591 —2,3
Ленинград . . ‘ 350 1 570 1 318 883 469 252 108 — — — — — 4 950 —3,7
Махач-Кала 583 1 470 574 182 58 13 3 — — — — — 2 883 + 1.4
Молотов . 267 758 1 082 1 052 811 531 278 141 62 19 2 — 5 003 —7,8
Москва 475 736 1 404 1 151 678 398 129 29 — — — — 5 000 -5,3
Мурманск 320 1 135 1 655 1 170 777 451 241 98 29 5 — — 5 881 —5,9
Николаев 545 1 280 998 422 206 53 7 — — — — — 3511 —0,6
Новороссийск 439 466 290 ПО 29 5 — — — — — — 1 339 + 1,8
Одесса 391 1 ПО 838 353 154 34 1 — — — — — 2 831 —0,5
Омск 272 614 713 823 823 732 509 314 132 50 10 1 4 993 —10,8
Петрозаводск 647 1 240 1 337 1 013 620 319 139 42 6 — — — 5 363 —3,9
Пятигорск 418 1 050 1 322 559 151 49 3 — — — — —. 3 552 —1,2
Ростов-на-Дону 401 1 145 980 588 276 121 31 — — — — — 3 542 —2,1
Свердловск 283 660 989 1 049 926 583 302 156 46 8 1 — 5 002 —8,3
Семипалатинск 403 708 837 892 758 574 382 192 79 35 6 — 4 866 —8,5
Сочи 269 360 36 2 — — — — — — — — 667 +4,2
Тобольск 240 612 888 910 882 662 451 252 122 38 10 — 5 067 —10,1
Томск 204 603 878 885 878 704 447 278 156 65 11 3 5 148 —10,7
Уральск 50 422 804 795 708 492 264 82 15 2 — — 3 634 —9,0
Уфа 326 816 1 034 1 013 768 535 264 121 37 6 — — 4 921 —7,2
Харьков 325 1 406 1 186 760 406 180 62 — — — — — 4 325 —3,8
Чкалов . . . . 192 555 864 820 761 567 310 125 27 7 — — 4 228 —8,6
Ялта 528 653 173 12 — — — — — — — — 1 366 +3,7
15 Е. я. Соколов.
226
Приложения
Приложение 7
Максимальный часовой расход тепла на одного жителя тыс. ккал
Род потребления Сибирь, Урал и Север Европей- ской ча- сти СССР Средняя полоса Европейской части СССР и северная часть Сред- ней Азии Южная часть Европей- ской ча- сти СССР Крым, Кавказ и юг Средней Азии Примечание
Отопление и вентиляция жилых зда- ний Отопление и вентиляция культурно- бытовых зданий Горячее водоснабжение Бани Прачечные Предприятия общественного питания 1,08 0,23 0,50 0,03 0,06 0,15 0,99 0,23 0,50 0,03 0,06 0,15 0,81 0,20 0,50 0,03 0,06 0,15 0,63 0,12 0,50 0,03 0,06 0,15 Дома с ваннами Полный пансион
Итого . . . 2,05 1,96 1,75 1,49
При составлении таблицы принято:
1. Объем жилых зданий на 1 жителя 60 м3. Расчетный расход тепла на вентиляцию
жилых зданий—10 7о расчетного расхода тепла на отопление.
2. Объем культурно-бытовых зданий на 1 жителя 12 л<3. Расчетный расход тепла на вен-
тиляцию культурно-бытовых зданий — 25% расчетного расхода тепла на отопление.
3. Расход горячей воды—93 л на 1 жителя в сутки. Температура горячей воды 60° С. Исполь-
зование максимума — 10 час. в сутки.
4. Расход тепла на Саню — 6 000 ккал на 1 помывку; две помывки на жителя в месяц
и 15 час. использования максимума тепловой нагрузки в сутки.
5. Расход тепла на прачечную—1 6JJ ккал на I кг сухого белья; 16 кг сухого белья
на 1 чел. в месяц и 15 час. использования максимума в сутки.
6. Расход тепла на общественное питание — 750 ккал на 1 чел. в сутки и 5 час. исполь-
зования максимума в сутки.
Годовой расход тепла на одного жителя, в мккал
Приложение 8
Районы Род потребления Сибирь, Урал и Север Европей- ской ча- сти СССР Средняя полоса Европейской части СССР и северная часть Сред- ней Азии Южная часть Европей- ской ча- сти СССР 1 Крым, Кавказ и юг Сред- ней Азии Примечание
Отопление и вентиляция жилых зда- ний Отопление и вентиляция культурно- бытовых зданий Горячее водоснабжение Бани Прачечные ... Предприятия общественного питания 2,90 0,62 1,75 0,15 0,30 0,28 2,36 0,52 1,75 0,15 0,30 0,28 1,50 0,32 1,75 0,15 0,30 0,28 0,83 0,18 1,75 0,15 0,30 0,28 Дома с ваннами Полный пансион
Итого . . . 6,0 5,36 4,31 3,49
При составлении таблицы принято:
1. Число часов использования отопительно-вентиляционного максимума:
Сибирь. Урал и Север Европейской части СССР......................................... 2 700
Средняя полоса Европейской части СССР и север Средней Азии............................2 4г0-?2 300
Юг Европейской части СССР........................................................... 1 900^-1 6'Ю
Крым, Кавказ и Средняя Азия ........................................................ 1 500-Я 300
2, Число часов использования максимума горячего водоснабжения жилых зданий, бань и
прачечнчх ........................................................................... 3 500
3. Число часов использования максимума тепловой нагрузки на общественное питание .... I 800
Приложения
227
Приложение 9
Основные физические константы воды
Тем пера- тура, °C t Теплоем- кость, ккал/кг °C с Удельный вес, кг!м* 7 Теплопро- водность, ккал/м час °C X Абсолют- ная вяз- ' кость, кг сек/м2 Кинематиче- ская вяз- кость, 10° v, м21сек Температуро- проводность я-107, м2/сек Критерий Прандтля Рг = — а
0 1,0088 999,87 0,477 182,9 1,795 1,314 13,66
10 1,0021 999,73 0,495 133,5 1,310 1,372 9,54
20 0,9987 998,23 0,513 102,8 1,010 1,429 7,07
30 0,9984 995,67 0,529 81,6 0,804 1,478 5,44
40 0,9987 992,24 0,543 66,6 0,659 1,522 4,33
50 0,9996 988,07 0,554 56,0 0,556 1,558 3,57
60 1,0008 983,24 0,564 47,9 0,478 1,592 3,00
70 80 1,0025 1,0045 977,81 971,83 0,570 0,576 41,5 36,4 0,416 0,367 1,615 1,639 2,68 2,24
90 1,0070 965,34 0,582 32,3 0,328 1,668 1,97
100 1,0099 958,38 0,586 28,9 0,296 1,682 1,76
120 1,0170 943,40 0,589 23,7 0,246 1,705 1,44
140 1,0257 926,40 0,589 20,0 0,212 1,722 1,23
160 1,0361 907,50 0,587 17,7 0,192 1,734 1,И
180 1,0570 887 0,579 15,7 0,174 1,720 1,01
200 1,0780 865 0,572 14,3 0,162 1,700 0,95
Приложение 10
Некоторые физические константы водяного пара по М. П. Вукаловичу
• Кинематическая вязкость перегретого водяного пара **10®, м21сек
/, °C Р, ата 100 150 200 250 300 350 400
1 20,9 27,8 35,5 44,2 53,8 64,3 75,6
20 — — — 2,06 2,58 3,12 3,71
40 — — — 0,93 1,22 1,51 1,82
100 4 — — — — 0,41 0,53 0,68
Теплопроводность водяного пара Х.104, ккал/м час °с
, °C р, ата 100 150 200 250 360 350 400
1 213 251 290 342 393 441 491
20 — — — 359 410 458 507
40 — — — 387 432 478 525
100 — — — — — 567 597
Показатель адиабаты сухого насыщенного водяного пара в области 0—150° С:
k = 1,105-1-0,0003/
Показатель адиабаты влажного пара
k= 1,035+0,1 х,
где х — паросодержание
15*
228
Приложения
Приложение 11
Коэффициенты местных сопротивлений трубопроводов
Наименование местных сопротивлений Примечание
Вентили проходные, d = 504-400 мм .... » „Косва" Задвижки нормальные Кран угловой „ проходной . • . . . О LO о оо —। о см •I- + * •!• ’’Г Ш СО О со о o' o’* Зависит от сечения
Компенсатор лировидный гладкий „ волнистый „ сальниковый разгруженный . . Водоотделитель Грязевик Угольник 90° Колена 90° гнутые гладкие, R=\fid . . . „ 90° гладкие, R = 2 d . .« „ 90° гладкие, R = 4 d „ 90° гладкие, R > 4 d Сварное колено (1 шов), 5 = 22,5° То же, Ь = 45° . а = 60° /х ” °'= 90° Тройник (встречный ток) 1.7 2,5 0,2 8 ч-12 4-j-6 1,04-2,0 1,0 0,7 0,3 0,05 ч-0,2 0,11 0,32 0,68 1,27 3,0 отверстия
__ J
1 Входные насадки .... 1,0 Острая кромка
Входные насадки Входные насадки с плавным изме- нением сечения - Л Труба Вентури | » / р 2 5 = (0,15^0,20) [1-^’j j 0,54-1,0 0,3--0,6 В зависимости от гладкости Наивыгоднейший угол 5 = 6-8°
Трубы стальные
Приложение 12
Условный проход d0, мм .... 40 50 70 80 ipo 125 150 200 250 300 350 400 450 590 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200
Наружный диаметр dH , мм , . 44,5 57 76 89 1С8 133 159 219 273 325 377 426 478 529 630 720 820 920 1 020 1 120 1 220
Толщина стенки 6, мм 2,5 3 3 3.5 4 4 4,5 6 8 8 10 11 12 12 12 12 14 14 14 14 14
Внутренний диаметр , мм . 39,5 51 70 82 100 125 150 207 257 309 357 404 454 505 606 696 792 892 992 1 092 1 192
Вес 1 пог. м, кг 2,59 4,0 5,4 7,38 10.26 12,73 17,15 31.52 52,28 62.54 90,51 112,58 137,9 153 182,9 209,5 278,3 312,8 347,3 381,8 416,4
Площадь поперечного сечения в свету, см2 12,2 20,4 38,5 53.4 78,5 123 177 334 512 750 1 000 1 270 1 610 2 000 2 889 3 800 4 940 6 250 7 730 9 450 11 220
Поверхность 1 пог. м, м2 . . . . 0,14 0.179 0,238 0,279 0,339 0,418 0,499 0,688 0,86 1,02 1,18 1,34 1.5 1,66 1,97 2.18 2,48 2.8 3,17 3,52 3,83
Момент инерции /0, см4 .... 7,25 19,5 «46 80.5 190 339 653 2 300 6 100 10 000 19 000 31 000 50 500 69 000 120 000 175 000 280 000 425 000 560 000 800 000 1 150 000
Момент сопротивления VF0, см3 3,25 6,85 12,1 18.1 35,2 51 82.1 210 447 615 1 010 1 455 2 120 2 610 3 820 4 860 6 850 9 250 И 000 14 300 18 890
Вид изготовления и ГОСТ . . . Бесшовные хо- лоднотянутые ГОСТ 301-50 Бесшовные горячекатанные ГОСТ 301-50 Электросварные ГОСТ 4015-52
Русл* кг/см* до 40 кг /см* j до 25 кг/см2 до 20 кг/см2 до 16 кг/см2
Характеристики теплоизоляционных материалов
Приложение 13
Наименование материала Объемный вес, кг/м3 Коэффициент теплопроводно- сти X, ккал/м час °C, при i = 20° С и различной влажно- сти (по объему) Допускае- мая темпе- ратура примене- ния Наименование материала Объемный вес, кг/м3 Коэффициент теплопроводно- сти X, ккал/м час °C, при t = 20° С и различной влажно- сти (по объему) Допускаемая температура применения
Абсолют- но сухой w « 10% w - 25% Абсолют- но сухой w = 10% w - 25%
Асбестовые матрацы с Пенобетон автоклавный 280 0,07 0,08 0,14 500
набивкой ньювелем . 659 0,12 150 350 0,09 0,09 0.16 500
Асбозурит 700 0,14 300 400 0,1 0,1 0,17 590
Войлок строительный . 300 0,04 130 Пеностекло 250 0,06 0,03 450
Диатомитовые изделия . 500 0,1 0.12 0,20 500 300 0,07 0.085 450
Минеральная вата .... 150 0,04 0,07 0,11 600 400 0,09 0,11 450
200 0,045 0.08 0,13 600 Стеклсволокно (маты) . 100-4-170 0,034 450
250 0,05 0,09 0,15 630 Совелит мастичный . . . 440 0,08 450
Минеральная пробка . . 250-4-400 0,05-4-0,1 Совелитовые плиты . . . 400 0.07 500
Минераловатные м-аты 120
(с обкладкой бумагой^ 2004-250 0,05 0.09 0,15 150
Данные для расчета нагрузок на опоры
Приложение 14
00
Условные проходы мм 50 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200
Наружный диаметр и 57 89 108 133 159 219 273 325 377 426 478 529 630 720 820 920 1 020 1 120 1 220
Внутренний диаметр .... о 51 82 100 125 150 207 257 309 357 404 454 505 606 696 792 892 992 1 092 1 192
Толщина стенки трубы . . . Толщина изоляции: 3 3,5 4 4 4,5 6 8 8 10 11 12 12 12 12 14 14 14 14 14
а) Подающая водяная и 100 100
паровая труба .... 50 50 50 60 60 69 69 60 70 70 70 70 70 80 80 90 90
б) Обратная водяная и конденсатная труба . а» 35 35 35 35 35 35 35 35 ’ 35 35 35 35 35 40 40 45 45 50 50
Наружный диаметр изоля- ции подающей трубы . . 157 189 208 253 279 339 393 445 517 566 618 669 770 880 980 1 100 1 200 1 320 1 420
Вес 1 пог. м подающей тру-
а) труба б) вода кг {м 4,0 2,1 7,4 5,3 10,3 7,9 12,7 12,3 17,2 17,7 31,5 33,5 52,0 52 62,5 75,0 99,5 100 112,5 128 138,0 161 153 200 183,0 288 209,5 380 278,5 490 313 630 347 770 382 935 416 1 115
в) изоляция (подающая труба) г) общий вес .. 6,8 12,9 8,9 21,6 10,1 28,3 14,9 39,9 16,6 51,5 21,1 86,1 25,0 129,0 29,0 166,5 39,0 229,5 43,5 284,0 48 347,0 52 405 61,5 532,5 80,5 670 91,5 860 114 1 057 126 I 243 155 1 472 170 1 701
Пролет между подвижными опорами м 3,5 4,5 5,5 5,5 6,5 7,5 9 9 10 11 12 13 13 13 14 15 15 15 16
Вес пролета трубы кг 45 97 155 220 334 645 1 160 1 500 2 295 3 130 4 150 5 260 6 900 8 700 12 000 16 000 18 709 29 200 27 200
Вертикальная нагрузка на свободную опору .... 67 146 232 330 500 970 1 740 2 250 3 440 4 700 6 220 7 900 10 350 13 100 18 000 24 000 28 000 30 300 41 000
Осевое усилие на неразгру- женную мертвую опору а- 334 860 1 280 2 000 2 880 5 500 8 450 12 100 16 400 20 700 26 400 32 700 47 500 62 100 80 000 101 000 127 000 162 000 183 000
Осевое усилие на разгру- женную мертвую опору и 67 172 256 400 576 1 100 1 690 2 420 3 280 4 140 5 280 6 540 9 500 12 420 16 000 20 200 25 400 32 409 36 600
Осевое усилие на свобод- ную опору 27 58 93 132 200 388 695 900 1 375 1 889 2 490 3 170 4 150 5 250 7 200 9 600 И 200 12 100 16 400
Момент инерции трубы. . . СМ4 19,5 80,5 190 339 653 2 300 6 100 10 000 19 000 31 000 50 500 69 000 120 000 175 0С0 280 000 425 000 560 000 800 000 1 150 000
Момент сопротивления тру- бы см8 6,85 18,1 35,2 51,0 82,1 210 447 615 1 010 1 455 2 120 2 610 3 820 4 860 6 850 9 250 11 000 14 300 18 800
Приложения
Примечания:
1. Удельный вес изоляции принят 400 кг!м8.
2. Осевое усилие на неразгруженную мертвую опору подсчитано по форму.
nd2
л-е N = 1,25 р—-— кг.
4
Ос евое усилие на разгруженную мертвую опору подсчитано по формуле
itd2
N - 0,25 р кг,
4
где р — внутреннее давление;
принято 13 кг!см*\
d — диаметр, см.
3. Осевое усилие на свободную опору подсчитано по формуле М = р-Q»
где р. — коэффициент скользящего трения; принят 0,4;
Q— вертикальная нагрузка на свободную опору, кг.
4. Расстояние между опорами принято из расчета напряжения трубы от ве-
са в рабочем состоянии около 250 кг!см*.
5. Трубы диаметром до 400 мм включительно—бесшовные, выше 400 мм —
сварные.
Приложения
231
Приложение 15
Основные данные о водоводяных подогревателях типа Теплосети Мосэнерго
Обозна- чение Размер- ность Номера подогревателей
3 1 4 1 6 8 1 ю I 12
Внутренний диаметр корпуса Диаметр латунных трубок :внутренний/на- D мм 83 100 150 203 252 309
ружный d 14/16 14/16 14/16 14/16 14/16 14/16
Число трубок в секции N шт. 7 12 31 55 88 140
Нормальная длина трубок секции Поверхность нагрева одной секции нормаль- 1с мм 4 000 4 000 4 000 4 000 4 000 4 000
ной длины Площадь живого сечения трубок одной сек- F м* 1,32 2,26 5,84 10,35 16,6 26,4
ции Площадь живого сечения межтрубного про- f т 0,00108 0,00185 0,00478 0,00847 0,0135 0,0216
странства одной секции . Отношение площади сечения межтрубного ?м 0,00393 0,00554 0,01146 0,02135 0,0322 0,0463
пространства к площади сечения трубок . Эквивалентный диаметр .межтрубного про- Ф — 3,66 3,00 2,4 2,52 2,38 2,16
странства ^эк мм 25,6 24,2 22,6 25,1 24,7 23,4
Строительная длина А 4 440 4 500 4 670 4 800 4 900 5 000
Расстояние между осями секций В 250 300 400 500 550 600
Расстояние патрубка от фланца корпуса . . . Б 150 170 180 200 225 250
Длина входного патрубка Диаметр входных патрубков отопительных подогревателей и диаметр калачей отопи- тельных подогревателей и подогревателей Г 210 210 210 210 270 270
горячего водоснабжения Dx 70 83 125 150 203 252
Вес латунных трубок одной секции Общий вес одной секции (с калачом и впу- кг п,о 20,0 50,0 89,0 143,0 228,0
скным патрубком) — кг 79,0 107,5 197,6 344,0 516,0 718,6
Коэффициенты местных сопротивлений
Приложение 16
элементов теплообменных аппаратов
Входные и выходные камеры........... 1,5
Поворот на 180° внутри камеры при
переходе из одного пучка в другой 2,5
Поворот на 180° при переходе через
колено из одной секции в другую 2,0
Вход в межтрубное пространство пер-
пендикулярно трубкам.............. 1,5
Поворот на 180° через тонкую пере-
городку внутри межтрубного про-
странства ......................... 1,5
Огибание перегородок, поддерживаю-
щих трубки......................... 1,0
Выход из межтрубного пространства
под углом 90° ..................... 1,0
Примечание. Приведенные значения коэффициентов местных сопротивлений отнесены к рабоче й
скорости воды (в трубках или межтрубном пространстве).
ЛИТЕРАТУРА
1. П. А. Акользин и А. П. Мамет,
Предотвращение коррозии тепловых сетей и
обратных конденсатопроводов, «Известия
ВТИ», 1949, №11.
2. С. С. Аронович, Теплосиловые уста-
но(вки железонодорожного транспорта, ч. II.
Трансжелдориздат, 1951.
3. Н. М. Анисимов, Расчет отопитель-
ной нагрузки системы районного теплоснаб-
жения. Кандидатская диссертация, Горьков-
ский инженерно-строительный институт.
4. Г. Н. А б р а м о в и ч, Прикладная газо-
вая динамика. Издательство технико-теоре-
тической литературы, 1953.
5. Автоматическое регулирование подпит-
ки и гидравлического режима ма1гистральных
тепловых сетей ОРГРЭС, П. М. Брик, Гос-
энергоиздат, 1954.
6. А. Д. Альтшуль, Обобщенная зави-
симость для гидравлического расчета трубо-
проводов, «Гидротехническое строительство»,
1952, № 6.
7. А. А. Ароне и М. М. Поляк, Те-
пловые потери подземных теплопроводов,
«Тепло и сила», 1933, № 9.
8. А. А. Ароне, Конструкции и расчет
теплопроводов, Тепловые сети. Сборник до-
кладов ОНТИ, 1934.
9. Г. А. Ароне, Струйные аппараты,
Госэнергоиздат, 1948.
10. С. Я. Белинский, Некоторые во-
просы проектирования тепловых сетей, «Теп-
лосиловое хозяйство», 1939, № 4—5.
11. Л. Д. Берман, К регулированию
отпуска тепла в водяных тепловых сетях, «Из-
вестия ВТИ», 1935, № 4.
12. Л. Д. Берман, Работа водяных
тепловых сетей при количественном регулиро-
вании, «Тепло и сила», 1937, № 1.
13. Л. Д. Берман, Теория и расчет во-
доструйных насосов, «Известия ВТИ», 1935,
№ 3.
14. Л. Д. Берма н, Научная база совет-
ской теплофикации, «Известия ВТИ», 1949,
№ 11.
15. Л. Д. Берман, Работа водяных те-
пловых сетей при переменных нагрузках,
«Тепло и сила», 1936, № 3.
16. Б. А. Бахметьев, Механика тур-
булентного потока, Госэнергоиздат, 1939.
17. В. Д. Бланкман, Опыт наладки
автоматизированных абонентских вводов,
Сборник докладов, Энергоиздат, 1954.
18. П. М. Брик, Регулирование гидра-
влического режима магистральных тепловых
сетей, «Электрические станции», 1952, № 1.
19. К- К- Баулин, О расчете эжектора,.
«Отопление и вентиляция», 1938, № 6.
20. Е. Ф. Бродский и И. С. Ланин,
Горячее водоснабжение при непосредственном
водоразборе из тепловых сетей, Ленинград,
1951.
21. В. П. Витальев, Увлажнение под-
весных изоляционных конструкций тепловых
сетей, «Электрические станции», 1954, № 6-
22. М. П. В у к а л о в и ч, Термодинамиче-
ские свойства воды и водяного пара, Машгиз,
1951.
23. А. И. Воробьев и В. И. Дубниц-
кий, Новая строительно-изоляционная кон-
струкция подземных теплопроводов, «Элек-
трические станции», 1954, № 3.
24. Вопросы эксплуатации тепловых се-
тей, под ред. С. Ф. Копьева, Госэнергоиздат,
1950.
25. Вопросы эксплуатации тепловых се-
сетей, под ред. Е. Я. Соколова, Госэнерго-
издат, 1954.
26. А. С. Горшков, Технико-экономиче-
ские показатели тепловых электрических
станций, Госэнергоиздат, 1949.
27. Н. К. Громов, Гидравлический и
тепловой режим работы сетей. Сборник ста-
тей, Госэнергоиздат, 1950.
28. Н. К. Г р о м о в, Закрытая схема те-
пловых сетей для теплоснабжения городов,
«Электрические станции», 1949, № 8.
29. М. И. Гринберг, Развитие паро-
вых турбин с отбором пара Ленинградского
металлического завода, «Электрические стан-
ции», 1949, № 11.
30. Б. И. Генкин, Регулировка водя-
ных тепловых сетей, Госэнергоиздат, 1951.
31. В. А. Голубцов и М. М. С е н-
д и к, К вопросу выбора рациональных схем
водоподготовки для тепловых сетей, «Тепло-
энергетика», 1954, № 4.
32. Ш. У. Г о л я н с к и й, Борьба с элек-
трокоррозией в тепловых сетях, «Теплосило-
вое хозяйство», 1940, № 10—11.
33. П. Л. Давидсон, Методика основ-
ных расчетов по теплофикационным сетям,
Трансжелдориздат, М., 1934.
34. В. В. Дмитриев, Основные вопро-
сы теплофикации городов, ГНТИ, 1933.
35. А. М. Далин, Сбор и возврат кон-
денсата, Госэнергоиздат, 1949.
36. В. К. Д ю с к и н, Переменный расход
воды в тепловых сетях, Госэнергоиздат, 1949.
37. Н. М. Давидянц и А. А. Ля-
мин, Городские подземные коллекторы и их
Литература
233
рациональная конструкция, «Городское хо-
зяйство Москвы», 1953, № 3.
38. Н. И. Дунаевский, Технико-эко-
номические основы теплофикации, Госэнерго-
издат, 1952.
39. Двадцать пять лет советской тепло-
фикации, «Электрические станции, 1949, №11.
40. Н. С. Ермолаев, К вопросу об
определении тепловой характеристики зданий,
«Отопление и вентиляция», 1932, № 4.
41. Б. А. 3 ан а д овс к и й, Производ-
ственные паропро<воды, ОНТИ, 1934.
42. Н. М. Зинге р, Выбор оптимального
расстояния сопла от камеры смешения
в струйных аппаратах, «Известия ВТИ», 1949,
№ 6.
43. С. Е. 3 а х а р е н к о и В. А. Ч уг-
ре ев, Строительство мапистральных тепло-
вых сетей Москвы, «Электрические станции»,
1949, № 11.
44. С. Ф. Копье в, М. Б. Перлин и
Н. Н. Романов, Успехи советской тепло-
фикации, «Электрические станции», 1947,
№11.
45. Л. И. К е р ц е л л и и В. Я. Рыж-
к и н, Тепловые электростанции, Госэнерго-
издат, 1956.
46. С. Ф. Копье в, Теплоснабжение,
Строительно-архитектурное издательство, 1953.
47. С. Ф. Копье в, Теплофикация, Строй-
издат, 1940.
48. С. Ф. К о п ь е в, Бойлеры и паропре-
образователи, 1939.
49. С. Ф. Копье в, Водоподготовка для
систем теплофикации с непосредственным во-
доразбором, «Электрические станции», 1949,
№ 11.
50. А. Н. Крашенниников, Произ-
водство монолитного автоклавного термоизо-
ляционного армопенобетона для теплофика-
ционных сетей. Информационные материалы
«Ленэнерго, Госэнергоиздат, 1949.
51. Л. А. Кузнецов и Б. В. Рудо-
мин о, Конструирование и расчет трубопро-
водов теплосиловых установок, Машгиз, 1949.
52. А. А. Крауз, Температура воды
в магистралях районного отопления, «Тепло
и сила», 1931, № 12.
53. Д. Я. Каган, Удаление растворен-
ного в воде кислорода химическим путем,
«Тепло и сила», 1938, № 2.
54. С. Д. Kip он г а уз, Системы тепло-
снабжения промышленных предприятий от
центральных котельных, Стройиздат, 1951.
55. А. М. К о м ар о в и В. В. Лукниц-
к и й, Справочник для теплотехников элек-
тростанций, Госэнергоиздат, 1949.
56. Я. С. Л а з д а н, Пароводяной бойлер
для системы водяного отопления, «Отопление
и вентиляция», 1938, № 8—9.
57. А. А. Л а г о в с к и й и В. Б. П а к ш-
в е р, Тепловые электрические станции, Гос-
энергоиздат, 1948.
58. И. С. Л а н и н и М. И. Харитон,
Опыт борьбы с коррозией в тепловых сетях,
Госэнергоиздат, 1953.
59. И. С. Ланин, Количественное регу-
лирование в тепловых сетях Ленинграда, «За
экономию топлива», 1948, № 11.
60. А. Н. Ложки н, Трансформаторы
тепла, Машгиз, 1948.
61. Б. В. Лопатин, Тепловые сети.
Строительные конструкции и их расчет, Из-
дательство литературы по строительству и
архитектуре, 1954.
62. В. В. Л у к н и ц к и й, Тепловые элек-
трические станции промышленных предприя-
тий, Госэнергоиздат, 1953.
63. В. В. Лукницкий и В. В. С е ль-
ве с т р о в, Паровые электростанции неболь-
шой и средней мощности, Госэнергоиздат,
1948.
64. И. С. Ланин, Терморегуляторы го-
рячего водоснабжения, «Энергетик», 1953,
№ 6.
65. П. Д. Лебедев и А. А. Щукин,
Промышленная теплотехника, Госэнергоиздат,
1956.
66. Т. Ф. Максимов, Л. Д. Берман
и А. Ф. Почуев, Тепловые водяные сети
в генплане теплофикации Москвы, «Известия
ВТИ», 1934, № 10.
67. Л. А. Мелентьев, Теплофикация,
Изд. АН СССР, 1944 и 1948.
68. Л. А. Мелентьев, Основные во-
просы промышленной теплоэнергетики, Гос-
энергоиздат, 1954.
69. М. А. Михее в, Основы теплопере-
дачи, Госэнергоиздат, 1956.
70. В. Д. М а ч и н с к и й, Теплотехниче-
ские основы гражданского строительства, Гос-
стройиздат, 1933.
71. В. Д. М а ч и н с к и й, Темп остыва-
ния помещений и зданий при перерывах цен-
трального отопления, «Отопление и вентиля-
ции», 1934, № 8.
72. Г. А. Мурин, Гидравлическое со-
противление стальных труб, «Известия ВТИ»,
1948, № 10.
73. Г. А. Мурин, Гидравлическая ха-
рактеристика регулирующих органов трубо-
проводов, «Известия ВТИ», 1953, № 1.
74. Г. А. Мурин, Гидравлическое со-
противление арматуры, «Теплосиловое хозяй-
ство», 1934, № 17.
75. Непосредственный водозабор из теп-
ловых сетей, Ивановское издательство, 1950,
76. М. Г. Первухин, Ленинский завет
электрификации СССР, «Теплосиловое хозяй-
ство», 1940, № 1.
77. В.' Б. П а к ш в е р, Дальнее тепло-
онабже(чие городов, «За экономию топлива»,
1949, № 11.
78. М. Б. Перлин и М. А. Аксенов,
Тепловые сети, Госэнергоиздат, 1953.
79. Г. И. Петелин, Трубопроводы
электростанций, ОНТИ, 1935.
80. М. М. Пи к, Простейший способ при-
соединения водяных систем к паровым сетям,
«Промышленная теплоэнергетика», 1946, № 7.
81. М. М. Пик, Опыт работы систем го-
рячего водоснабжения с непосредственным
водоразбором. Сборник «Наладочные и экс-
периментальные работы ОРГРЭС», вып. III,
Госэнергоиздат, 1952.
82. Проблемы централизации производ-
ства холода, Укрнихи, 1936.
83. Правила технической эксплуатации
электростанций и сетей, Госэнергоиздат, 1953.
84. М. М. Пи к, Исследование изоляци-
онных конструкций и внешней коррозии под-
земных теплопроводов в действующих уста-
234
Литература
новках. Сборник «Наладочные и эксперимен-
тальные работы ОРГРЭС», вып. V, Энерго-
издат, 1952.
85. Руководящие указания по проектиро-
ванию тепловых сетей, Главэнерго НКТП,
1939.
86. Е. А. Русаковский и А. И. Ш е ф-
т е л ь, Энергетика отраслей народного хозяй-
ства, Энергоиздат, 1935.
87. В. Я. Рыжкин, Выбор рациональ-
ных параметров водяных тепловых сетей.
Сборник «Технические проблемы теплофика-
ции», Госэнергоиздат, 1952.
88. Руководящие указания по монтажу,
наладке и эксплуатации авторегуляторов кон-
струкции ОРГРЭС для теплофикационных
установок, Авторы В. П. Витальев,
Д. А. Гросман и Р. М. Соколов, Гос-
энергоиздат, 1954.
89. Г. Рихер, Гидравлика трубопрово-
дов, Энергоиздат, 1936.
90. Н. А. Рябчиков, Теплофикация
г. Иванова. «Электрические станции», 1949,
№ 11.
91. Р. П Сазонов, Экспериментальное
исследование водоструйных насосов с ци-
линдрической камерой смешения, «Известия
ВТИ», 1949, № 11
92. Е. Я. Соколов, Успехи эксплуата-
ции и строительства тепловых сетей Москвы.
Сборник «Вопросы эксплуатации тепловых
сетей», Госэнергоиздат, 1950.
93. Е. Я. Соколов, Н. К. Громов и
А. П. Сафонов, Эксплуатация тепловых
сетей, Госэнергоиздат, 1955.
94. Е. Я. Соколов, Расчет и конструи-
рование пароструйных компрессоров. Инфор-
мационное письмо 2/22, Госэнергоиздат, 1951.
95. Е. Я. Соколов, Предельные режи-
мы пароструйных компрессоров, «Известия
ВТИ», 1950, № 10.
96. Е. Я. Соколов, Исследование водо-
струйных насосов и методика их расчета,
«Известия ВТИ», 1950, № 3.
97. Е. Я. Соколов, Тепловые сети, Гос-
энергоиздат, 1948.
98. Е. Я. Соколов, Энергетические
основы производства холода, «Тепловое хо-
зяйство», 1939, № 7.
99. Е. Я. Соколов, Практика исполь-
зования отработавшего и мятого пара, Изда-
тельство МЭИ, 1951.
100. Е. Я. Соколов, Современные про-
блемы теплофикации, «Известия ВТИ», 1947,
№ 11.
101. Е. Я. Соколов, Расчет и построе-
ние характеристик пароструйных компрессо-
ров, «Известия ВТИ», 1948, № 9.
102. Е. Я. Соколов, Закрытая систе-
ма горячего водоснабжения с двумя последо-
вательно включенными подогревателями, «Те-
плоэнергетика», 1954, № 5.
103. Строительные нормы и правила,
ч. II, Государственное издательство строи-
тельной литературы, 1954.
104. Е. Я. Соколов, Новая система
использования мятого пара, «Промышленная
энергетика», 1944, № 6.
105. А. П. Сафонов, Автоматические
регуляторы на теплофикационных вводах,
Госэнергоиздат, 1952.
106. А. П. Сафонов, Автоматика теп-
лофикационных отопительных вводов, «Элек-
трические станции», 1949, № 11.
107. Л. Г. Скрицкий, Контроль и
автоматика систем теплоснабжения, Строй-
издат, 1948.
108. Е. Я. Соколов и А. А. Сквор-
цов, Исследование и разработка рациональ-
ных конструкций подземных теплопроводов,
«Известия ВТИ», 1951, № 10.
109. Технические проблемы теплофика-
ции, Сборник статей и докладов, Госэнерго-
издат, 1952.
ПО. Г. К- Филоненко, Гидравличе-
ское сопротивление трубопроводов, «Тепло-
энергетика», 1954, № 4.
111. М. Ф. Филиппов, Сборные кон-
струкции теплопроводов и новые способы их
прокладки, «Электрические станции», 1951,
№ 1.
112. А. В. Хлудов, Горячее водоснаб-
жение, Госстройиздат, 1944.
113. Г. С. Хованский, Номограмма
для расчета потерь напора в трубопроводах,
«Теплоэнергетика», 1955, № 2.
114. Б. Л. Шифр и неон, Л. А. Ме-
лентьев и М. С. Иоффе, Выбор расчет-
ных температур теплоносителя в тепловых
сетях, «Теплосиловое хозяйство», 1940, № 12.
115. Б. Л. Шифри.нсон, Основ,нюй рас-
чет тепловых сетей, Госэнергоиздат, 1940.
116. Б. Л. Ш и ф р и н с о н, Распределе-
ние расхода воды в тепловой сети, «Отопле-
ние и вентиляция», 1935, № 11.
117. Б. Л. Ш и ф р и н с о н, Гидр один ами)-
ческий расчет тепловых сетей. «Тепло и си-
ла», 1935, № 1.
118. С. А. Шохат и А. Н. Че твери-
че нко, О дальнем теплоснабжении, «За
экономию топлива», 1951, № 7.
119. Ф. А. Шевелев, Исследование
основных гидравлических закономерностей
турбулентного движения в трубах, Строи-
тельно-архитектурное издательство, 1953.
120. М. С. Ш к р о б, Современные мето-
ды водоподготовки и обработки котловой
воды. Госэнергоиздат, 1947.
121. Е. П. Шубин, Новый способ под-
счета тепловых потерь нескольких труб, уло-
женных в грунт, «Известия ВТИ», 1934,
№ 8.
122. Е. П. Шубин, Проектирование го-
родских тепловых сетей. Издательство Мини-
стерства коммунального хозяйства РСФСР,
1952.
123. Е. П. Шубин и С. А. С а т у н о в-
с к и й, Изоляция теплопроводов, Стройиздат,
1941.
124. Е. П. Шубин и А. П. Сафонов,
О нормировании теплопотерь в тепловых се-
тях, «За экономию топлива», 1952, № 3.
125. Элементы оборудования тепловых
сетей, ОНТИ, 1934.
126. Б. М. Якуб, Теплоэлектроцентрали,
Энергоиздат, 1933.
127. Б. М. Якуб, Генеральный план теп-
лофикации Москвы, «Известия ВТИ», 1934, № 8.
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Абонентские установки для возврата конденсата 39
Абонентский ввод, автоматизация 114, 115
----обслуживание 211
— — стоимость 205
----схема 114, 174
Аварийное состояние тепловой сети 214
Автомат аварийного слива 111
Автоматизация теплофикационных установок 106, 108
Авторегулятор 107
Аккумулятор горячей воды 32, 33
Альтшуля формула 56
Б
Блазиуса формула 54
Брика конструкция 114
— схема 113
В
Водоподготовка для тепловых сетей 46
---------кислотная 50
---------термическая 48
ВТИ конструкция 126
Выработка электрической энергии 17
Гидравлический затвор 39
— расчет 53, 60
----определение параметров циркуляционных насо-
сов 71
График пьезометрический 60, 63
---- конденсационной сети 68
----построение 65, 66
— расхода воды 93, 94, 97—99
— температур 90—94, 97-99
— тепловой нагрузки 24—26
д
Давление отбора, выбор 210
Дальнее теплоснабжение 9
Д’Арси уравнение 53
Деаэрация 43, 47
Диспетчер тепловой сети 75
Диспетчерский пункт 211
Дренаж воды 121, 136
Дюкер 130
3
Затвор гидравлический 39
— железостружечный 42
И
Изоляция тепловая 132—138
----выбор толщины 168
----конструкции 133
К
Камера 124, 127
Канал непроходной 124
— полупроходной 123
— проходной 122
Кармана формула 153
Карта районирования 20
— тепловая 27, 119
Клапан обратный 121
Коллектор 123
Компенсатор 15, 148
— линзовый 152
— осевой 151
— расчет 155—158
— сальниковый 148, 151, 152
Компенсация естественная 152
---- расчет 152
Компенсирующая способность 155
Компрессор пароструйный 44, 188
— — расчет 189
Конденсатоотводчик 40, 41
Копьева конструкция 181
Коррозия внутренняя 216
— наружная 125, 218
Коэффициент гидравлического трения 53, 55
— инжекции 189
— использования топлива 11
— лучеиспускания 160
— местного сопротивления 58, 228, 231
— полезного действия внутренний абсолютный тур-
бины 13, 15
----относительный 12
---- изоляции 165
---- котельной 12
----станции 13
----тепловой сети 13
----электромеханический 12, 13
— понижения жесткости 153
— скорости 189
— смешения 85—94
— теплоотдачи конвекцией 160
---- лучеиспусканием 160
— теплопередачи вентиляционных калориферов 91, 94
----местных теплообменников 85, 94
----отопительных приборов 90, 93
— теплопроводности грунта 162
— трубы 153
— холостого хода насоса 72
Кран воздушный 121
Л
Лак антикоррозийный 124
Ленэнерго конструкция 128
М
Магистраль расчетная 68, 69
Мачта железобетонная 131
Мурина результаты 55
Н
Нагревательные приборы абонентских вводов 86
Нагрузка горячего водоснабжения 18, 23
— сезонная 18, 19—23
— технологическая 18, 23
Напор 60, 66
— гравитационный 88
— температурный средний 85, 90
Насос 31, 39, 71
Неравномерность регулятора 111
Нейтральная точка 83, 112
---- дополнительная 84
Никурадзе формула 54
Нуссельта формула 160
236
Алфавитный указатель
О
Опора 144
— мертвая 144, 146, 149
— свободная 144, 145
ОРГРЭС конструкция 109
П
Падение давления линейное 53
----местное 58
----суммарное 59
Пар отработавший 9
----параметры 9
Параметры циркуляционных насосов 71
Паропреобразователи 184
Пенобетон 128
Перепад гравитационный 88
— температурный 85, 90
Подогреватели 169—176, 179, 183, 231
Подпитка тепловых сетей 47, 217
Подпиточное устройство 29, 36, 83
Подпорные шайбы 39
Подстанции 45
Потери конденсата 214
— тепловые 19, 27, 165, 207
Потеря давления экономическая, выбор 208
Профиль тепловой сети 65
Р
Разрегулировка водяных систем 75, 77
Расход воды в местных отопительных системах 96
----нормы 223
----суммарный 102
— тепла на вентиляцию 22
------- отопление 20
----суммарный 23
----часовой 19, 226
— топлива 12, 226
Расчет гидравлический 53 60, 74, 75
— компенсаторов 155, 158
— разветвленной тепловой сети 68
— тепловой 159, 163
----подогревателей 177
Расчетная наружная температура 20
Регулирование автоматическое 86, 116, 117
— качественное 88, 90—92, 103, 213
— количественное 88, 93—95, 103
— количественно-качественное 88, 95, 103
— комбинированное 85, 96—101
— местное 85
— подпитка 109
— пропусками 89
— центральное 85, 87
Регулятор давления 114
— непрямого действия 107
— прямого действия 107
— расхода 114
— температуры 111
Режил^ гидравлический 71
Резервирование теплоснабжения 118
С
Сети тепловые, конструкции 117, 121, 126, 127
----материальная характеристика 202
----оборудование 117, 138
----стоимость 202
----схемы 117, 118
----фасонные части 143
---- эксплуатация 211
Система теплоснабжения 27
---- водяная 29
-------закрытая 30, 34
-------зависимая 30, 31
-------независимая 30, 32
-------открытая 35, 36
----выбор 51
---- паровая 37
-------без возврата конденсата 37
------- двухтрубная 39
------- однотрубная 38
-------с возвратом конденсата 37
Сопротивление теплового слоя 161
— тепловой поверхности 159
Стоимость абонентских систем 205
— перекачки теплоносителя 206
Стоимость тепловой сети 202
— тепловых потерь 207
Стрела прогиба трубопровода 145
Сульфатирование 47, 217
Схема автоматизации абонентского отопительного
ввода 114
---одноступенчатой подогревательной установки 108
— автоматического регулирования температуры воды,
подаваемой на горячее водоснабжение 116
— водоподготовки 51
— ВТИ — МЭИ — Теплосеть Мосэнерго 33
— двухступенчатой подогревательной установки 171, 180
— подпиточного устройства 83
— расположения дренажных и воздушных кранов 121
— регулятора непрямого действия с гидроприводом 107
— сети с подстанцией 45, 46
— теплоэлектроцентрали высокого давления 28
Схемы присоединения отопительных установок 67, 90
Температура внутренняя 22
— наружная 22, 23, 219, 220
— расчетная 23, 219, 220
Тепловая нагрузка, классификация 18
---на горячее водоснабжение 18, 23
---параметры 18
---сезонная 18, 19
---технологическая 18, 19
Тепловое равновесие 19
Тепловыделения внутренние 19
Теплоноситель 9
— выбор 51
— определение состояния 70
— подготовка 27, 46
— стоимость перекачки 206
Теплоподготовительные установки 169
Теплопровод 10, 120, 121
— конструкции 121—132
— надземный 131
— тепловой расчет 163
Теплофикация 5, 9, 11
Теплоэлектроцентрали 6, 7, 11
Термореле 109
— биметаллическое 116
У
Установка конденсатосборная 41
— теплоподготовительная 169
Устойчивость гидравлическая 81
Ф
Фиксация давления 83, 112
Фильтры сталестружечные 42
X
Характеристика гидравлическая регулирующих орга-
нов 77, 79
---системы 71
— здания, вентиляционная 22, 221, 222
---отопительная 20, 21, 221, 222
— изолирующих материалов 229
— насоса 72
— сети 72, 74
— струйных аппаратов 196
Ш
Шайбы подпорные 39
Шероховатость абсолютная 55
— неравномерная 55
— относительная 55
— равномерная 55
Шубина данные 225
Э
Эквивалент тепловой 11
Экономия топлива абсолютная 14
---годовая 17, 201
---от теплофикации 16
--- удельная 15
Эксплуатация тепловых сетей 211
Элеватор водоструйный 32
Цена 9,45. 35 к
C.Jt. Соколов
ТЕПЛОВЫЕ
СЕТИ