Схемы присоединения абонентов. Элеватор.

(рисуй с элеватором схему)

T1, Т2 — подающая и обратная линии тепловой сети; 1 — теплофикационный подогреватель; 2 — пиковый котел; 3 — воздушный кран; 4 — расширительный бак; 5 — отопительный прибор; 6 — насос; 7- водоподогреватель; 8 — регулятор расхода; 9 — элеватор; 10 — сетевой насос; 11 — регулятор подпитки; 12 — подпиточный насос.

Непосредственное присоединение с водоструйным элеватором для подмешивания охлажденной воды применяется для жилых и общественных зданий до 12 этажей. Данная схема основана на использовании элеватора, который не требует постоянного обслуживания. Сетевая вода из подающего теплопровода поступает после регулятора расхода 8 через патрубок в элеватор 9, куда через перемычку подсасывается часть охлажденной воды, возвращающейся из системы отопления в обратный теплопровод сети. Смешанная вода требуемой температуры подается элеватором в систему отопления. Для нормальной работы элеватора требуется разность давлений в подающем и обратном трубопроводах 0,08-0,15 МПа. Недостатком схемы подключения является прекращение независимой циркуляции воды от тепловой сети в системе отопления и замораживание ее при аварийном отключении от тепловой сети.

Зависимое присоединение при совместной установке элеватора и насоса на перемычке для подмешивания охлажденной воды применяется для жилых и общественных зданий до 12 этажей. Такое присоединение позволяет надежно осуществлять циркуляцию воды в системе отопления при аварийном отключении от тепловой сети. Однако при этой схеме появляются затраты на насос и дополнительный расход электроэнергии на его привод, а также шум.

32. Схемы присоединения абонентов. Автоматизированный узел. Независимая схема.
Автоматизированный узел управления– это совокупность устройств и оборудования, обеспечивающих автоматическое регулирование температуры и расхода теплоносителя на вводе в здание в соответствии с заданным для этого здания температурным графиком или в соответствии с потребностями жителей

АУУ решает проблемы «перетопов» в многоквартирных домах и позволяет существенно экономить на оплате за тепловую энергию, полноценно выполняя функции автоматизированных ИТП.

Цель внедрения: Обеспечить соблюдение режимов подачи теплоносителя на тепловом вводе системы отопления здания согласно договору на теплоснабжение. Решение поставленной задачи позволит при соблюдении комфортного температурного режима в жилых и нежилых помещениях снизить фактический расход тепловой энергии.

Эффективность от применения:
Снижение теплопотребления за счет погодного регулирования отпуска тепла (в совокупности с балансировочными клапанами на стояках системы отопления, термостатическими вентилями на каждом отопительном приборе и проведением утеплительных мероприятий позволяет экономить до 25–37 % тепловой энергии).
Снижение затрат на автоматизацию ИТП, за счёт сокращения объёмов и сроков проведения монтажных работ, транспортно-заготовительных и накладных расходов.
При возникновении внештатной ситуации предусмотрена возможность переключения на исходную схему теплоснабжения, а также предусмотрена возможность аварийного электроснабжения АУУ.

Если присоединение элементов выполняется по независимой схеме, то вода в котле нагревается примерно до 150⁰, после чего через специальное теплообменное оборудование отправляется к основному теплоносителю. Основной теплоноситель служит для циркуляции в замкнутом контуре отапливаемого жилого дома. Вода в таком случае не смешивается.

Тепловой пункт оснащается циркуляционным насосом для обеспечения напора и водяными теплообменниками. Применение комплекса мер по энергосбережению системы: использование современных, электронных регуляторов температуры теплоносителя, циркуляционных насосов с регулируемой частотой вращения, приборов учета потребляемой тепловой энергии. Применение комплекса мер по обеспечению надежности работы: особое проектирование системы отопления всего населенного пункта, закольцовка их с возможностью аварийного переключения потребителей на различные источники теплового снабжения.

Независимая схема присоединения применяется, если в инженерной схеме недопустимо увеличение гидравлического давления (из условия системной прочности). То есть величина давления воды в наружном трубопроводе должна быть больше величины давления во внутреннем трубопроводе. Помимо осуществления неизменяемого теплового гидравлического режима под внешними воздействиями, подбираемого для каждого здания отдельно, независимое отопление характеризуется повышенной надежностью.

33. Прокладка трубопроводов.
Прокладка может быть наземной и подземной. Наземные теплопроводы разрешается прокладывать только в малонаселенной местности, либо по территории промышленного предприятия. Трубопроводы прокладываются по низким опорам, либо на мачтах, эстакадах и т.п. Не допускается прокладка по фасаду здания.

Подземная прокладка может быть канальная или бесканальная. Каналы могут быть проходные, полупроходные и непроходные. Проходные – при большом скоплении коммуникаций. Размеры канала - из условия свободного прохода человека. Полупроходные сооружаются когда трубопроводы требуют постоянного наблюдения, а сооружение проходных каналов экономически нецелесообразно. Размеры полупроходных каналов выбираются из условия прохода человека в полусогнутом состоянии (h_{в свету} 1.4м).

Проходные и полупроходные каналы должны быть оснащены системой вентиляции, поддерживающей температуру воздуха в канале не выше 50⁰С, иметь освещение (u<30В), иметь устройство для отвода дренажных вод, через каждые 200 метров должны быть люки.

Непроходные каналы – из готовых железобетонных конструкций. Размер канала зависит от диаметра прокладываемого трубопровода. В местах скопления арматуры делаются теплофикационные колодцы, павильоны, камеры.

Прокладка бесканальная может быть в литых, шамотных и засыпных конструкциях.

Трубопроводы, проложенные под землей, находятся в условиях, способствующих коррозии. Для защиты трубопроводов от влаги нужна гидроизоляция трубопровода (на сам трубопровод): покрытие гидрозолом, эмалирование, нанесение пленочных покрытий.

Для защиты от увлажнения на поверхность тепловой изоляции обязательно накладывается покрывной слой.

Для снижения уровня грунтовых вод делается попутный дренаж (с одной или двух сторон трубопровода укладываются керамические трубы d>250 мм через каждые 40 метров сооружают колодцы для прочистки дренажа).

Для защиты от блуждающих токов используют:

1. Катодную защиту. В грунт закладывают электроды и подают напряжение.

2. Электрическое секционирование трубопроводов. В этом случае элементы трубопроводов соединяются с использованием фланцев между которыми закладывают электроизоляционный материал.

3. Увеличение электрического сопротивления. На переходе рельсы – грунт (укладка рельсов на слой гравия), увеличение электросопротивления грунта (спец. добавки в почву), применение электроизоляционных покровных материалов, прокладка труба в трубе.

34. Опоры трубопроводов.
Опоры делят на свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес трубопровода с тепловой изоляцией, теплоносителем и позволяют трубопроводу свободно перемещаться.

Неподвижные опоры воспринимают усилия внутреннего давления, реакцию компенсаторов и свободных опор. Они фиксируют положение трубопроводов.

Удельная нагрузка qв= - qв – вес трубопровода с изоляцией и снеговым покрытием на 1 м трубы. qг– горизонтальная составляющая (ветровое усилие). k– аэродинамический коэффициент (1.4…1.6). Wв, rв– скорость и плотность воздуха.

d_H – диаметр тепловой изоляции.

Расстояние между свободными опорами определяется либо по допустимым напряжениям на изгиб, либо по допустимой стреле прогиба y. Максимальный изгибающий момент на опоре есть

.

Стрела прогиба трубопровода определяется по формуле

, где EJ - жёсткость трубы; E- модуль Юнга; J- момент инерции.

, где W- полярный момент сопротивления трубы. Отсюда

- расстояние между опорами.

Свободные опоры могут быть скользящими, роликовыми и катковыми.

Реакция на скользящей опоре определяется как N=Qbμ, Qb=1.5qbl Здесь μ – коэффициент трения скольжения; Qb - вертикальное усилие на опоре. Коэффициент 1.5 учитывает возможность провисания одной из опор. Скользящие опоры применяются для трубопроводов с диаметром меньше 400 мм.

1-тепловая изоляция;

2-опорный полуцилиндр;

3-скоба; 4-бетонный камень.

Рис.7.2. Скользящая опора

Горизонтальная реакция на роликовой опоре рассчитывается из условия равенства силовых моментов. , откуда

Рис.7.3. Роликовая опора

Где S – коэффициент трения качения; m – коэффициент трения скольжения на поверхности цапфы; r – радиус цапфы; R – радиус ролика. Роликовые опоры применяются на трубопроводах среднего диаметра.

Рис.7.4. Катковая опора

Величина горизонтальной реакции определяется по формуле

, где S1 – коэффициент трения качения при перемещении катка по опорной поверхности; S2 – коэффициент трения качения при перемещении стальной поверхности трубопровода по поверхности катка. Катковые опоры применяются на трубопроводах большого диаметра.

Из всех свободных опор наименьшее значение горизонтальной реакции имеют роликовые опоры.

В ряде случаев применяются также подвесные опоры.

1) 2)

Рис.7.5. Подвесные опоры

1. Простая; 2. Пружинная

Неподвижные опоры воспринимают реакцию внутреннего давления, свободных опор и компенсатора.

Результирующее усилие, действующее на неподвижную опору, может быть представлено в виде

, где

a – коэффициент, зависящий от направления действия осевых усилий внутреннего давления с обоих сторон опоры. Если опора разгружена от усилия внутреннего давления, то a =0, иначе a =1; p – внутреннее давление в трубопроводе; Fв – площадь внутреннего сечения трубопровода; m – коэффициент трения на свободных опорах; Dl – разность длин участков трубопровода с обеих сторон неподвижной опоры; DS – разность сил трения осевых скользящих компенсаторов или сил упругости гибких компенсаторов с обоих сторон неподвижной опоры.

Рис.7.6. Схемы расположения опор

Схема 1. С обоих сторон неподвижной опоры А расположены сальниковые компенсаторы. Торцевые сечения участков трубопровода с обеих сторон опоры А открыты. Осевое усилие внутреннего давления не передается (а=0).

Схема 2. С обоих сторон опоры А расположены участки с естественной компенсацией. Торцевые сечения участка закрыты отводами с обоих сторон опоры А. Усилия внутреннего давления передаются, но они противоположны и равны (а=0).

Схема 3. На трубопроводе установлена задвижка. При ее закрытии с обеих сторон может установиться разное давление. Появится осевое усилие ((а=1).

Схема 4. С одной стороны – сальниковый компенсатор, с другой – гнутый (упругий) компенсатор. Осевое усилие внутреннего давления направлено от неподвижной опоры в сторону упругого компенсатора.

35. Компенсация температурных деформаций.
Компенсация температурных деформаций стальных трубопроводов имеет исключительно важное значение при транспорте теплоносителя. При нагреве в стенке трубы возникают большие разрушающие напряжения. Если отсутствует компенсация температурных напряжений, то это может привести к разрушению трубопровода. Удлинение трубы при повышении температуры на Dt можно рассчитать по формуле

, где l – расстояние между неподвижными опорами ; t_M-температура при монтаже; a- коэффициент линейного удлинения; для углеродистой стали a = 1.2 10^-5, 1/град Напряжение, возникающее при температурной деформации

s=

Усилие сжатия, возникающее при нагреве в прямолинейном трубопроводе без компенсации

Для компенсации температурных деформаций используют различные пластичные вставки (компенсаторы).

По принципу действия компенсаторы разделяются на радиальные и осевые.

Осевые компенсаторы допускают перемещения трубопровода только по направлению оси. Их нельзя устанавливать близко к поворотам.

Осевые компенсаторы: сальниковые, линзовые (сильфонные).

Рис.7.7. Линзовый компенсатор

Линзовые компенсаторы устанавливаются на трубопроводах низкого давления – до 0.5 Мпа.

Наибольшее распространение получили гнутые компенсаторы.

Рис.7.8. Схемы гнутых компенсаторов

Радиальные компенсаторы позволяют перемещение трубопровода и в осевом, и в радиальном направлениях. При радиальной компенсации термическая деформация трубопровода воспринимается за счет изгиба эластичных вставок или отдельных участков самого трубопровода.

Радиальная компенсация

Компенсация напряжений за счет изгиба отдельных участков самого трубопровода называется естественной компенсацией. Преимущества – простота устройства, надежность, разгруженность неподвижных опор от усилий внутреннего давления. Недостаток – поперечное перемещение деформируемых участков. Это требует увеличения сечения непроходных каналов и затрудняет применение засыпных изоляций и бесканальной прокладки.

Максимальное изгибающее напряжение в П-образном компенсаторе есть , где A=2{1/k[3.14Rl2-2.28R2l+1.4 R3]+0.67l3+l1l2-4R l2+2 l2l1-1.33 R3}. Это напряжение возникает в "спинке" компенсатора (верхняя горизонтальная перекладина). При предварительной растяжке компенсатора на половину теплового удлинения трубопровода компенсирующая способность есть

Рис.7.10. Схема П-образного компенсатора

36. Задачи теплового расчета трубопроводов.
В задачу теплового расчета трубопроводов входит:

1) расчет толщины изоляции;

2) расчет снижения температуры теплоносителя;

3) расчет температурного поля вокруг теплопроводов;

4) расчет потерь тепла.

Количество тепла, проходящее через цепь последовательно соединенных термических сопротивлений в единицу времени есть

. (8.1)

q – линейная плотность теплового потока; R – термическое сопротивление; t – температура теплоносителя; t₀ – температура окружающей среды.

37. Тепловые потери трубопровода.
Тепловые потери тепловой сети складываются из потерь тепла участков трубопровода без арматуры и фасонных частей – линейных тепловых потерь и теплопотерь фасонных частей, арматуры, опор, фланцев и т.п. – местных потерь тепла.

Линейные потери тепла есть

Q_л = ql

Потери тепла отводов, колен, гнутых компенсаторов и т.п., периметр поперечного сечения которых близок к периметру трубопровода, рассчитываются по формулам для прямых круглых труб. Тепловые потери фланцев, фасонных частей и арматуры обычно определяются в эквивалентных длинах трубы того же диаметра.

Q_м = ql_экв.

Суммарные потери тепла трубопровода определяются как

Q=q(l+l_экв)=ql(1+b), b=l_экв/l.

Для предварительных расчетов можно принять b =0.2-0.3.

Изменение энтальпии теплоносителя вследствие тепловых потерь можно определить из уравнения баланса

.

При транспорте насыщенного пара вследствие падения энтальпии выпадает конденсат. При коротких трубопроводах, когда ожидаемое падение температуры не превышает 3-4 % величины температуры в начале участка, расчет можно проводить в предположении постоянства удельных тепловых потерь. При длинных или слабо изолированных участках трубопровода нужно учитывать изменение удельных тепловых потерь по длине трубы. Уравнение баланса тепла для участка dl трубы

.

После интегрирования в пределах от t_н до t_к и от 0 до l получим

.

Данная формула справедлива, строго говоря, для изобарного течения. Снижение температуры при падении давления можно определить по

, где - дифференциальный дроссель-эффект; Dp – падение давления пара. Действительная температура пара в конце трубопровода есть . Можно найти длину паропровода, на которой пар теряет перегрев. Для точного расчета длины нужно знать закон изменения температуры и давления по длине трубы. Задача решается графически.

1 – кривая изменения температуры по длине трубопровода; 2 – кривая изменения давления по длине трубопровода; 3 – кривая температур насыщения по длине трубопровода. Количество конденсата на участке трубопровода

Рис.8.4. Определение точки выпадения конденсата

38. Выбор толщины изоляционного слоя.
Материал изоляции выбирается исходя из критической толщины тепловой изоляции, диапазона рабочих температур, технологических и эксплуатационных соображений.

Толщина изоляционного слоя выбирается исходя из технических и технико-экономических соображений.

Технические требования.

1. Необходимо обеспечить заданную температуру теплоносителя в отдельных точках тепловой сети. Обычно это условие предъявляется к паропроводу.

2. Обеспечение нормированных теплопотерь.

3. Непревышение заданной температуры поверхности изоляции.

При прокладке теплопровода в рабочих помещениях температура поверхности изоляции не должна превышать 40-50 ⁰С.

На основании технических требований определяется предельная минимальная толщина изоляции.