Конструктивные схемы гидравлических разделителей и основные эксплуатационные режимы работы

Когда потребитель теплоты соединяется с ее источником (котлом) системой теплопроводов, образующей замкнутый циркуляционный контур (рис. 1а), расход теплоносителя через потребитель может быть меньше расхода через котел. Это происходит за счет частичной рециркуляции теплоносителя, создаваемой автоматической системой повышения температуры обратной воды котла с помощью регулирующего трехходового смесительного клапана. В современной автоматизированной системе отопления неустойчивость расхода теплоносителя приводит к понижению качества регулирования и снижению теплопроизводительности котла.

Добиться устойчивых гидравлических режимов эксплуатации котла и системы теплопотребления можно путем создания самостоятельных циркуляционных контуров для каждого из них с помощью гидравлического разделителя (рис. 1б).

Рис. 1. Общая схема системы теплопотребления:

а) одноконтурная; б) двухконтурная с гидравлическим разделителем.

Для каждого из этих контуров предусматриваются самостоятельные циркуляционные насосы с подачей соответственно Gкотла и G1.

Гидравлический разделитель конструктивно весьма прост и представляет собой замкнутую емкость с двумя парами отверстий для присоединения гидравлического контура котла и системы теплопотребления.

Гидравлический разделитель зачастую необходим при присоединении группы котлов к системе теплопотребления, а также при использовании котлов для сжигания каменного угля или дров. Такие котлы имеют значительную тепловую инерцию из-за наличия раскаленного угля в топке или раскаленных керамических блоков в котлах пиролизного сжигания дров.

Ввиду этого обстоятельства котел имеет значительное запаздывание на воздействие автоматических регуляторов, что отрицательно сказывается на качестве горения топлива и на качестве регулирования системы теплопотребления.

В таких случаях между котлом и системой теплопотребления следует предусматривать буферную тепловую емкость, исполняющую также функции гидравлического разделителя (рис. 2). Повышение

температуры обратной воды котла обеспечивает подмешивающий насос, управляемый двухпозиционным регулятором температуры.

Рис. 2. Общая схема двухконтурной системы теплопотребления

с буферной емкостью в качестве гидравлического разделителя.

Системы теплоснабжения с котлами для сжигания каменного угля или дров должны обеспечиваться надежными защитными мероприятиями, срабатывающими в случае вскипания воды в котле. Такая ситуация может произойти при внезапной остановке циркуляции теплоносителя из-за аварийного прекращения электропитания, либо по иной причине.

Предохранительный клапан при вскипании воды в котле будет сбрасывать образующуюся при кипении пароводяную смесь в дренажный трубопровод вплоть до полного обезвоживания объема котла.

Для возобновления работы котла необходимо будет произвести заполнение системы водой до требуемого давления. Кроме того, в результате перегрева обезвоженного котла может произойти его деформация и разгерметизация.

На рис. 2 представлен один из простейших вариантов устройства, позволяющего сбросить излишки теплоты из котла, а при закипании воды в нем – обеспечить сброс пара без потерь теплоносителя. В данном случае используется расширительный бак, работающий под атмосферным давлением и имеющий повышенный объем по сравнению с требуемым.

Клапан с термоприводом на циркуляционной трубе в эксплуатационном режиме имеет электрическое питание. Поэтому клапан закрыт, циркуляционная труба перекрыта, циркуляция воды через расширительный бак отсутствует, и температура воды в нем соответствует температуре окружающей среды.

При аварийном отключении электроснабжения выключаются циркуляционные насосы и дутьевой вентилятор котла, но открывается клапан на циркуляционной трубе, создавая естественную циркуляцию между котлом и расширительным баком. Вода в котле нагревается раскаленными углями и нагретыми керамическими камнями, и за счет естественной циркуляции теплота передается воде в расширительном баке. В случае закипания воды в котле образующаяся пароводяная смесь поднимается по расширительной трубе в верхнюю часть расширительного бака, где вода отделяется в объеме расширительного бака, а водяной пар сбрасывается в атмосферу. Таким образом, вода из системы не сбрасывается, и эксплуатация системы продолжается при восстановлении электроснабжения без подготовительных мероприятий. При конструировании необходимо предусмотреть, чтобы диаметры расширительной трубы и свечной трубы для сброса пара были бы не менее диаметра циркуляционного трубопровода котла.

Расширительный бак изготавливается герметичным, а на его обвязке установлены три обратных клапана: на переливной трубе, сбросной и воздушной (рис. 2). Обратные клапаны предназначены для отсекания поверхности испарения расширительного бака от окружающей среды. Тем самым предотвращается испарение воды из расширительного бака в окружающую среду и, как результат, исключается необходимость постоянной подпитки системы водой.

Гидравлические разделители имеют самые разнообразные конструктивные решения и широкое применение в современной отопительной технике, в том числе и при присоединении потребителей теплоты к централизованным тепловым сетям по зависимой схеме.

Характер основных режимов эксплуатации гидравлического разделителя показан на рис. 3. На схемах отображена зависимость соотношения температурных параметров от исходных соотношений расходов теплоносителей в циркуляционных контурах котла и системы теплопотребления.

Рис. 3. Основные эксплуатационные режимы гидравлического разделителя.

Схема на рис. 3а отражает расчетный режим, который используется проектировщиками, как правило, для выявления расчетных данных при выполнении последующих гидравлических расчетов. На практике такого равенства Gкотла = G1 не бывает. Обязательно будет иметь место превышение одного расхода над другим, как это показано на рис. 3б и 3в.

Схема на рис. 3б отражает эксплуатационный режим гидравлического разделителя, явившийся следствием превышения расхода теплоносителя в циркуляционном контуре котла над расходом теплоносителя в циркуляционном контуре системы теплопотребления (Gкотла> G1). Такой режим можно считать оптимальным как для котла, так и для системы теплопотребления. Для котла повышение температуры обратной воды является благоприятным фактором. Для систем теплопотребления устойчивая и высокая температура подающего теплоносителя обеспечивает соблюдение любых исходных требований. В проектной практике данная схема является наиболее удобной, т.к. после гидравлического разделителя можно подключать множество автоматизированных систем теплопотребления с различными расчетными температурными параметрами.

Схема на рис. 3в отражает эксплуатационный режим гидравлического разделителя, ставший следствием превышения расхода теплоносителя в циркуляционном контуре системы теплопотребления над расходом теплоносителя в циркуляционном контуре котла (G1 >Gкотла). Режим отличается неустойчивой пониженной температурой теплоносителя на подаче системы отопления, и поэтому его следует признать нежелательным для эксплуатации.

Схема на рис. 3г является аналогом предыдущей (рис. 3в) по своим теплогидравлическим характеристикам. Но в данном случае режим является автоматически управляемым и устойчивым, т.к. гидравлический разделитель исполняет функции узла смешения.

Возможности использования гидравлического разделителя многообразны, и в зависимости от конкретной ситуации могут применяться самые различные конструктивные схемы разделителя. На рис. 4 показаны конструкции гидравлических разделителей, позволяющие реализовать различные схемы теплопотребления. Отметим: гидравлический разделитель может быть вертикального и горизонтального положения.

Рис. 4. Конструктивные схемы гидравлических разделителей.

На рис. 4а показана конструкция наиболее распространенного типа.

Рис. 4 б: разделитель, применяемый при наличии высокотемпературного источника теплоты, а также в случае присоединения системы теплопотребления к тепловым сетям по зависимой схеме.

Рис. 4 в: разделитель, применяемый функционально в качестве управляемого узла смешения.

Рис. 4 г: горизонтальный разделитель для присоединения к системе отопления группы двух и более котлов через соединительные гребенки. Данный тип также удобен для присоединения небольшой котельной к единой кольцевой системе теплоснабжения.

Рис. 4 д: горизонтальный разделитель для оборудования небольшой котельной, например, усадебного дома, где в качестве основного источника теплоты выбран дровяной (или пеллетный) котел, а газовый котел рассматривается в качестве резервного или пикового.

Каждый из котлов имеет самостоятельную систему автоматизации, и приоритетность работы дровяного котла предопределяется его местоположением первым по ходу движения теплоносителя системы отопления и более высокой уставкой по температуре теплоносителя.

Тогда газовый котел автоматически включится в следующих случаях:

дровяной котел не может реализовать требуемую мощность системы отопления, вследствие чего температура теплоносителя начинает падать ниже 70 °С (газовый котел автоматически включается в режиме пикового);

дровяной котел отключился в результате аварии или прекращения подачи топлива, температура теплоносителя снизилась ниже 70 °С (газовый котел автоматически включается в режиме резервного).

На рис. 4е приведен тип горизонтального разделителя для присоединения системы отопления к источнику теплоты или единой кольцевой системе теплоснабжения.

При подборе или конструировании гидравлического разделителя в качестве исходного значения следует принимать более высокую величину из расчетных расходов теплоносителя одного из двух циркуляционных контуров, замыкающихся на гидравлическом разделителе.

Минимально необходимое поперечное сечение гидравлического разделителя следует определять расчетным путем на основании исходного значения расхода теплоносителя при его максимально допустимой скорости течения 0,15 м/с.

В настоящее время широко применяется схема присоединения систем теплопотребления к котельной через гидравлический разделитель и распределительные гребенки.

Билет 22