К вопросу выбора гидроэлеватора смешения

Аннотация

Кравченко Г.М.

Присоединение систем отопления к тепловым сетям по зависимой схеме при малом располагаемом напоре всегда вызывает определенные сложности в подборе гидроэлеватора смешения. В статье рассматривается применение известной методики расчета с определенными коррективами для решения конкретной задачи теплоснабжения жилого дома. Полученные расчетным путем данные могут быть сопоставлены с ориентировочными значениями из указанного литературного источника. Используемая методика применима при минимальных располагаемых напорах (98÷118 кПа) перед элеватором смешения.

Ключевые слова: Гидроэлеватор, перепад давлений, система отопления, располагаемый напор, закон сохранения энергии.

При проведении реконструкции системы теплоснабжения жилого дома по пр. Стачки (г. Ростов-на-Дону) выяснилось, что присоединение системы отопления по зависимой схеме носит проблематичный характер, т.к. располагаемый напор весьма незначительный, поэтому подбор гидроэлеватора целесообразно вести по методике [1], определяющей выбор элеватора с оптимальными параметрами. При этом расчет необходимо построить на основании уравнения импульсов для камеры смешения элеватора, схема которого приведена на рис. 1,

Рис. 1. Схема элеватора (а), график давлений (б) и график скоростей (в)

1 – всасывающий коллектор; 2 – сопло; 3 – камера смешения; 4 – диффузор; 5 – горловина камеры смешения; 6 – приемная камера; G₁, G₂, G₃ – массовые расходы: высокотемпературной воды из подающей линии, подмешиваемой воды из обратной линии, смешанной воды из подающей линии, подмешиваемой воды из обратной линии, смешанной воды в системе отопления; р_пэ, р_оэ, р_сэ – давления: в подающем и обратном трубопроводах перед элеватором, в системе отопления после элеватора; w₁, w₂, w₃, w₄ – скорости: при истечении из сопла, при входе в камеру смешения, при входе в диффузор и выходе из него; Δр_р, Δр_вс, Δр_к, Δр_д, Δр_см – перепады давления: располагаемый перед элеватором, во всасывающем коллекторе, в камере смешения, в диффузоре, создаваемый элеватором; F₁, F₂, F₃, F₄ – сечения: на выходе из сопла, при входе в камеру смешения для подсасываемого потока (кольцевой зазор), горловины камеры смешения, на выходе из диффузора; l_к, l_д – длины: камеры смешения и диффузора.

Для реальных конструкций обычно принимается , т.е. форма камеры смешения близка к цилиндрической.

                      (1)

где: W₁;W₂; W₃ – скорости: при выходе из сопла, при входе в камеру смешения и выходе из нее; G₁; G₂; G₃ – массовые расходы: воды из теплосети, подмешиваемой обратной воды и воды, циркулирующей в системе отопления; F₃ – поперечное сечение горловины камеры смешения; ΔP_см, ΔP_вс,  ΔP_д – перепады давления: создаваемый элеватором, во всасывающем коллекторе и в диффузоре; ΔP_тр – потери на трение в камере смешения.

Коэффициенты ψ₁₂ и ψ₁₃ учитывают неравномерность полей скоростей во всасывающем коллекторе при входе в камеру смещения и в ее горловине.

Используя уравнения сплошности движения массовые расходы могут быть выражены

                      (2)

На основе закона сохранения энергии можно увязать перепад давления с динамическим давлением

                                                                                       (3)

где М_с; М_вс – коэффициенты расхода сопла и всасывающего коллектора;

– степень расширения диффузора; φ_д, φ_тр – коэффициенты сопротивления диффузора и трения.

С учетом уравнений сплошности движения и уравнений закона сохранения энергии формула (1) приобретает вид

                                           (4)

Решая уравнение относительно ΔР_см, получим

                                           (5)

где

Коэффициент k учитывает потери энергии на трение в камере смешения, потери энергии в диффузоре и неравномерность скоростного поля.

В безразмерном виде уравнение (5) приобретает вид

                                                             (6)

где   - массовый коэффициент эжекции (смешения); k₂ – коэффициент, учитывающий потери энергии во всасывающем коллекторе и влияние формы камеры смешения на эти потери

                                                                             (7)

Исходя из данных формул, при минимальном располагаемом напоре в тепловой сети гидроэлеватор выбирается по оптимальным значениям и

                                                                               (8)

Произведя соответствующие преобразования, получим

                                                                                                (9)

                                                        (10)

Так как при расчете по формуле (10) значение коэффициента U заранее не известно, то им предварительно задаются, а затем уточняют по найденным значениям d₃. Примерное соотношение этих величин может быть взято из [2]. Рассмотренная методика расчета применима при минимальных располагаемых напорах (98 ÷ 118 кПа) перед элеватором смешения.

Литература

1. А.А. Ионин, Б.М. Хлыбов. Теплоснабжение: Учебник для вузов. – М.: Строиздат, 1982. – 336 с.

2. Е.Я. Соколов, Н.М. Зингер. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 352 с.