Применение редуцированных шаровых кранов в системах теплоснабжения

07 ноября 2016
|
Новости теплоснабжения

Шаровые краны, позволяющие достаточно быстро перекрывать отдельные участки тепловых сетей, находят все большее применение. Слишком быстрое перекрытие тепловых сетей повышает вероятность возникновения гидравлического удара. Этот вопрос рассмотрен в работе [1]. Кроме того, редуцированные шаровые краны снижают капитальные затраты. Вместе с тем при использовании шаровых кранов с редуцированием следует учитывать частоту их установки, а именно: магистральные тепловые сети, ответвления от магистральных тепловых сетей и т.д. Редуцированные шаровые краны имеют условный проход на один или более типоразмеров меньше, чем диаметр трубы, а угол между образующими его конфузора и диффузора называется углом расширения.

Применение редуцирования, в принципе, повышает энергетические затраты на эксплуатацию тепловых сетей (в отличие от полнопроходных шаровых кранов, падением давления в которых можно пренебречь). При этом можно считать, что эксплуатационные энергетические затраты пропорциональны отношению падению давления в отдельном шаровом кране (местное падение давления 5рм) к линейному падению давления в трубопроводе 6рп:

http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/9_2004_8.files/image002.jpg

Это отношение, представляющее собой долю местных потерь, можно рассчитывать по формуле [2]:

http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/9_2004_8.files/image004.jpg

где ζ, - коэффициент местного сопротивления редуцированного шарового крана, D - диаметр трубопровода, kэ - абсолютная шероховатость стенки трубопровода, l - его длина.

Фирмы-производители шаровых кранов с редуцированным проходом в своих каталогах приводят значения коэффициента ζ, полученные экспериментальным путем, для различных значений диаметров труб. При этом принимается, что t, для полнопроходных шаровых кранов равно нулю.

http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/9_2004_8.files/image006.jpg

На рис. 1 представлены данные фирмы Ballomax (кружками) для шаровых кранов с углом расширения 90О в диапазоне условных проходов от 50 мм до 500 мм. Условный проход для трубопровода соответствует обозначенному на рисунке, а условный проход для шаровых кранов - на один типоразмер меньше. На этом же рисунке показаны «усредненные» данные (сплошной линией), с помощью которых удобно сравнивать экспериментальные значения коэффициента t,, представленные различными фирмами. Усреднение проводилось по методу наименьших квадратов.

http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/9_2004_8.files/image008.jpg

На рис. 2 представлены данные фирмы Klinger для шаровых кранов с углом расширения 16О в диапазоне условных проходов от 250 мм до 800 мм. Прямые линии 1 -4 соответствуют редукции на 1, 2, 3 и 4 типоразмера. На этом рисунке представлены также отвечающие им экспериментальные данные. Усреднение на рис. 2 проводилось таким же образом, как и на рис. 1.

Усредненные значения коэффициента местного сопротивления t, редуцированных шаровых кранов по данным рисунков 1 и 2 для условных проходов в диапазоне от 100 мм до 800 мм и с редукцией от 1 до 4 типоразмеров приведены в таблице.

Во второй строке таблицы - данные рисунка 2 (коэффициент редукции 1 - «Ballomax»), с третьей по шестую - данные рисунка 3 (коэффициент редукции 1-4 - «Klinger»).

По приведенным в таблице данным (1 и 2 строки и 6-10 столбцы) можно сделать вывод, что коэффициенты шаровых кранов в диапазоне условных проходов 250 мм - 500 мм и с редукцией на один типоразмер отличаются не более, чем на 20%, что, по-видимому, находится в пределах экспериментальных погрешностей. Следовательно, коэффициент шаровых кранов в указанном диапазоне условных проходов от угла расширения практически не зависит.

Кроме того, по данным таблицы коэффициент шаровых кранов с редукцией убывает с ростом условного прохода и тем резче, чем больше коэффициент редукции.

На рис. 3 показан коэффициент а (относительная доля местных потерь), рассчитанный по формуле (2), где значения как функция условного прохода D взяты из рис. 2. kэ и l при расчете принимались равными 0,0005 м и 1000 м соответственно.

Таким образом, чтобы оценить величину потерь давления в тепловых сетях при применении редуцированных шаровых кранов, нужно сравнивать потери давления в них с соответствующими потерями давления в магистральных трубах на единицу длины. В качестве примера, оценим эти потери для D=500 мм. В этом случае, согласно рисунку 2, 0(500)=0,25 и 3(500) = 3,7 (коэффициент редукции 1 и 4 соответственно). Тогда по формуле (2) потери составят 1,3 Па/м и 15 Па/м для указанных коэффициентов редукции. Отметим также, что величина 0(500) сопоставима с величиной в гладких отводах при R=4D [2].

Выводы

Рассмотренное применение редуцированных кранов позволяет сделать следующие выводы.

Тот факт, что согласно формуле (2), при ответвлениях от магистралей могут иметь место более значительные потери при длине участков менее 1000 м, не имеет существенного значения в общих потерях давления, т.к. эти величины не суммируются при определении общих потерь по магистрали.

Применение редуцированных шаровых кранов в тепловых сетях возможно в следующих случаях:

-       на один типоразмер по отношению к диаметру трубы (без технико-экономических расчетов);

-       на два и более типоразмера - при наличии избыточного напора на ответвления на головных участках тепловых сетей;

-       на основной (наиболее протяженной магистрали) необходим технико-экономический расчет (сравнение потерь энергии при дросселировании и экономии капитальных затрат).

К.т.н. Я.А. Ковылянский, д.т.н. Г.Х. Умеркин, к.ф-м.н. С.А.Дроздов, инж. А.И. Коротков, ОАО «Объединение ВНИПИэнергопром», г. Москва