X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В зимнее время начинается активная эксплуатация тепловых сетей. Немаловажное значение имеет наличие в этой системе дополнительных устройств, которые позволяют управлять движением и температурой рабочей жидкости. В этом качестве выступает запорно-регулирующая арматура. Она даёт возможность перекрытия определенных участков трубопровода в аварийных ситуациях. Кроме того, такая арматура предоставляет возможность влиять на температурный режим системы.

Трубопроводная арматура представляет собой технические устройства и механизмы, которые монтируются на трубопроводах и предназначаются для организации движения потоков жидких или газообразных сред в соответствии с расчётными параметрами давления, температуры, мощности, направления движения и физико-химического состояния рабочей среды.

Кроме запорной и регулирующей арматуры трубопроводов тепловых сетей, по функциональному назначению также выделяют:

защитную (отключающая, отсечная);

предохранительную;

распределительно-смесительную;

фазоразделительную арматуру.

Условное обозначение арматуры, принятое центральным конструкторским бюро арматуростроения (ЦКБА), состоит из набора повторяемых цифр и букв:

первые две цифры характеризуют условный номер группы арматуры;

следующая за ними одна или две буквы — материал корпуса;

далее расположены цифры, которые указывают на конструктивную особенность изделия в пределах группы, фигуру изделия;

последняя буква говорит о материале уплотнительных поверхностей затвора.

Например, задвижка клиновая дисковая с выдвижным шпинделем, с электроприводом 30с964нж (предназначена для установки на трубопроводах в качестве запорного устройства).

Данное условное обозначение говорит о следующих характеристиках:

30 – задвижки;

с – сталь углеродистая;

964 - задвижка имеет электропривод;

нж – сталь нержавеющая (коррозионностойкая).

Поговорим подробнее о регулирующей арматуре.

Регулирующая – арматура, которая предназначена для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения расхода. В том числе:

редукционная (дроссельная) арматура – арматура, предназначенная для снижения (редуцирования) рабочего давления в системе путём увеличения гидравлического сопротивления в проточной части (дисковый затвор, регулирующая задвижка).

запорно-регулирующая арматура — арматура, совмещающая функции запорной и регулирующей арматуры.

Рассмотрим характеристики некоторых типов регулирующей арматуры.

Дисковый затвор (заслонка, поворотный затвор) - это тип арматуры, запирающий или регулирующий элемент которого имеет форму диска, поворачивающегося вокруг оси, перпендикулярной или расположенной под углом к направлению потока рабочей среды (смотреть Рисунок 1).

Поворотные затворы являются более современным оборудованием для водяных тепловых сетей. Они выпускаются с концами под приварку. Допустимый перепад давления на затвор — не более 1,6 МПа. Направление подачи среды — любое. Управление затвором — ручное рукояткой (D_у = 200 мм); ручное от редуктора (D_у = 250, 300, 400 мм); от электропривода (D_у = 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400 мм)

Дисковые поворотные затворы обладают следующим рядом характеристик:

малым коэффициентом гидравлического сопротивления;

простотой и удобством монтажа;

возможностью исполнения для трубопроводов больших диаметров;

возможностью использования в качестве регулирующей арматуры;

возможностью установки на тепловых сетях без устройства камер;

простотой замены уплотняющей манжеты (по истечении ее срока службы, который, в зависимости от производителя, определен до 100 000 циклов закрытия и открытия);

выполнением своих функций независимо от направления рабочей среды;

возможностью работы при больших перепадах давлений рабочей среды;

относительно низкой стоимостью, сопоставимой со стоимостью задвижек;

малой строительной длиной.

Недостатком дисковых поворотных затворов является возможность получения гидравлического удара в конце хода; дисковые затворы не следует применять на малые диаметры (это обусловлено тем, что даже при полном открытии они обладают повышенным гидравлическим сопротивлением).

Дроссельная шайба (диафрагма) — предназначена для дросселирования избыточного напора в системах с постоянным гидравлическим режимом и широко применялась в тепловых сетях для гидравлической балансировки (смотреть Рисунок 2).

Выполняя точный расчёт ответвлений водяной тепловой сети, как правило, ввиду ограниченности ассортимента труб, не удаётся добиться точного соответствия потерь давления в ответвлении располагаемому напору. Именно тогда для увеличения потерь давления на участке и устанавливают специальную регулирующую арматуру - дроссельную диафрагму.

Расчёт дроссельной шайбы выполняется для определения диаметра отверстия диафрагмы, которая на расчётном расходе воды обеспечит заданное снижение давления.

Диаметр отверстия в диафрагме рассчитываем по формуле:

, мм

G – расчетный расход теплоносителя на данном участке, т/ч

– напор, дросселируемый диафрагмой, который находят, как разность между располагаемым напором перед ответвлением и гидравлическим сопротивлением ответвления, м вод. ст. (1 м вод. ст. = 10000 Па)

Рассмотрим на конкретном примере последовательность выбора размеров дроссельной диафрагмы для установки во фланцы.

В Таблице 1 представлены результаты уточнённого расчёта ответвлений, определены расчётные потери давления в ответвлениях.

Таблица 1 - Утонённый расчёт ответвлений

№ участка	Расход водые G, т/ч	Диаметр трубы, мм			Длина участка, м				Скорость движения теплоносителя в трубопроводе V, м/с		Располагаемое давление на ответвлении , Па,		Удельная потеря давления, Па/м		Суммарная потеря давления на ответвлении Па		Невязка, %
		Условный проход Dу	Наружный диаметр× толщина стенки dн×S	Действительная длина lд		Эквивалентная длина lэкв	Приведенная длина lпр
1	2	3	4	5		6	7	8		9		10		11		12
30	4,6	50	57×3,5	57		6,91	63,91	0,68		18362,28		167,75		10720,90		42
31	2,9	50	57×3,5	13		2,94	15,94	0,43		1540,75		66,51		1060,17		31

Используя данные представленной таблицы, производим расчёт диаметра отверстия в диафрагме для конкретных участков. Для его выполнения потребуются данные столбцов 2, 9 и 11.

Расчёт диаметра отверстия в диафрагме для участка №30:

= - = 18362,28 Па – 10720,90Па = 7641,38 Па = 0,764 м вод. ст.

= = 23 мм

Расчёт диаметра отверстия в диафрагме для участка №31:

= - = 1540,75 Па - 1060,17 Па = 480,58 Па = 0,048 м вод. ст.

= = 36 мм

Размеры диафрагмы выбираем по Таблице 2 в зависимости от наружного диаметра трубопровода (смотреть столбец 3 Таблицы 1).

Таблица 2 - Размеры дроссельной диафрагмы для установки во фланцы, мм

Условный диаметр трубы Dу	Наружный диаметр диафрагмы D	Длина хвостовика l	Толщина диафрагмы п	Диаметр отверстия
20	61	50	2-3	по расчёту
25	71	60
32	84	60
40	92	65
50	107	75
			Продолжение таблицы 2
70	127	75	2-3	по расчёту
80	142	75
100	162	90
125	192	90	3-4
150	217	90
200	272	100

Таким образом, используя данные Таблицы 2, принимаем к установке на 30-ем участке дроссельную диафрагму со следующими размерами: условный диаметр трубы D_у = 50 мм, наружный диаметр диафрагмы D_н = 107 мм, толщина диафрагмы 2-3 мм, диаметр отверстия = 23 мм, длина хвостовика диафрагмы l = 75 мм.

Принимаем к установке на 31-ом участке дроссельную диафрагму со следующими размерами: условный диаметр трубы D_у = 50 мм, наружный диаметр диафрагмы D_н = 107 мм, толщина диафрагмы 2-3 мм, диаметр отверстия = 36 мм, длина хвостовика диафрагмы l = 75 мм.

На данный момент в современных системах теплоснабжения с изменяющимся расходом чаще применяют автоматические регуляторы перепада давления, обеспечивающие стабильный гидравлический режим независимо от колебаний давления в тепловых сетях и работы регулирующего клапана. Однако, несмотря на это, дроссельные диафрагмы всё ещё применяют из условий снижения капитальных затрат.

Современным аналогом для систем с постоянным гидравлическим режимом является балансировочный клапан, сопротивление которого может изменяться ручной регулировкой.

Балансировочный клапан (вентиль) — это трубопроводная арматура, с регулируемым гидравлическим сопротивлением предназначенная для дросселирования потока воды. Принцип работы балансировочного клапана заключается в настройке необходимого гидравлического сопротивления путём изменения проходного сечения клапана (смотреть Рисунок 3).

К его достоинствам относится низкая цена, простота настройка, возможность измерения или расчёта расхода по пропускной способности, а также высокая надёжность и ремонтопригодность. Существенным недостатком является то, что его не рекомендуется использовать для систем с динамическим режимом.

Рисунок 1 - Дисковый затвор		Рисунок 2 - Дроссельная шайба
Рисунок 3 - Балансировочный клапан

Список литературы:

ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения. Введ. 01.01.2008. – М.: Стандартинформ, 2007. – 3 с.

СТ ЦКБА 036-2014. Арматура трубопроводная. Таблицы фигур и условные обозначения. Справочник. Введ. 15.12.2014. – СПб.: НПФ ЦКБА, 2014. – 84 с.

Фалалеев, Ю.П. Проектирование центрального теплоснабжения: учеб. пособие/Ю.П. Фалалеев; Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 1997. – 83 с.

Код для цитирования: Скопировать