Тепловые сети, их назначение, классификация. Методы расчета.

Тепловые сети, их назначение, классификация. Методы расчета.

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества (т.е. теплоносителем требуемых параметров).

В зависимости от размещения источника теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на децентрализованные и централизованные.

В децентрализованных системах источник теплоты и теплоприемники потребителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может осуществляться практически без промежуточного звена - тепловой сети. Системы децентрализованного теплоснабжения разделяются на индивидуальные и местные.

В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения (участка цеха, комнаты, квартиры) обеспечивается от отдельного источника. К таким системам, в частности, относятся печное и поквартирное отопление. В местных системах теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. К этой системе, в частности, относится так называемое центральное отопление зданий.

В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому теплота от источника до потребителей передается по тепловым сетям.

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы:

групповое - теплоснабжение от одного источника группы зданий;

районное - теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района);

городское - теплоснабжение от одного источника нескольких районов;

межгородское - теплоснабжение от одного источника нескольких городов.

Процесс централизованного теплоснабжения состоит из трех последовательных операций:

Подготовка теплоносителя проводится в специальных так называемых теплоподготовительных установках на ТЭЦ, а также в городских, районных, групповых (квартальных) или промышленных котельных.

Транспортируется теплоноситель по тепловым сетям. Используется теплоноситель в теплоприемниках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения. Для транспорта теплоты применяются, как правило, два теплоносителя: вода и водяной пар. Для удовлетворения сезонной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения в качестве теплоносителя используется обычно вода, для промышленной технологической нагрузки - пар.

Для передачи теплоты на расстояния, измеряемые многими десятками и даже сотнями километров (100—150 км и более), могут использоваться системы транспорта теплоты в химически связанном состоянии.

1. Гидравлический - один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в гидравлический расчет входят следующие задачи:

3)определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4)увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета дают следующий исходный материал:

1)для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2)установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3) выяснения условий работы источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

4) выбора средств авторегулирования в тепловой сети на ГТП, МТП и на абонентских вводах;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

2. Тепловой расчет. В задачу теплового расчета входит решение следующих вопросов:

1) определение тепловых потерь теплопровода;

2) расчет температурного поля вокруг теплопровода, т.е. определение температур изоляции, воздуха в канале, стен канала, грунта;

3) расчет падения температуры теплоносителя вдоль теплопровода;

4) выбор толщины тепловой изоляции теплопровода.

3. Прочностной расчет. В его задачу входит проверка прочностных характеристик выбранных элементов тепловых сетей при конкретных режимах эксплуатации.

4. Расчет технико-экономических показателей. Поскольку в большинстве задач в области теплофикации и централизованного теплоснабжения приходится учитывать зависимости капитальных затрат и издержек производства от производственных и технических параметров, необходимо использовать методы расчета основных технико-экономических показателей для различных энергетических объектов, являющихся составными элементами систем централизованного теплоснабжения.

Методы регулирования отпуска теплоты из систем централизованного теплоснабжения.

Регулирование предназначено для экономии топлива и обеспечения качества теплоснабжения (поддержание температуры внутри помещений на расчетном уровне при любой температуре наружного воздуха).

В системах централизованного теплоснабжения качественный отпуск теплоты абонентам возможен только при наличии четырех ступеней регулирования.

Первая ступень – центральное качественное регулирование. Оно осуществляется непосредственно на источнике теплоснабжения (в котельной или ТЭЦ) и приводит в соответствие мощность источника теплоты и потребителей. Центральное качественное регулирование предполагает постоянный расход сетевой воды Gp = const и меняющуюся температуру прямой и обратной воды – τ1,2 в соответствии со среднесуточной температурой наружного воздуха – t*н °С.

τ1* и τ1 – температуры прямой воды на выходе из источника и после второй ступени подогрева воды на горячее водоснабжение на ЦТП.

τ2 и τ2* - температура обратной воды после отопительных приборов абонентов и за первой ступенью подогрева воды на горячее водоснабжение (на входе в источник теплоснабжения).

τ3 – температура смешанной воды на ЦТП, которая поступает в отопительные системы абонентов.

Регулирование температуры прямой воды осуществляется в водогрейных котельных перепусками воды мимо котла через перепускной клапан. В паровых котельных и на ТЭЦ – изменением давления (расходом пара) в сетевых подогревателях или перепуском воды мимо сетевых подогревателей через перепускной клапан. Для автоматического регулирования температуры прямой воды применяют регуляторы, которые включают в себя датчик температуры, задатчик температуры и исполнительный механизм, изменяющий проходное сечение клапана. Машинист в соответствии с температурным графиком устанавливает на задатчике температуру воды. Регулятор ее поддерживает постоянной в течение суток.

Вторая ступень регулирования – групповое количественное. Осуществляется на ЦТП изменением расхода воды, поступающей на целую группу (квартал) теплопотребителей, регулирующим клапаном. Температура прямой воды в течение суток остается постоянной в силу центрального качественного регулирования – τ*1 = const, а расход воды в системы отопления меняется в зависимости от фактической температуры наружного воздуха – tн. Для регулирования устанавливается регулятор с задатчиком, исполнительный механизм с регулирующим клапаном и датчик температуры в представительном помещении.

Третья ступень – местное количественное регулирование. Это, как правило, пофасадное регулирование отапливаемого помещения. Осуществляется оно на отдельных ветвях отопительной системы (например, проходящих по южному и северному фасадам здания). Для реализации этого регулирования используют исполнительные механизмы с регулирующими клапанами на каждой ветви, регуляторы с задатчиками внутренней температуры и датчики температуры в представительных помещениях в южном и северном фасадах здания.

Четвертая ступень регулирования – индивидуальное количественное. Ведется в каждом отапливаемом помещении. Регуляторы температуры типа «Danfos» устанавливают непосредственно на подающей (или обратной) трубе к отопительному прибору. Регулятор имеет задатчик температуры внутри помещений. Регулирование предназначено для устранения возмущающих воздействий, возникающих в отдельных помещениях за счет внутренних избыточных тепловыделений, солнечной радиации и т. д. Обязательный элемент при использовании регулятора – установка замыкающего участка, чтобы при полностью закрытом клапане сетевая вода пошла по стояку мимо отопительного устройства на другой этаж.

Одним из методов центрального регулирования чисто отопительной нагрузки является качественно-количественный. Применяется в местных котельных с небольшой тепловой мощностью. На основании характеристики отопительной системы теплопотребителей получаются уравнения, по которым производится регулирование температуры воды и расхода в зависимости от температуры наружного воздуха.

1.Задаются долей местных потерь или вычисляют ее.

2.Находят удельное линейное падение давления.

3.Определяют среднюю плотность теплоносителя на участке.

4.Определяют диаметр трубопровода из предположения его работы в квадратичной области.

1.Предварительно рассчитанный диаметр округляют до ближайшего по стандарту. Используя для этого таблицу стандартных диаметров труб, применяемых при транспортировке воды и водяного пара.

2.Определяют число Re. сравнивают его с предельным Re_пр, рассчитанным ранее. Устанавливают расчетную область, в которой работает трубопровод.

3. При расчете паропроводов сопоставляют полученное значение ρ_ср с предварительно принятым. При большом расхождении задаются более близкими значениями этих величин и вновь осуществляют проверочный расчет.

По результатам расчета строится пьезометрический график сети.

Произвести тепловой расчет водо-водяного теплообменника типа "труба в трубе". Определить площадь поверхности нагрева F и число секций n, если длина одной секции l.

Греющая вода движется по внутренней стальной трубе диаметром

и имеет температуру на входе

. Расход греющей воды G₁.

Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от

до

. Внутренний диаметр внешней трубы D. Расход нагреваемой воды G₂.

Потерями теплоты через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.

Коэффициент теплопроводности стальных труб

Вт/(м*⁰С)

Теплоемкость воды принять постоянной

Дж/(кг К).

Физические характеристики воды в интервале температур от 0 ⁰С до 100 ⁰С можно определить по следующим уравнениям в зависимости от температуры:

· Коэффициент теплопроводности воды

, где

Вт/(м К);

Эквивалентный диаметр для кольцевого канала определяется как

Диаметры присоединительных патрубков для входа и выхода греющей и нагреваемой воды

соответственно:

где: С_доп = 1 ¸ 2,5 м/с – допустимая скорость воды в присоединительных патрубках.

П р и м е р р а с ч е т а т е п л о о б м е н н и к а.

5. Коэффициент кинематической вязкости греющей воды

6. Коэффициент теплопроводности греющей воды

7. Число Прандтля по температуре греющей воды

10. Коэффициент кинематической вязкости нагреваемой воды

11. Коэффициент теплопроводности нагреваемой воды

12. Число Прандтля по температуре нагреваемой воды

Режим течения турбулентный. Расчет ведем по формуле /2/:

17. Так как температура стенки неизвестна, то в первом приближении задаемся ее значением

Число Нуссельта со стороны греющей воды (см. п. 16)

19. Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубы

20. Число Рейнольдса для потока нагреваемой воды

21. Принимаем в первом приближении температуру стенки со стороны нагреваемой воды

23. Число Нуссельта со стороны нагреваемой воды /2/

24. Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой воде

поэтому расчет можно вести по среднеарифметическому напору (в противном случае – по среднелогарифмическому).

33. Температура стенки трубы со стороны греющей воды

< 0,05, поэтому второе приближение ненужно, в данном случае совпадение точное.

В случае невыполнения условия п. 35 необходимо сделать второе приближение расчета, начиная с п. 17, приняв в качестве температуры стенки t_c₁ ее уточненное значение, полученное в п. 33. Обычно второго приближения бывает достаточно.

36. Температура стенки со стороны нагреваемой воды

< 0,05, поэтому второе приближение ненужно, в данном случае совпадение точное.

В случае невыполнения условия п. 37 необходимо сделать второе приближение расчета, начиная с п. 21, приняв в качестве температуры стенки t_c₂ ее уточненное значение, полученное в п. 36. Обычно второго приближения бывает достаточно.

Классификация паровых турбин: по назначению, конструктивному выполнению, принципу действия, принципу реализации частичных нагрузок, давлению.

Паровая или газовая турбина является двигателем, в котором теплота и давление рабочего тела последовательно преобразуются в кинетическую энергию, а затем – в механическую работу. При этом газ или пар направляется в сопло, где он разгоняется, а из сопла он попадает на лопатки турбины, где и производит работу. Сила действия струи на лопатку зависит от её скорости w, формы и расположения лопатки. При прочих равных условиях наибольшая сила воздействия на стенку возникает, когда применяют канал, где струя меняет своё направление.

- радиально-осевые и радиальные, когда поток направлен от периферии к оси ротора (центростремительные турбины) или наоборот (центробежные машины).

Преимущественное распространение получили осевые турбины.

2. По назначению турбины бывают следующих типов:

К – конденсационные (весь отработанный пар направляется в конденсатор);

П – конденсационные с отбором пара для промышленного потребления;

ПТ – с двумя регулируемыми отборами пара (потребителю и на теплофикацию);

Р – с противодавлением на выходе из установки;

ПР – с производственным отбором и противодавлением;

3. По конструктивному выполнению турбины бывают:

- с постоянным или переменным числом оборотов;

- с сопловым парораспределением и регулирующими клапанами;

- с обводным распределением, когда свежий пар с пониженными параметрами полностью или частично подаётся на последующие ступени или даже во второй, третий цилиндры, минуя предыдущие (устарели).

6. По принципу реализации частичных нагрузок:

- регулированием при помощи дросселирования свежего пара при впуске в турбину

- подводом свежего пара к одной или двум промежуточным ступеням (обводное распределение пара)

- изменением числа открытых для свежего пара сопл в регулирующей ступени турбины (сопловое распределение). При этом изменяется степень парциальности.

Регенерация теплоты - подогрев воздуха после компрессора выхлопными газами - возможна при условии, что .. Для этого в схему установки необходимо ввести дополнительное устройство – теплообменник. Схема и тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты представлены на рис. 12, 13. Воздух из компрессора направляется в теплообменник, где он получает теплоту от газов, вышедших из турбины. После подогрева воздух направляется в камеру сгорания, где для достижения определенной температуры он должен получить меньшее количество теплоты сгорания топлива.

Рис. 12. Схема ГТУ с регенерацией теплоты (ТО – теплообменник)

Рис. 13. Тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты

В процессе 4-5 продукты сгорания охлаждаются в теплообменнике и эта теплота передается воздуху в процессе 2-6. Количество теплоты регенерации рассчитывается по формуле:

При полной регенерации (идеальном теплообменнике) воздух можно нагреть до температуры T ₆, равной температуре T ₄, а продукты сгорания охладить до температуры T ₅, равной температуре воздуха T ₂.

Работа цикла остается прежней, а количество подведенной теплоты уменьшается; теперь теплота q^p ₁подводится в камере сгорания только в процессе 6-3.

В реальных условиях теплота регенерации передается не полностью, так как теплообменники не идеальные. Нагрев воздуха осуществляется до точки 6', а продукты сгорания охлаждаются до точки 5′. В этом случае термический КПД должен учитывать степень регенерации, определяемую как отношение количества теплоты, переданного воздуху, к тому количеству теплоты, которое могло бы быть передано при охлаждении газов до температуры воздуха:

Термический КПД цикла с учетом степени регенерации:

В настоящее время регенерация теплоты в основном находит применение в стационарных установках из-за большого веса и габаритов регенератора.

Поясните понятие об элементарной ступени осевой турбины. Изобразите план скоростей для такой турбины и укажите характерные углы определяющие направление движения потока.

Рассмотрим принцип осевой турбины, схема которой приведена на

рис. 1.2. Выделим элементарную ступень турбины толщиной dr на

На входе в СА газ имеет начальные параметры T

c0 направленную под углом α0 к фронту решетки. Для исключения по-

терь, связанных с отрывом потока, лопатки проектируются таким

образом, чтобы входной конструктивный угол лопаток был близок к

Лопаточный венец СА выполняют таким образом, чтобы конструк-

тивный угол решетки на выходе из СА α1л был гораздо меньше лопа-

точного угла на входе в решетку α0л. При таком соотношении углов

площадь межлопаточного канала на выходе из СА оказывается суще-

ственно меньше, чем на входе, т.е. межлопаточный канал СА является

сужающимся (конфузорным). Это приводит к увеличению абсолютной

скорости газа: с1>c0. Течение в СА является энергоизолированным,

поэтому полные параметры газа остаются практически постоянными,

поскольку они характеризуют его внутреннюю энергию, а в СА

энергия (в виде механической работы или тепла) не подводится и не

отводится. Строго говоря, газ при прохождении канала СА все-таки

совершает небольшую механическую работу против сил трения (в по-

граничном слое и между слоями при турбулентности). Поэтому пол-

немного уменьшается. Полная температура же T

изменяется, поскольку тепло, выделившееся из-за такого трения, це-

а - схема проточной части; б - двумерная модель ступени; в - план скоростей

Рис. 1.2. Схема и принцип действия ступени осевой турбины:

Согласно уравнению Бернулли () при неизменных

полных параметрах увеличение скорости потока приводит к снижению

статических параметров: давления и температуры (p1 < p0, T1 < T0). Та-

ким образом, в СА потенциальная энергия рабочего тела преобразу-

ется в кинетическую энергию потока. Кроме того, для создания на РК

максимального крутящего момента и получения наибольшей работы

(с1u>>с1r), разворачивая высокоскоростной поток практически в ок-

На входных кромках РК газ участвует в двух движениях относи-

тельном (относительно лопаток РК) со скоростью w1 и переносном

(вместе с лопатками РК) со скоростью u1 (окружная скорость). При

этом абсолютная скорость c1 относительно неподвижной СК опреде-

ляется векторной суммой. Межлопаточный канал РК

также часто выполняется сужающимся (конфузорным). В результате

скорость потока в относительном движении возрастает, а

статические давление и температура рабочего тела снижаются (

Абсолютная скорость газового потока c2 на выходе из РК опреде-

ляется как векторная сумма. Обычно ступени турбины

проектируют так, чтобы скорость c2 была близка к осевому направле-

нию, т.е. угол 2 был близок к 90. Это способствует обеспечению вы-

Проходя через межлопаточный канал РК, поток газа поворачива-

ется. В результате из-за действия центробежных сил поток газа при-

жимается к поверхности корытца, из-за чего происходит местное по-

вышение давления (показано знаком «+» на рис. 1.2, б). С другой сто-

роны, те же силы «отжимают» поток от спинки формируя там область

разрежения (показана знаком «–» на рис. 1.2, б). В результате рабочая

лопатка испытывает действие разности давлений, равнодействующая

сила которой направлена в сторону указанную на рис. 1.2, б.

Силу можно разложить на две составляющие окружную и

осевую. Окружная составляющая создает на рабочих лопатках

крутящий момент и заставляет РК вращаться. Осевая составляющая

воспринимается упорным подшипником ротора турбины. Поскольку

(газ совершает работу), абсолютная скорость c2 оказывается

Графическим отображением векторной суммы скоростей является

треугольник скоростей. Совместив входной треугольник скоростей в

одном полюсе с выходным, получим план скоростей в ступени осевой 13

турбины, изображенный на рис. 1.2, в. Следует обратить внимание на

то, что поскольку процесс расширения не сопровождается повышен-

ными потерями энергии, поэтому () могут достигать значений

100...120 (для сравнения, процесс сжатия в компрессоре с приемле-

мым уровнем КПД может быть только при max = 20...30). Поэтому

при равных расходах рабочего тела и близких размерах работа ступени

осевой турбины больше работы ступени осевого компрессора, а по-

требное число ступеней турбины всегда меньше числа ступеней ком-

Запишем уравнение неразрывности применительно к турбине:

При расширении газа в турбине плотность рабочего тела снижа-

ется. При этом увеличение скорости газа оказывается значи-

тельно меньше снижения его плотности (обычно турбины проектиру-

ются так, что). Это приводит к необходимости увеличивать

площадь проходного сечения и высоту лопаток к выходу (см. фор-

мулу 1.1.). Стоит особо подчеркнуть, что именно расширение газа яв-

ляется причиной увеличения высоты лопаток турбины, а не наоборот.

Основные нагрузки, действующие на узлы ГТД. Силы инерции, действующие на узлы ГТД.

Тепловые сети, их назначение, классификация. Методы расчета.

В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: