Насосные подстанции

При выборе схемы присоединения абонентов к тепловым сетям по пьезометрическому графику возможны варианты решений. Когда к сетям присоединяется небольшое число нетипичных потребителей. Например, отдельные высотные здания, для которых напоры теплоносителя в сетях не достаточны для заполнения отопительных приборов на верхних этажах. Или некоторые здания, расположенные в низких местах трассы, для которых напоры теплоносителя в сетях превышают допустимые нормы для отопительных систем. В таких случаях для защиты первых от опорожнения отопительных систем и вторых – от раздавливания целесообразны независимые схемы присоединения с полной гидравлической изоляцией от тепловых сетей с помощью местных отопительных подогревателей.

При сложных рельефах местности, когда геодезические отметки профиля трассы у источника теплоснабжения и у большой группы потребителей отличаются значительно и в системе невозможно выдержать единый допустимый статический и динамический режимы для головных и концевых потребителей, применяют насосные или дроссельные подстанции. В этом варианте решения тепловые сети гидравлически разделяют на зоны (верхние и нижние или головные и концевые) с помощью различных разделительных автоматических устройств [2...6, 9, 11, 16].

Выбор типа подкачивающей насосной подстанции (ПНС) или дроссельной подстанции и места их размещения решается в зависимости от местных обстоятельств.

Рис. 25. Пьезометрический график при различных режимах теплоснабжения:

Р – расчетный режим (по данным рис. 15);

Л – летний режим (по данным табл. 13);

А – аварийный режим (по данным табл. 14).

Гидравлические режимы тепловых сетей с насосными подстанциями рассчитываются по методике [9, 16] в следующей последовательности.

• Рассчитывается гидравлическая характеристика сопротивления тепловой сети (S_тс) и системы теплоснабжения (S_с) до включения ПНС.
• По пьезометрическому графику и рельефу местности выбирается место (на подающем или обратном трубопроводе и участок трубопровода) размещения ПНС.
• Рассчитывается новая гидравлическая характеристика тепловой сети () и системы теплоснабжения () после включения ПНС.
• Определяются относительные и абсолютные расходы сетевой воды после включения ПНС.

Расчет насосных подстанций на подающем и обратном трубопроводах закрытых и открытых систем теплоснабжения выполняется по одинаковой схеме. Открытый водоразбор на горячее водоснабжение вносит дополнительные расчетные операции по определению возвращаемого теплоносителя.

Включением насосной подстанции на участке размещения подстанции вносится отрицательное сопротивление величиной

, (98)

где Н_ПНС – напор насоса подстанции, м;

V_ПНС – подача насоса подстанции, м³/ч.

Отрицательное сопротивление уменьшает гидравлическую характеристику сопротивления на участке размещения подстанции, а влияние локального изменения сопротивления распространяется на всю длину сетей. Если система теплоснабжения не автоматизирована, то следствием работы подстанции является пропорциональное увеличение расхода теплоносителя на ответвлениях за подстанцией и непропорциональное уменьшение –до нее. Поскольку расход теплоносителя на участке трубопровода, где размещена подстанция, с включением насоса увеличивается и становится неизвестным, задача решается методом подбора.

Для этого задаются предварительным расходом воды через подстанцию (V_ПНС), по характеристике насоса находится напор (Н_ПНС) и рассчитывается величина отрицательного сопротивления по формуле (98). По новой характеристике сопротивления системы определяется новый расход воды в сетях и через подстанцию. Если предварительный и найденный расчетом расходы воды на подстанции не совпадают, расчет повторяют при другом предварительном расходе более близким с полученным по расчету.

Новые расходы теплоносителя на ответвлениях к потребителям рассчитываются по формулам [9, 16]:

; (99)

; (100)

; (101)

; (102)

, (103)

где - расходы теплоносителя на ответвлениях к потребителям 1, 2, 3… после включения ПНС, м³/ч;

- общий расход теплоносителя в сетях, м³/ч;

- гидравлические характеристики сопротивления узлов 1, 2, 3…(по порядку следования), м× ч²/м⁶;

- гидравлические характеристики сопротивления магистральных участков и последовательно подключенных к ним узлов ответвлений (по порядку их следования), м× ч²/м⁶.

По найденным новым расходам воды производится перерасчет потерь напоров на участках и корректировка пьезометрического графика.

Для выполнения расчета подкачивающей насосной подстанции (ПНС) необходима подготовка исходных материалов (приведено на рис. 26 и в табл. 15 в графах 1...11):

• пьезометрический график по исходной расчетной схеме тепловой сети (до включения ПНС);
• исходная расчетная схема тепловой сети с указанием диаметров трубопроводов, длин участков, место размещения ПНС;
• расчетные расходы сетевой воды на участках и ответвлениях.

На схеме рис. 26 римскими цифрами обозначены расчетные магистральные участки, арабскими - укрупненные ответвления к потребителям. Над стрелками, указывающими направление циркуляции, обозначены расходы теплоносителя при отключенной насосной подстанции, под стрелками – после включения насосной подстанции. Расходы теплоносителя на ответвлениях к потребителям указаны дважды: общий расход теплоносителя из подающего трубопровода и возврат в обратный трубопровод – с учетом водоразбора на горячее водоснабжение.

ПРИМЕР 16. Рассчитать ПНС на обратном трубопроводе тепловой сети по рис. 26 с исходными данными в табл. 15. Циркуляция сетевой воды обеспечивается сетевыми насосами Д1250-65 с гидравлической характеристикой, приведенной на рис. 27. Тепловую нагрузку района обеспечивают два водогрейных котла ПТВМ-50 с типовой суммарной характеристикой сопротивления, [16]. На абонентских вводах регуляторы расхода отсутствуют.

Решение.

1. Составляется табл. 15 по результатам гидравлического расчета расчетной схемы тепловой сети.

2. Составляется табл. 16. Характеристики сопротивления магистральных участков I...VII (S_N) заносятся из графы 7 табл. 15. Расчет характеристик сопротивления участков магистрали и ответвлений показан в примере 14.

3. Гидравлическая характеристика сопротивления тепловой сети S_тс определяется следующим порядком.

Определяется гидравлическая характеристика сопротивления ответвлений к абонентским вводам вместе с самими абонентами

, (104)

где - располагаемый напор в узлах ответвления от магистральных теплопроводов, м;

V_аб - расход теплоносителя на ответвлении, м³/ч.

Значения величин принимаются из пьезометрического графика. Расход теплоносителя на ответвлении в открытых системах теплоснабжения следует принимать по средней величине расхода на входе (из подающего трубопровода) и выходе (возврат в обратный трубопровод). Данные расчетов для всех абонентов от №1 до №7 сведены в табл. 16.

Определяется гидравлическая характеристика концевого магистрального участка и последовательно подключенного концевого абонента

S_VII,7 = S_VII + S₇.

Таблица 15

Гидравлический расчет тепловой сети по схеме на рис. 26

№ уч-ка	Диаметр трубы, мм	Длина расчетного участка, м	Характеристика сопротивления	До включения ПНС	После включения ПНС
По плану, l	Эквивалентная, lэ	Приведенная, lп	Sy · 106, м·ч2/м6·м	S · 106, м·ч2/м6	Расход воды, м3/ч	Потери напора, м	Расход воды, м3/ч	Потери напора, м
V1	V2
I	720x10	275,4	175,9	451,3	0,00455457	2,009931	1177,0	1027,18	2,78	2,03		1003,18	2,89	2,02
II	620x7	345,8	199,6	545,4	0,00176052	0,9601875	1003,07	884,08	0,97	0,74	1027,8	856,38	1,01	0,70
III	426x7	483,5	385,3	868,8	0,01454554	12,62261	606,37	502,48	4,64	3,20	632,8	519,28	5,05	3,40
IV	426x7	246,8	139,1	385,9	0,01454554	5,613123	576,78	477,22	1,87	1,28	604,0	494,8	2,04	1,37
V	325x7	311,8	204,5	516,3	0,06367215	32,87393	258,07	205,01	2,19	1,38	304,0	241,3	3,04	1,91
VI	325x7	299,1	200,2	499,3	0,06367215	31,79150	176,8	144,29	0,99	0,66	208,0	169,6	1,38	0,91
VII	219x6	287,0	88,2	375,2	0,539631	202,46950	70,76	55,54	1,01	0,63	82,8	64,8	1,39	0,85

Примечания: V₁, V₂ - расход сетевой воды на расчетном участке в подающем и обратном трубопроводах;

- потери напора на расчетном участке в подающем и обратном трубопроводах;

S_y - подсчитано при К_э = 0,0015 м;

Графы 1...11 заполняются по результатам расчета тепловой сети без ПНС;

На расчетных участках диаметр подающего и обратного трубопроводов одинаковы.

Таблица 16

Расчет гидравлической характеристики тепловой сети с подкачивающей насосной станцией на обратном трубопроводе по схеме на рис. 26

Магистральный участок	I	II	III	IV	V	VI	VII
SN × 106, м × ч2/ м6	2,009931	0,9601875	12,62261	5,613123	32,87393	31,79150	202,46950
Ответвление с абонентом
Sаб × 106, м × ч2/ м6	1699,930	301,8244	44564,83	360,8387	5541,347	2769,406	6176,148
ааб, м3/м0,5× ч	22,52331	59,4833	4,737005	52,64334	13,43359	19,00232	12,72451
Sуз × 106, м × ч2/ м6	37,05855	47,85281	112,3481	113,3142	520,5757	1018,832	6176,148
SN,n × 106, м × ч2/ м6	41,07841	49,77319	137,5333	124,5404	586,3236	1082,415	6581,087
После включения подкачивающей насосной подстанции
× 106, м × ч2/ м6	34,99223	43,12728	90,46135	87,97236	-	-	-
× 106, м × ч2/ м6	38,01209	46,04745	115,7065	99,19861	343,268	-	-
	0,1435	0,329	0,024	0,25	0,08	0,104	0,07
, м3/ч	172,2	395,0	28,8	300,0	96,0	125,2	82,8

Примечания: S_уз - гидравлическая характеристика сопротивления узла n;

S_N,n - гидравлическая характеристика магистрального участка и последовательно подключенного к нему узла n;

- относительный и абсолютный расходы теплоносителя на ответвлениях.

Рис. 27. Гидравлическая характеристика сетевого насоса Д 1250-65 по ГОСТ 10272-77 и тепловой сети: 1 – до включения ПНС; 2 – после включения ПНС.

Магистральные участки состоят из подающего и обратного трубопроводов, характеристики сопротивления каждого из них найдены и даны в табл. 16, следовательно:

S_VII = 202,4695 × 10^-6 × 2 = 404,9390 × 10^-6 м× ч²/м⁶;

S_VII,7 =(404,9390 + 6176,148) × 10^-6 = 6581,087 × 10^-6 м× ч²/м⁶.

Занесем эту величину в табл. 16 (строка S_N,n в графе VII).

Определяется гидравлическая характеристика сопротивления узла Е через проводимость узла а_Е:

а_Е = а₆ + а_VII,7,

где а₆ - проводимость ответвления к потребителю №6, м³/м^0,5. ч;

а_VII,7 - проводимость магистрального участка VII с ответвлением к потребителю №7.

Проводимость а₆ = 19,00232 найдена (см. табл. 16), проводимость участка VII с ответвлением №7 составляет

м³/м^{0,5 ×} ч.

Следовательно, а_Е = 19,00232 + 12,32682 = 31,32914;

м× ч²/м⁶,

данные занесем в табл. 16 (в графу под участком магистрали VI)

Характеристика сопротивления магистрального участка VI и последовательно соединенного узла Е равна сумме

S_VI,E =S_VI + S_E = (31,79150 × 2 + 1018,832) × 10^-6 = 1082,415 × 10^-6 м× ч²/м⁶,

откуда проводимость этого соединения равна

м³/м^0,5. ч.

Далее расчет проводится аналогично выполненному для других участков и, наконец, определяется полная гидравлическая характеристика тепловой сети от магистрального участка I до концевого потребителя S_I,A = 41,07841 × 10^-6 м× ч²/м⁶.

4. Подбор характеристик насоса подстанции. Расход воды в обратном трубопроводе в месте установки ПНС равен 205 м³/ч, следовательно, подача насоса должны быть . Напор насоса выбирается по величине избыточного статического или динамического напора. Условно примем, что в концевой части обратного трубопровода напор превышает допустимые значения на ~ 8...10 м. Следовательно, необходимый напор насоса (с учетом запаса 5 м) должен быть . Близкую гидравлическую характеристику имеет насос по рис. 28 [9, 16].

В первом приближении расчета принимается любая подача насоса V_ПНС > 205 м³/ч и определяется его гидравлическая характеристика сопротивления по формуле (98). В нашем примере ниже приведен расчет при окончательно подобранной подаче V_ПНС = 242 м³/ч при Н_ПНС =14,2 м (см. рис. 28), когда

м× ч²/м⁶.

Рис. 28. Гидравлическая характеристика подкачивающего насоса подстанции К290/18 по ГОСТ 22247-76 [9, 16]

Новая измененная гидравлическая характеристика сопротивления V магистрального участка с узлом Д будет равна

м× ч²/м⁶,

где S_V,Д – гидравлическая характеристика сопротивления V магистрального участка с последовательно подключенным узлом Д до включения подстанции (принимается из табл. 16).

Новая измененная гидравлическая характеристика узла Г. При параллельном присоединении двух ответвлений характеристика сопротивления определяется через проводимость

м³/м^0,5× ч,

где а₄ – проводимость ответвления к потребителю 4 до включения подстанции, принимается из табл. 16.

м³/м^0,5× ч.

Новая характеристика сопротивления узла Г

м× ч²/м⁶.

Найденное значение характеристики сопротивления узла Г занесем в табл. 16 (строка под магистральным участком IV).

Далее расчет продолжается в той же последовательности, что и при отключенной ПНС. При этом гидравлические характеристики сопротивления магистральных участков (S_N) и проводимости ответвлений с абонентами (а_аб) принимаются из табл. 16 без изменения.

Определив новую гидравлическую характеристику сопротивления тепловой сети ( м× ч²/м⁶) и системы м× ч²/м⁶, строится кривая 2 на рис. 27 и находится новая рабочая точка системы при новом напоре сетевого насоса м и подаче м³/ч

Графическое определение характеристик насоса проверяется аналитически: м. Погрешность графического расчета напора насоса не превышает 1%.

Изменение характеристики сетевого насоса при включении подстанции вызывает перераспределение расходов теплоносителя по ответвлениям. Новые расходы сетевой воды на ответвлениях рассчитываются по формулам (99)...(103).

Новым значениям относительных расходов соответствуют новые абсолютные расходы теплоносителя на ответвлениях и вводах:

Общий расход теплоносителя на ответвлениях до ПНС равен 896 м³/ч. Остаток расхода = 1200 – 896 = 304 м³/ч приходится на концевые ответвления. Следовательно, с включением подкачивающей насосной подстанции (ПНС) расход на всех ответвлениях и вводах за ПНС увеличивается пропорционально отношению . Изменившееся распределение расходов теплоносителя на вводах к потребителям указано в табл. 16 и на схеме рис. 26 (в знаменателе).

Водоразбор на горячее водоснабжение за ПНС до ее включения составлял

м³/ч,

после включения ПНС водоразбор увеличился до величины

м³/ч.

Возврат теплоносителя к ПНС после ее включения составляет

м³/ч,

что практически точно (с погрешностью 0,2%) совпадает с предварительно принятой подачей насоса V_ПНС =242 м³/ч.

Далее необходимо произвести гидравлический расчет тепловой сети при новых установившихся расходах теплоносителя на расчетных участках (результаты расчета представлены в табл. 15) и построить пьезометрический график. На графике пьезометрическую линию обратного трубопровода от места установки ПНС (точка ) следует опустить параллельно самой себе на величину Н_ПНС =14,2 м, в результате получится окончательно откорректированный график давлений, отвечающий гидравлическому режиму с включенной насосной подстанцией.

При упрощенных методах расчета сетей с ПНС корректировку пьезометрического графика производят от точки К. В результате допущенных упрощений располагаемый напор, например у потребителя 7, вместо м принимается м. При различиях расходов теплоносителя м³/ч результаты наладки будут весьма существенно отличаться от реально необходимых.

Литература:

1. Козин В.Е.,Васильев А.А.,Чуканов А.В. Наладка гидравлических

режимов теплоснабжения. Методическая разработка.

ТулГУ,1999.-56с.

2. Степанов В.М.,Козин В.Е.,Борискин О.И., Чуканов А.В.

Проектирование теплоснабжения. Учебное пособие.ТулГУ,

Издательство “Шар”,2001.-150с.

3. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию

/Под ред. Громова Н.К. М.: Энергоатомиздат,1988.-375с.

4. Апарцев М.М. Наладка водяных систем централизованного

теплоснабжения: Справочное пособие.М.: Энергоатомиздат,

1983. - 203с.

Поиск по сайту: