Общим для всех схем, изображенных на рис. 6.1, яв­ляется применение насоса для искусственного побуждения движения воды в системе отопления. В первых двух схемах (см. рис. 6.1, а, б) циркуляционный насос включают не­посредственно в магистрали системы отопления здания, в зависимых схемах (см. рис. 6.1,6, г) циркуляционный насос помещают на тепловой станции, и он создает дав­ление, необходимое для циркуляции воды как в наружных теплопроводах, так и в местной системе отопления.

Насос, действующий в замкнутых кольцах системы отопления, заполненных водой, воду не поднимает, а только ее перемещает, создавая циркуляцию, и поэтому называ­ется циркуляционным. В отличие от циркуляционного насоса, насос в системе водоснабжения перемещает воду, поднимая ее к точкам разбора. При таком использовании насос называют повысительным.

В процессах заполнения и возмещения потери (утечки) воды в системе отопления циркуляционный насос не участ­вует; заполнение происходит под воздействием давления в наружных теплопроводах, в водопроводе или, если этого давления недостаточно, с помощью специального подпиточ - ного насоса.

Циркуляционный насос включают, как правило, в обратную магистраль системы отопления для увеличения срока службы деталей, взаимодействующих с горячей водой. Вообще же для создания циркуляции воды в замк­нутых кольцах местоположение циркуляционного насоса безразлично. При необходимости несколько понизить гид­ростатическое давление в теплообменнике или котле насос может быть включен и в подающую магистраль системы отопления, если, конечно, его конструкция рассчитана на перемещение более горячей воды.

Мощность циркуляционного насоса определяется ко­личеством перемещаемой воды и развиваемым при этом давлением.

Количество воды, подаваемой насосом за данный про­межуток времени, отнесенное к этому промежутку (обычно к 1 ч), называют подачей насоса LH, м3/ч. В технике отоп­ления объемную подачу насосом горячей воды заменяют массовым расходом GH, не зависящим от температуры воды,

G„=.pL„, (6.5)

Для циркуляционного насоса, включенного в общую магистраль, расход перемещаемой воды GH равен общему расходу воды в системе отопления Gc, т. е.

GH = GC. (6.6)

Общий расход воды Gc, кг/с, составляет

Где Qc — тепловая мощность системы отопления, Вт; с — удельная массовая теплоемкость воды, Дж/(кг-°С); Tr и T0—расчетная тем­пература подающей и обратной воды в системе отопления, °С.

На практике пользуются расходом воды, перемещаемым в течение 1 ч. И общий расход воды в системе отопления

Gc, кг/ч, определяют по преобразованной формуле (6.7) [при с—4187 Дж/(кг-°С)]

Gc = 0,86Qc/(<r-?o). (6-7а)

Циркуляционным давлением насоса называют создавае­мое насосом повышение давления в потоке воды, необхо­димое для преодоления сопротивления ее движению в си­стеме отопления, в которую он включен. Циркуляционное давление насоса обозначают Арн и выражают в ньютонах на квадратный метр (Н/м2) или, короче, в паскалях (Па). В отличие от циркуляционного давления напор насоса обозначают буквой Я и выражают в метрах (м). Численно циркуляционное давление как удельная энергия, сообща­емая насосом воде в системе отопления (отнесенная к еди­нице объема, перемещаемого в 1 с), равняется разности полного гидравлического давления при выходе воды из нагнетательного патрубка и при входе во всасывающий патрубок насоса

Дрн = рнаг — Рвс-Ь-f- War— WC) +Pg (H„Ar—HBC), (6.8)

Где рнаг) Рве — гидростатическое давление в потоке воды, Па; И'наг» К'вс—скорость потока воды, м/с; ftHar—hBC—разность уровней выхода и входа воды в насос, м (индекс «наг» относится К нагнетательному, индекс «вс» — к всасывающему патрубку на­соса) .

Практически циркуляционное давление насоса считают равным разности гидростатического давления в нагнета­тельном и всасывающем патрубках

Дрн = Рнаг—Рве. (6.8а)

Пренебрегая различием в шнаг и ювс, /гнаг и /гвс.

Возможны три случая определения необходимого зна­чения Арв.

В вертикальной системе насосного водяного отопления всегда действует, помимо давления, создаваемого насосом, естественное циркуляционное давление (А/?е). Следова­тельно, если потери давления при циркуляции воды в системе известны (обозначим их Арс), то необходимое цир­куляционное давление насоса Арп должно составить

Др„ = Дрс —Дре. (6.9)

В этом первом случае определения значения Дря по фор­муле (6.9) потери давления при циркуляции воды в системе

Отопления Арс получают нз гидравлического расчета. Как известно, потери зависят от скорости движения воды в трубах, для которой существует предел повышения, связанный с экономическим и акустическим ограниче­ниями.

Экономия капитальных вложений в систему, связанная с уменьшением диаметра труб при повышении скорости, целесообразна до определенного предела (около 1,5 м/с в жилых зданиях) — пока она перекрывает увеличение экс­плуатационных затрат на электроэнергию, расходуемую насосом.

Акустическое ограничение скорости связано с возникно­вением шума при движении воды через арматуру систем отопления, недопустимого во многих зданиях по их назна­чению (например, в жилых зданиях). Поэтому в СНиП установлена предельно допустимая скорость движения воды в трубах систем отопления, связанная с назначением здания и видом применяемой в системе арматуры.

Следовательно, проводя гидравлический расчет при скорости движения воды в трубах, равной или близкой к предельно допустимой, можно получить бесшумную, до­статочно экономную по капитальным затратам систему. Затем, определив потери давления в ней (включая потери в трубах и оборудовании теплового пункта), найти значение Арн по формуле (6.9).

Во втором случае значение Дра можно получить, заранее j выбрав типоразмер насоса. Тогда, добавив к нему естест­венное циркуляционное давление Аре, определяют исход­ное значение циркуляционного давления для проведения гидравлического расчета.

Оба эти случая применимы к схемам системы водяного отопления, изображенным на рис. 6.1, а, б, на которых показаны собственные циркуляционные насосы.

Возможен и третий случай, относящийся к зависимым схемам присоединения систем отопления, приведенным на рис. 6.1, в, г. В этом случае значение А/?в фактически за­дается как разность давления в наружных теплопроводах в месте ввода их в здание.

Здесь, в частности, возможно присоединение системы к наружным теплопроводам через водоструйный элеватор. Тогда Арп определяют формуле (6.20). В практических расчетах для выбора значения Арш Па, часто используют

Соотношение

Дрн= 1002/, (6.10)

В котором принимается средняя потеря давления 100 Па на 1 м длины основного циркуляционного кольца системы (длина кольца 2/, м).

Выбор насосного давления по выражению (6.10) пре­допределяет понижение скорости движения воды в трубах не менее чем в 3 раза против предельно допустимой. Эю не только увеличивает металлоемкость и стоимость (вслед­ствие увеличения диаметра труб), но и приводит к отрица­тельным явлениям при действии системы отопления — нарушению гидравлического режима и понижению тепловой устойчивости. Поэтому соотношение (6.10) следует приме­нять только для системы отопления G водоструйным эле­ватором, работающим при высоком значении коэффици­ента смешения (см. § 6.5).

В системах отопления применяют специальные цирку­ляционные насосы, перемещающие значительное количе­ство воды и развивающие сравнительно небольшое давле­ние. Это малошумные горизонтальные лопастные насосы центробежного, осевого или диагонального типа, соеди­ненные в единый блок с электродвигателями и закрепля­емые непосредственно на трубах (без фундамента).

Примером центробежного циркуляционного насоса яв­ляется насос типа ЦВЦ, разработанный для подачи от 2,5 до 25 т воды в 1 ч при максимальном гидростатическом давлении в корпусе 1 МПа. Насос сблокирован с горизон­тальным электродвигателем (рис. 6.12) и развивает цир­куляционное давление от 20 до 92 кПа. Вал двигателя G Рабочим колесом насоса, а также ротор двигателя враща­ются в подшипниках с водяной смазкой.

Каждый насос обладает собственной, только ему при­сущей характеристикой, получаемой в процессе стендовых испытаний опытного образца при определенной частоте вращения электродвигателя. Характеристика выражает зависимость между расходом насоса GH и соответственно циркуляционным давлением Дрн, КПД rj н, мощностью насоса Na.

По характеристикам насоса (р hg. 6.13) можно отметить постепенное уменьшение циркуляционного давления и увеличение потребляемой мощности по мере возрастания
расхода, а также существование максимального значения КПД при определенном расходе воды, перемещаемой на­Сосом (точка Б). Часть кривой изменения АрН, соответ­ствующая высоким значениям КПД (отмечена на рис. 6.13 жирной линией), носит название рабочего отрезка харак­теристики насоса. Для обеспечения расчетных параметров, бесшумности и экономии электроэнергии при действии насоса рекомендуется при его выборе ориентироваться на Одну из точек в пределах рабочего отрезка характеристики. Все такие точки также называются рабочими.

Рис. 6.12. Центробежный цир­куляционный насос типа ЦВЦ 1 — корпус; 2 — нагнета­тельный патрубок; 3—контр­фланец для присоединения трубы; 4 — электродвигатель

Рис^ЛМЗ. Характеристики циркуля - циоииого насоса (КПД, давление, мощность) и характеристика системы отопления (пунктирная линия)

Рабочая точка А представляет собой точку пересечения рабочего отрезка характеристики насоса с характеристикой системы отопления, выражаемой параболой (пунктирная
лпния). Насос при расходе воды GH=GC [формула (6.6) создает в рабочей точке А определенное циркуляционно» давление Аря, действует с максимальным КПДд н (точка Б И обладает мощностью NB (точка В). На рисунке изображу идеальный случай, когда насос не только действует с мак симальньш КПД, но и создает циркуляционное давлени» Арп—Арс [без учета естественного циркуляционного дав ления в системе отопления — см. формулу (6.9)1.

При отсутствии бесфундаментных насосов для создани] циркуляции в системах водяного отопления применяю" высоконапорные центробежные насосы общепромышленной назначения. Высоконапорный насос уступает бесфунда ментному насосу по ряду монтажных и эксплуатационные показателей: его необходимо устанавливать на фундамент он создает излишний шум, вызывает вибрацию труб и строи тельных конструкций, при его применении возрастает рас ход электроэнергии, требуется обводная труба для сохра нения циркуляции воды при остановке

Центробежные насосы общепромышленного назначение часто не подходят по каталожным показателям для систе» отопления. Приходится искусственно изменять развива емое ими давление для обеспечения необходимого расход; воды в системе. На рис. 6.14 показан случай применена в системе отопления насоса, создающего давление А/?н> >Арс. Характеристика системы, проведенная через точк] Б с известными координатами Gt и Дрс (пунктирная ли­ния 2), пересекает характеристику насоса 1 в рабочей точ ке В. В этих условиях насос будет перемещать воды GH=GC p>Gc), развивать давление А/?н=А/?с(>Арс) и увеличи­вать расход электроэнергии.

Значительное увеличение расхода воды в системе отоп ления против расчетного нежелательно, так как при это» в нем, помимо возрастания расхода электроэнергии, воз никнет гидравлическое и тепловое разрегулирование. По этому пугем введения дополнительного сопротивления выраженного на рис. 6.14 ординатой А—Б (в виде, напри мер, диафрагмы между фланцами задвижки у насоса ил! трубной вставки малого диаметра), характеристику системь отопления следует изменить таким образом, чтобы получит) новую рабочую точку А (в месте пересечения новой харак теристики системы 3 с характеристикой насоса 1). В точке / расход насоса равен расчетному расходу воды в систем!

Рис. 6.14. Схема выбора циркуляционного

—---- >-J >■ Ffc CL &

Ар,8 ¥с Арс

Насоса при Дрн>Дрс 1 — характеристика давления, развиваемо­го насосом; 2 и 3 — характеристики систе­мы отопления до и после регулирования

(Ga=Gc), а давление насоса соответствует потерям дав­ления в ней после регулирования. Более целесообразен в этом случае гидравлический перерасчет системы отоп­ления с увеличением потерь давления в стояках.

Циркуляционный насос можно также, как уже сказано, выбирать по заводским характеристикам исходя из общего расхода воды в системе отопления, и югда давление, раз­виваемое насосом в рабочей точке характеристики, прини­мать за исходное при гидравлическом расчете системы.

В обратную магистраль системы отопления включают два одинаковых циркуляционных насоса, действующих попеременно: при работе одного из них второй находится в резерве. Присоединение труб к циркуляционным насосам различно для бесфундаментных (рис. 6.15, а) и общепро­мышленных (рис. 6.15, б) насосов. Во втором случае на рисунке показано дополнительное оборудование: обводная труба 6 с задвижкойТ^ормально закрытой, виброизолирую­щие вставки 5 (резиновые длиной около 1 м, армированные спиральной проволокой), неподвижные опоры 4, препят­ствующие осевому растяжению резиновых вставок. Фун­даменты общепромышленных насосов и электродвигателей также снабжают виброизолирующими прокладками и опо­рами.

Задвижки до и после обоих насосов (действующего и бездействующего) постоянно открыты, особенно если пре­дусмотрено автоматическое переключение насосов (напри­мер, после непрерывного суточного действия). Обратный клапан препятствует циркуляции воды через бездействую­щий насос (предотвращает, как говорят, работу насоса «на себя»).

Легко монтируемые бесфундаментные насосы иногда устанавливают в системе отопления по одному. При этом

1 насос; 2 — задвнжка; 3 —> обратный клапан; 4 «■ неподвижные опоры; 5 — внбр®из®лнрующне вставки; 6 — обводная труба о задвижкой (нормально закры­та)

Резервный насос хранят на складе близ теплового пункта И оборудуют сигнализацию о состоянии циркуляции воды в системе.

Мощность насоса пропорциональна произведению се­кундной подачи на создаваемое циркуляционное давление. Мощность электродвигателя Na, Вт, определяется с уче­том КПД насоса г]н и необходимого запаса мощности K По формуле

ЛГв = М. иДрн/3600г)н, (6.11)

Где L„ — подача насоса, м3/ч; Дрн—давление насоса, Па(Н/м2).

Коэффициент запаса K, учитывающий пусковой мо­мент, получает наибольшее значение (до 1,5) при мини­мальной мощности электродвигателя.