Смесительную установку (смесительный насос или во­доструйный элеватор) применяют в системе отопления для понижения температуры воды, поступающей из наружного подающего теплопровода, до температуры, допустимой в системе /г. Понижение температуры происходит при сме­шении высокотемпературной воды tt с обратной (охлажден­ной до температуры T0) водой местной системы отЬпления (см. рис. 6.1, в).

Смесительную установку используют также для мест­ного качественного регулирования теплопередачи отопи­тельных приборов системы, дополняющего центральное регулирование на тепловой станции. При местном регули­ровании путем автоматического изменения по заданному температурному графику температуры смешанной воды в обогреваемых помещениях поддерживаются оптимальные тепловые условия. Кроме того, исключается перегревание помещений, особенно в осенний и весенний периоды ото­пительного сезона. При этом сокращается расход тепловой энергии.

Высокотемпературная вода подается в точку смешения под давлением в наружном теплопроводе, созданным сете­вым циркуляционным насосом на тепловой станции. Ко­личество высокотемпературной воды Gt при известной тепловой мощности системы отопления Qc будет тем меньше, чем выше температура ti

Где ti — температура воды в наружном подающем теплопроводе,

Поток охлажденной воды, возвращающейся из местной системы отопления, делится на два: первый в количестве С0 направляется к точке смешения, второй в количестве Gi — в наружный обратный теплопровод. Соотношение масс двух смешиваемых потоков воды — охлажденной G0 И высокотемпературной Gi называют коэффициентом сме­шения

U = Ga/G1. (6.13)

Коэффициент смешения может быть выражен через тем­пературу воды [с использованием формул (6.7) и (6.12)1

________ Go__ —Gj_____ Gc Ti—10 . Fi—tr ..

A = -—=—----------------------- = -—---------------------- 1 --------- —. (b.14)

Gi Gi C/j. 'r — to tT—t0

Например, при температуре воды ^=150°, ?Р=95° и To=70 °С коэффициент смешения смесительной установки «=(150—95) : (95—70)=2,2. Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной воды должно подме­шиваться 2,2 единицы охлажденной воды.

Смешение происходит в результате совместного дей­ствия двух аппаратов — циркуляционного сетевого насоса

16 —765

На тепловой станции и смесительной установки (насоса или водоструйного элеватора) в отапливаемом здании.

Рис. 6.16. Принципиальные схемы смесительной установки с насосом иа перемычие между магистралями систем отопления (а), на обратной магистрали (б), на подающей магист­рали (э) 1 — смесительный насос; 2 — регу­лятор температуры; 3 — регулятор расхода воды в системе отопления

Рис. 6.17. Схемы изменения циркуля­ционного давления в зависимой сис­теме отопления со смесительным на­сосом, включенным в перемычку между магистралями (а), в обратную (б) и подающую магистрали (й) 1 — смесительный насос; 2 и 3— дав» ленне в наружных соответственно подающем н обратном теплопрово­дах; Л—точка смешения, Б точка деления потоков воды

Тепловая i— с„ сеть

Л *

Смесительный насос можно включать в перемычку Б—А между обратной и подающей магистралями (рис. 6.16, а) и в обратную (рис. 6.16, б) или подающую маги­страль (рис. 6.16, в) системы отопления. На рисунке по­казаны регуляторы ^температуры 2 и расхода
воды 3 для местного качественно-количественного регули­рования системы отопления в течение отопительного сезона.

Смесительный насос, включенный в перемычку, подает в точку смешения А воду, повышая ее давление до дав­ления высокотемпературной воды. Таким образом, в точку смешения поступают два потока воды в результате действия двух различных насосов — сетевого и местного, включен­ных параллельно. Насос на перемычке действует в благо­приятных температурных условиях (при температуре ta< <70 °С) и перемещает меньшее количество воды, чем насос на обратной или подающей магистрали (G0<GC),

Gu — G о. где G0 = GC — Gi. (6.15)

Насос на перемычке, обеспечивая смешение, не влияет на величину циркуляционного давления для местной си­стемы отопления, которая определяется разностью дав­ления в наружных теплопроводах. Изменение циркуляци­онного давления в системе и в перемычке Б—А между магистралями в этом случае схематично изображено на рис. 6.17, а. Показано постепенное (условно равномерное) понижение давления в направлении движения воды в по­дающей (наклонная линия Г1) и обратной (наклонная линия 72) магистралях, падение давления в стояке (вер­тикальная сплошная линия) и возрастание под действием насоса в перемычке (пунктирная линия) до давления в точке А.

Смесительный насос включают непосредственно в ма­гистрали системы отопления, когда разность давления в наружных теплопроводах недостаточна для нормальной циркуляции воды в системе. Насос при этом, обеспечивая помимо смешения необходимую циркуляцию воды, стано­вится циркуляционно-смесительным.

Насос на обратной или подающей магистрали (см. рис. 6.16, б, в) перемещает всю воду, циркулирующую в системе [GH=GC по выражению (6.6)1, при температуре T0 или tP. Включение насоса в общую магистраль системы отопления позволяет увеличить циркуляционное давление в ней до необходимой величины независимо от разности давления в наружных теплопроводах. Условия смешения воды аналогичны: в точку А (см. рис. 6.16) поступают два потока воды (Gt и G0) также в результате действия двух насосов — сетевого и местного — с той лишь разницей, что

Рис. 6.18, Принципиальная схема во­доструйного элеватора

J — сопло, 2 — камера всасывания; 3 — смесительный конус, 4 — гор­ловина, 5 — диффузор

Насосы включаются последовательно (по направлению движения воды).

Изменение циркуляционного давления при действии системы отопления с циркуляционно-смесительным насосом, включенным в общую обратную магистраль, показано на рис. 6.17, б. Как видно, давление в системе ниже давления в наружных теплопроводах. Данная схема может быть выбрана после проверки, не вызовет ли понижение давле­ния вскипания воды или подсоса воздуха в отдельных местах системы (см. § 7.1). Насос повышает давление воды до давления в наружном обратном теплопроводе. Давление в точке смешения А должно быть ниже давления в точке Б (устанавливается с помощью регулятора температуры — см. рис. 6.16).

Насос, включаемый в общую подающую магистраль, предназначают не только для смешения и циркуляции, но и для подъема воды в верхнюю часть системы отопления высокого здания. Смесительный насос становится также циркуля ционно-повысительным. Изменение гидравличе­ского давления в этом случае изображено на рис. 6.17, в.

Смесительных насосов, как и циркуляционных, уста­навливают два с параллельным включением в теплопровод (см. рис. 6.15); действует всегда один из насосов при другом резервном.

Смешение воды может осуществляться и без местного насоса. В этом случае смесительная установка оборудуется водоструйным элеватором.

12 5 15

Водоструйный элеватор получил распространение как дешевый, простой и надежный в эксплуатации аппарат. Он сконструирован так, что подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной водой и пере­дает часть давления, создаваемого сетевым насосом на теп­ловой станции, в систему отопления для обеспечения цир­куляции воды.

Водоструйный элеватор (рис. 6.18) состоит из конусооб­разного сопла, через которое со значительной скоростью протекает высокотемпературная вода при температуре h в количестве Gi камеры всасывания, куда поступает ох­лажденная вода при температуре /0 в количестве G0; сме­сительного конуса и горловины, где происходят смешение и выравнивание скорости движения воды, и диффузора.

Вокруг струи воды, вытекающей из отверстия сопла с высокой скоростью, создается зона пониженного давле­ния, благодаря чему охлажденная вода перемещается из обратной магистрали системы (см. рис. 6.10) в камеру вса­сывания. В горловине струя смешанной воды двигается с меньшей, чем в отверстии сопла, но еще со значительной скоростью. В диффузоре при постепенном увеличении пло­щади поперечного сечения по его длине гидродинамическое (скоростное) давление падает, а гидростатическое — нара­стает. За счет разности гидростатического давления в конце диффузора и в камере всасывания элеватора создается циркуляционное давление, необходимое для циркуляции воды в системе отопления.

Одним из недостатков водоструйного элеватора яв­ляется низкий КПД. Достигая наивысшего значения (43%) при малом коэффициенте смешения и особой форме камеры всасывания (исследования проф. П. Н. Каменева), гидро­статический КПД стандартного элеватора практически при высокотемпературной воде близок к 10%. Следова­тельно, в этом случае разность давления в наружных теп­лопроводах на вводе их в здание должна не менее чем в 10 раз превышать циркуляционное давление Д/7„, необ­ходимое для циркуляции в системе отопления. Это условие значительно ограничивает давление, передаваемое водо­струйным элеватором в систему из наружной тепловой сети, и вынуждает пользоваться формулой (6.10).

Другой недостаток элеватора — прекращение циркуля­ции воды в системе отопления при аварии в наружной тепловой сети, что ускоряет охлаждение отапливаемых помещений и замерзание воды в системе

Еще один недостаток элеватора — постоянство коэф­фициента смешения, исключающее местное качественное регулирование (изменение температуры /г) системы отоп­ления. Понятно, что при постоянном соотношении в эле­ваторе между G0 и Gi температура tc, с которой вода посту-

ТЕПЛОВАЯ СЕТЬ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ Рис. 6.19. Схема водоструйного элеватора с регулируемым соплом I — механизм для перемещения регулирующей нглы; 2 — шток регулирующей иглы; 3 — сопло; 4 -» регулирующая нгла; 5 — камера всасывания; 6 — горло­вина; 7 — диффузор

Пает в местную систему отопления, определяется уровнем температуры tu поддерживаемым на тепловой станции для всей системы теплоснабжения, и может не соответствовать теплопотребности конкретного здания. Для устранения этого недостатка применяют автоматическое регулирование площади отверстия сопла элеватора. Схема водоструйного элеватора «с регулируемым соплом» дана на рис. 6.19. Такие элеваторы, применяемые в настоящее время, позво­ляют в определенных пределах изменять коэффициент сме­шения для получения воды с температурой ir, необходимой для местной системы отопления, т. е. осуществлять требу­емое качественно-количественное регулирование.

Водоструйные элеваторы различаются по диаметру гор­ловины dp (например, элеватор № 1 имеет dP=15 мм, № 2— 20 мм и т. д.). Для использования одного и того же корпуса элеватора при различных давлении и расходе воды сопло (см. рис. 6.18) делают сменным.

Диаметр горловины водоструйного элеватора dr, см, вычисляют по формуле

Dr = 1,55<3£' 6/Д рн'2 6 > (6.16)

Где <3С — расход воды в системе отопления, т/ч, по формуле (6.7а); Дрн — насосное циркуляционное давление для системы, кПа, полученное по формуле (6.9).

Например, для подачи в систему отопления 16 т/ч воды при циркуляционном давлении 9 кПа потребуется элеватор с dr=l,55 (4 : 1,73)=3,6 см.

После выбора стандартного элеватора, имеющего диа­метр горловины, ближайший к полученному по расчету, определяют диаметр сопла по формуле, приведенной в справочниках, или исходя из приблизительной зависимости

"«-тттг (6Л7)

При известном диаметре сопла dc, см, находят необхо­димую для действия элеватора разность давления в наруж­ных теплопроводах при вводе их в здание Дрт, кПа:

APt=*6,3Gl/di, (6.18)

Где Gi — расход высокотемпературной воды, т/ч, по формуле (6.12).

Из последней формулы видно, что вслед за изменением по какой-либо причине Дрт в наружных теплопроводах изменяется и расход Glt а также расход воды в системе Gc, связанный с расходом Gi через коэффициент смешения элеватора и [из выражения (6.14):

Gc=(l + «)G1. (6.19)

Изменение давления и расхода в процессе эксплуа­тации, не предусмотренное расчетом, вызывает разрегули­рование системы отопления, т. е. неравномерную теплоот­дачу отдельных отопительных приборов. Для его устра­нения перед водоструйным элеватором (см. рис. 6.10) устанавливают регулятор расхода.

При применении элеватора часто приходится определять располагаемую разность давления Дрп для гидравличе­ского расчета системы отопления, исходя из разности дав­ления в наружных теплопроводах АрТ в месте присоеди­нения ответвления к проектируемому зданию. Насосное циркуляционное давление АрИ, передаваемое элеватором в систему отопления, можно рассчитать в этом случае, используя зависимость (6.17), по формуле (при коэффици­енте расхода сопла элеватора, равном 0,95)

Ал 0.75(АРт-АРотв)

Где Дротв — потерн давления в ответвлении от точки присоеди­нения к наружным теплопроводам до элеватора.

В настоящее время шире стали применять насосные смесительные установки, учитывая их преимущества перед

Элеваторами. Некоторое увеличение капитальных вложений И эксплуатационных затрат, связанное с применением сме­сительных насосов, компенсируется улучшением тепло-- вого режима помещений и экономией тепловой энергии, расходуемой на отопление.