Циркуляционный насос

Насос, действующий в замкнутом контуре системы отопления, воду не поднимает, а только ее перемещает, искусственно усиливая циркуляцию, и поэтому называется циркуляционным. В процессе заполнения или возмещения потери воды в системе отопления циркуляционный насос также не участвует; заполнение происходит под действием давления в наружных теплопроводах, в водопроводе или при помощи подпиточного насоса.

Циркуляционный насос

Бездействующий циркуляционный насос в отопительной системе затоплен водой и испытывает равное гидростатическое давление (если вода не нагревается) с двух сторон - со стороны входного (всасывающего) и выходного (нагнетательного) патрубков, соединенных с теплопроводами. Циркуляционный насос включается, как правило, в обратную магистраль системы отопления. Это обусловлено чисто технической причиной - при перемещении более холодной воды увеличивается срок службы подшипников, ротора и сальниковой набивки, через которую проходит вал насоса. С точки зрения создания искусственной циркуляции воды в замкнутом контуре местоположение циркуляционного насоса безразлично - в системе отопления он может быть включен и в подающую магистраль, где, кстати, обычно меньше гидростатическое давление.

Мощность циркуляционного насоса зависит от расхода и циркуляционного давления.

Расход насоса Gн, кг/ч и т/ч (или подача насоса Lн, м3/ч), определяется количеством воды, перемещаемой насосом за определенный промежуток времени, отнесенным к этому промежутку (обычно к часу). Для циркуляционного насоса, включенного в общую магистраль, расход равен общему расходу воды в системе отопления:

Gн=Gс,

где

Gс=(3,6*Qс)/(с*(tг-tо)) (кг/ч) или Gс=(3,6*10-3*Qс)/(с*(tг-tо)) (т/ч),

[Gc (т/ч)≈Lc (м3/ч), так как плотность воды в системе отопления близка к 1000 кг/м3 или 1 т/м3];

Qс - тепловая мощность системы отопления, Вт (ккал/ч без множителя 3,6);

с - массовая теплоемкость воды, кДж/(кг К) или ккал/(кг °С);

tг и t0 - расчетная температура горячей и обратной воды в системе отопления, (K˚C).

Циркуляционное давление насоса Δpн, Удельная энергия, сообщаемая насосом воде, равняется разности полного гидравлического давления при выходе из нагнетательного и при входе во всасывающий патрубок насоса:

Δpи=pн-pв+p/2*(ωн2в2)+ρ*g*(hн-hв),

где pн, pв - гидростатическое давление;

ωн, ωв - скорость движения потока воды, м/с;

hн, hв - высота положения оси или сечения потока воды над плоскостью сравнения, м;

ρ - плотность воды, кг/м3 (кг с24);

g - ускорение свободного падения, м/с2.

Индексы «н» и «в» относятся соответственно к нагнетательному и всасывающему патрубкам насоса.

Для горизонтального насоса при ωнв

Δpн=pн-pв,

т. е Δpн равняется разности гидростатического давления в нагнетательном и всасывающем патрубках насоса.

Удельную энергию, связанную с подъемом воды водопроводным насосом, называют напором насоса и выражают в метрах водяного столба (м вод. ст.).

Удельную энергию, сообщаемую воде отопительным насосом, связанную с преодолением сопротивления движению воды в замкнутом контуре системы отопления, называют циркуляционным давлением насоса и выражают в Н/м2 или Па - Паскалях (кгс/м2).

Величина циркуляционного давления отопительного насоса определяется сопротивлением движению воды. Так как в системе отопления насосная циркуляция (вынужденное движение воды) накладывается на гравитационную (свободное движение), то циркуляционное давление насоса Δpн меньше сопротивления движению воды в системе Δpс на величину естественно возникающего циркуляционного давления Δре:

Δpн=Δpс-Δре,

Все же основной величиной, определяющей значение Δpн остается Δpс. Сопротивление движению воды в системе отопления (или так называемая потеря давления в системе) пропорционально скорости движения воды в теплопроводах. Скорость движения минимальна при естественной циркуляции воды. В насосной системе вынужденная скорость движения воды значительно больше, однако для теплопроводов по технико-экономическим соображениям устанавливается верхний предел скорости.

Одно из технических условий действия системы отопления, в данном случае водяного, - акустическое требование бесшумности протекания воды. Такое требование ограничивает скорость движения воды в теплопроводах систем отопления гражданских и некоторых промышленных зданий. Допустимы следующие значения скорости движения воды в трубах систем отопления:

  • для гражданских зданий - 1,2-1,5 м/с;
  • для промышленных зданий - до 3 м/с.

В отечественной и зарубежной литературе указывается о возможности повышения предела скорости движения воды в гражданских зданиях до 1,8-2 м/с.

Верхний предел скорости движения воды может быть также установлен путем проведения экономического расчета, и в этом случае, если акустическое ограничение не учитывается, возможно отклонение от указанных значений скорости.

За основу экономического расчета берется положение - годовые расходы по эксплуатации системы отопления должны быть минимальными. С увеличением скорости движения воды уменьшается диаметр труб, вследствие чего сокращаются, с одной стороны, капитальные вложения и, следовательно, затраты на текущий и капитальный ремонт, а также отчисления на восстановление капитальных вложений и увеличиваются, с другой стороны, сопротивление системы и затраты на расходуемую насосом электроэнергию. В результате такого экономического расчета выбирают оптимальные значения скорости и сопротивления движению воды в системе отопления.

На практике для определения Δpн часто используют, не проводя экономического расчета, соотношение, рекомендованное в свое время проф. В. M. Чаплиным:

Δpн=102*Σl Па (10* Σl кгс/м2),

в котором принимается средняя потеря давления 100 Па (10 кгс/м2) на 1 м длины наиболее протяженного циркуляционного кольца системы (длина кольца Σl м).

Выбор давления насоса предопределяет уменьшение скорости движения воды в теплопроводах в несколько раз против указанных предельных значений, в связи с чем не только увеличивается металлоемкость, но и возникают отрицательные явления при действии системы отопления - нарушается гидравлический режим и снижается тепловая надежность.

Снижение тепловой надежности обусловлено возрастанием влияния такого переменного фактора, как естественное циркуляционное давление на количество воды, протекающей через отопительные приборы. Поэтому вообще для обеспечения расчетного гидравлического режима при действии системы следует стремиться к увеличению циркуляционного давления насоса.

Вместе с тем нужно отметить, что скорость движения воды в магистралях двухтрубной системы отопления малоэтажных зданий должна быть ограничена по следующей причине: при высокой скорости эжектирующее действие основной струи в фасонных частях может нарушить циркуляцию воды в отдельных малонагруженных стояках системы.

На практике встречается вынужденное ограничение насосного циркуляционного давления (и скорости движения воды) при использовании зависимых схем отопления, изображенных на рисунке в, г, особенно при незначительной разности давления в наружных подающем и обратном теплопроводах в точке ввода их в конкретное здание.

В системе отопления, схема которой показана на рис. (a), также возможно ограничение циркуляционного давления насоса в том случае, если в перспективе предполагается ликвидация котельной и зависимое, присоединение системы отопления к наружным теплопроводам. При этом учитывается, что в процессе проектирования наружных теплопроводов для будущего присоединения отдельных зданий по зависимой схеме принимается минимальная разность давления в них на уровне, не превышающем 12*104 Па (12 103 кгс/м2).

В системе отопления используется специальный отопительный циркуляционный насос, перемещающий значительное количество воды и развивающий при этом относительно небольшое давление. Это - горизонтальный лопастной насос центробежного, осевого или диагонального типа, бесшумный в действии, непосредственно соединенный с электродвигателем, закрепляемый на трубе без фундамента. Например, диагональный отопительный насос предназначен для перемещения до 22 т/ч воды при циркуляционном давлении всего (10-25) 103 Па или (1-2,5) 103 кгс/м2.

Каждый тип насоса обладает собственной, только ему присущей характеристикой, получаемой в процессе стендовых испытаний опытного образца при определенной частоте вращения электродвигателя. Характеристика выражает зависимость между расходом насоса и соответственно циркуляционным давлением Gн-Δpн, коэффициентом полезного действия (к. п. д.) Gнн, мощностью насоса Gн-Nн.

По характеристике насоса можно отметить для всех типов отопительных насосов постепенное уменьшение циркуляционного давления и увеличение мощности по мере возрастания расхода, а также получение максимального значения к. п. д. при определенном расходе насоса (точка Б). Часть кривой Gн-Δpн, соответствующая высоким значениям к. п. д., отмеченная на рисунке жирной линией 1, носит название рабочего отрезка характеристики насоса.

image050

Диагональный отопительный насос

1 - рабочее колесо; 2 - корпус: 3 - сальниковое уплотнение; 4 - вал электродвигателя.

image051

Характеристики отопительного насоса

1 - давления, 2 - к п д, 3 - мощности; 4 - характеристика системы отопления.

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.

Рабочая точка А на рисунке представляет собой точку пересечения рабочего отрезка характеристики насоса Gн-Δpн с характеристикой 4 системы отопления Gс-Δpс, выражаемой кривой второго порядка (пунктирная линия). Насос при расходе Gн= Gс создает в рабочей точке А определенное циркуляционное давление Δpн, действует с максимальным к. п. д. ηн (точка Б) и обладает мощностью Nн (точка В). На рисунке изображен идеальный случай, когда отопительный насос не только действует с максимальным к. п. д. ηн, но и создает циркуляционное давление Δpн=Δpc (без учета гравитационного давления в системе отопления).

При отсутствии отопительных насосов для создания циркуляции в системе отопления используют высоконапорные центробежные насосы общепромышленного назначения. Высоконапорный насос уступает отопительному насосу по ряду монтажных и эксплуатационных показателей: его необходимо устанавливать на фундамент, снабжать электроэнергией от силового кабеля, а не от осветительной сети, при его действии создаются излишний шум и вибрация труб и строительных конструкций, требуется обводная труба для сохранения циркуляции воды при остановке.

Центробежный насос общепромышленного назначения, создающий избыточное для системы отопления давление, по расходу приводится к расходу воды в системе путем погашения излишка его давления.

На рисунке ниже показан такой случай применения в системе отопления центробежного насоса, создающего давление Δpн>Δpс. Характеристика системы, проведенная через точку Б с известными координатами Gс и Δpс (кривая 2), пересекает характеристику насоса 1 в рабочей точке В. Этой точке, общей для насоса и системы отопления, соответствуют увеличенные расход Gн=G’c (>Gc) и циркуляционное давление Δpн=р'с (>Δр'с). Значительное увеличение расхода воды в системе отопления против расчетного нежелательно, так как при этом, помимо возрастания расхода электроэнергии, возникает тепловое разрегулирование системы. Поэтому путем введения дополнительного сопротивления, выраженного на рисунке ординатой А-Б (в виде, например, диафрагмы или трубы уменьшенного диаметра), характеристику системы отопления можно изменить таким образом, что получится новая рабочая точка А (в месте пересечения новой характеристики системы 3 с характеристикой насоса 1). В точке А расход насоса равен расчетному расходу воды в системе отопления [Gн=Gc), а давление насоса Δpн соответствует сопротивлению движению воды в системе после регулирования.

В теплопроводы системы отопления включают два одинаковых циркуляционных насоса, действующих попеременно: при работе одного из них второй находится в резерве (резервный отопительный насос может находиться на складе). Присоединение теплопроводов к циркуляционным насосам различно для отопительных и для общепромышленных высоконапорных насосов. Во втором случае на рисунке показано дополнительное оборудование - обводная труба 4 с задвижкой, нормально закрытой, виброизолирующие вставки 5 (резиновые длиной 900 мм, армированные спиральной проволокой), неподвижные опоры 6, препятствующие осевому растяжению резиновых вставок; фундамент насосов также снабжается виброизолирующими вставками.

Задвижки 2 до и после обоих насосов (действующего и бездействующего) постоянно открыты, особенно если предусматривается автоматическое переключение насосов (например, после непрерывного суточного действия); обратный клапан 3 препятствует циркуляции воды через бездействующий насос (предотвращает, как говорят, работу насоса «на себя»).

Мощность насоса пропорциональна произведению секундного расхода (подачи) на давление. Мощность электродвигателя, Вт, определяется с учетом коэффициентов полезного действия насоса ηн и необходимого запаса k по формуле (в единицах системы СИ):

Nэ=(k*Lн*Δpн)/(3600*ηн),

где подача Lн, м3/ч, и давление насоса Δpн, Па (Н/м2).

В технической системе единиц мощность электродвигателя, кВт:

Nэ=(k*Lн)/(3600*102*ηн),

при давлении Δpн, кгс/м2.

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


Похожие материалы:
Новые материалы:
Предыдущие материалы:

 

Черный цвет в интерьере - дизайн

Черный цвет в интерьере - дизайн

Существуют люди, которые предпочитают черный цвет в интерьере, но существуют и такие, которые будут его критиковать. Самым распространенным сочетанием является: черная цветовая гамма с белой.

 

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Подушки - идеальный материал для декорирования интерьера. С их помощью можно легко и быстро преобразить пространство, придав ему особый характер и уникальность.

 

Большие идеи для маленьких кухонь

Большие идеи для маленьких кухонь

Конечно же, все мы мечтаем о прекрасных больших кухнях. Читаем о них в журналах по дизайну, а иногда видим в квартире лучшей подруги. Но наша кухня выглядит иначе, и мы должны смириться с обстоятельствами, в которых живем.