Перемещение и удаление воздуха

В системах центрального отопления, особенно в водяных, скопления воздуха нарушают циркуляцию теплоносителя и вызывают коррозию стали. Борьба с воздушными скоплениями - весьма важная задача, которую необходимо разрешать при проектировании и эксплуатации систем. Для проведения необходимых мероприятий следует выяснить сущность процессов растворения и перехода воздуха в свободное состояние, укрупнения и движения воздушных скоплений в трубах.

Перемещение и удаление воздуха

Воздух в системы отопления попадает двумя путями: частично остается в свободном состоянии при заполнении их теплоносителем или вносится водой в процессе заполнения и эксплуатации в растворенном (точнее, поглощенном, абсорбированном) виде.

Количество свободного воздуха, остающегося в трубах и приборах при их заполнении, не поддается учету, но этот воздух в правильно сконструированных системах устраняется в течение нескольких дней эксплуатации.

Количество растворенного воздуха, вводимого в системы при периодических добавках воды в процессе эксплуатации, определяется в зависимости от содержания воздуха в подпиточной воде. Подпиточная водопроводная вода содержит свыше 30 г воздуха в 1 т воды, подпиточная вода из теплофикационной сети, специально деаэрированная (лишенная воздуха), - <1 г (но при этом появляется водород и даже метан).

Количество растворенного воздуха, переходящего в свободное состояние, зависит от температуры и давления воды в системах отопления.

Растворимость воздуха (насыщающая концентрация) в чистой воде при атмосферном давлении (9,81-104 Па или 760 мм рт. ст.) зависит от температуры воды:

Температура воды, ˚C53050709095
Растворимость воздуха Ра, г/т3320151153

Как видно, при повышении температуры воды значительно снижается содержание в ней растворенного воздуха. Следовательно, в тех местах систем отопления, где горячая вода находится под атмосферным давлением, в свободное состояние переходит наибольшее количество воздуха.

При повышении давления задерживается переход абсорбированного воздуха в свободное состояние. Зависимость растворимости воздуха в воде от давления с достаточной точностью выражается законом Генри - абсорбируемое количество газа пропорционально его давлению (при данной температуре).

Влияние гидростатического давления на растворимость воздуха видно из следующего примера. В системе отопления высотой 23 м наибольшая растворимость воздуха в воде при температуре 95°С составит.

ρ1= ρа*(p1/pа)=3*(((3,3*9,81-8,46)*104))/((9,81-8,46)*104))=3*(23,91*104/(1,35*104))=53 г/т;

1= ρа*(p1/pа)=3*((3,3*760-655)/(760-655))=3*(1855/105)=53 г/т).

где 8,46*104 Па (655 мм рт. ст.) - упругость водяных паров при температуре 95°С;

23,9 104 и 1,35 104 Па (1855 и 105 мм рт. ст.) - парциальное давление воздуха соответственно при абсолютном гидростатическом давлении 32,37 104 и 9,81 104 Па (3,3 и 1 кгс/см2).

В такой системе отопления растворенный воздух, вводимый с водой, не сможет перейти в свободное состояние в нижней ее части. Это произойдет лишь при достаточном понижении гидростатического давления.

Воздух в свободном состоянии занимает в системах отопления значительный объем. Например, в системе емкостью 7 м3 воздух, выделяющийся при нагревании воды от 5 до 95°С, имеет объем:

(((33-3)*7)/103)*((273+95)/(129*273))=0,22 м3.

Такой объем воздуха может образовать «пробку» в трубе dy=50 мм протяженностью около 100 м. Этот пример подтверждает необходимость удаления свободного воздуха из систем отопления.

Следует, кроме того, отметить, что растворенный воздух содержит около 33% кислорода, т. е. в коррозионном отношении для стальных труб более опасен «водяной» воздух, чем атмосферный, в котором содержится кислорода около 21 % (по объему).

Форма воздушных скоплений в воде в свободном состоянии различна. Лишь пузырьки с диаметром сечения не более 1 мм имеют форму шара. С увеличением объема пузырьки сплющиваются, принимая эллипсоидную и грибовидную формы.

В вертикальных водяных трубах пузырьки воздуха могут всплывать, находиться во взвешенном состоянии и, наконец, увлекаться потоком воды вниз.

В горизонтальных и наклонных водяных трубах пузырьки воздуха занимают верхнее положение. Мельчайшие пузырьки задерживаются в нишах шероховатой поверхности труб. Более крупные пузырьки (объемом 0,1 см3 и более) в зависимости от уклона труб и скорости движения воды как бы катятся вдоль «потолочной» поверхности труб в виде прерывистой ленты. С увеличением скорости движения воды до 0,6 м/с начинается дробление воздушных скоплений; пузырьки воздуха в верхней части труб, отрываясь от их поверхности, двигаются по криволинейным траекториям. При скорости движения воды более 1 м/с мелкие пузырьки постепенно распространяются по всему сечению труб - возникает водовоздушная эмульсия.

В паропроводах пар вытесняет воздух в нижние части систем к конденсатным трубам.

В горизонтальных и наклонных самотечных конденсатных трубах воздух перемещается над уровнем конденсата, в напорных конденсатных трубах - в виде пузырьков и водовоздушной эмульсии.

Скорость движения пузырьков свободного воздуха в воде зависит от подъемной архимедовой силы и сил сопротивления движению воды и воздуха.

Рассмотрим состояние идеального воздушного пузырька-шарика диаметром d в потоке воды, движущемся сверху вниз. Подъемная сила, действующая на пузырек, направлена вверх:

P=V*(ρвд-ρв3)g,

где V - объем пузырька;

ρвд и ρв3 - плотность соответственно воды и воздуха.

При движении со скоростью v в потоке воды, обладающем скоростью w, пузырек испытывает силу сопротивления всплыванию.

R=cx*((π*d2)/4)*((ρвд*(w-v)2)/2),

где сх - коэффициент сопротивления.

При P=R, v=0 и пузырек находится в потоке во взвешенном состоянии. Скорость w свободного потока, не ограниченного стенками трубы, при которой пузырек воздуха «витает» в воде, называется скоростью витания или критической скоростью движения воды.

При P>R пузырек воздуха «всплывает» против течения воды и в системе водяного отопления перемещается в верхние ее части.

При P<R, т. е. при скорости движения потока, превышающей критическую, пузырек воздуха уносится потоком воды и в системе водяного отопления перемещается в нижние ее части.

Исследованиями было установлено значение критической скорости потока воды для обычных геометрических размеров воздушных скоплений в системах водяного отопления: в вертикальных трубах 0,2—0,25 м/с, в наклонных и горизонтальных трубах 0,1-0,15 м/с. Скорость всплывания пузырьков воздуха не превышает скорости витания.

Проследим за состоянием воздуха и образованием воздушных скоплений в вертикальных системах водяного отопления.

Воздух переходит из растворенного состояния в свободное по мере уменьшения гидростатического давления в верхней части систем отопления: в главном стояке - при верхней прокладке подающей магистрали, в отдельных стояках - при нижней ее прокладке. Свободный воздух в виде пузырьков и скоплений движется по направлению или против течения в зависимости от скорости потока воды и уклона труб. Воздух собирается в высших точках системы или при значительной скорости движения захватывается потоком и по мере понижения температуры и повышения гидростатического давления вновь абсорбируется водой.

Теперь можно установить совокупность мероприятий для локализации воздушных скоплений в системах отопления.

В системах водяного отопления с верхней прокладкой магистралей обеспечивается движение свободного воздуха к точкам его сбора; точки сбора воздуха (и удаления его в атмосферу) соответствуют наиболее высоко расположенным местам систем; скорость движения воды в точках сбора воздуха снижается до значения менее 0,1 м/с; длина пути движения воды с пониженной скоростью гарантирует всплывание пузырьков и скопление воздуха для последующего его удаления.

К таким мероприятиям относятся прокладка труб с определенным уклоном в желательном направлении, установка проточных воздухосборников или использование открытых расширительных баков в системах с верхней прокладкой подающей и обратной магистралей. Из воздухосборников воздух удаляется в атмосферу периодически с помощью ручных спускных кранов или автоматических воздухоотводчиков Из расширительных баков воздух выходит через открытую переливную трубу.

В большинстве известных конструкций автоматических воздухоотводчиков (так называемых вантузов) поплавково-клапанного типа используются внутреннее гидростатическое давление для закрывания клапана(прижимания золотника клапана к седлу воздушной трубки) и сила тяжести поплавка для его открывания.

В системах водяного отопления с нижней прокладкой обеих магистралей наиболее высоко расположены отопительные приборы верхнего этажа зданий. Воздух, концентрирующийся в емких отопительных приборах или в греющих трубах конвекторов и бетонных панелей, удаляется в атмосферу периодически с помощью ручных и автоматических воздушных кранов 1 (а) или централизованно через специальную воздушную трубу 2 (г).

image042

Способы удаления воздуха из системы водяного отопления с верхней прокладкой магистрали

а - через горизонтальный проточный воздухосборник 1 и спускной кран 2 или автоматический воздухоотводчик 3, б - через проточный расширительный бак 4 и переливную трубу 5 при естественной цуркуляции воды, в — через проточный расширительный бак 4 при «опрокинутой» циркуляции воды.

image043

Способы удаления воздуха из системы водяного отопления с нижней прокладкой магистралей: через воздушный кран 1; через воздушные трубы 2 и 3 с петлей 4; через воздухосборник 5 и спускной кран 6; через расширительный бак 7 с переливной трубой 8.

Распространена конструкция ручного бессальникового воздушного крана с поворотным игольчатым штоком. Однако целесообразнее применять достаточно простые автоматические воздушные краны, основанные на свойстве сухого материала пропускать воздух, а в увлажненном состоянии задерживать его.

При централизованном воздухоудалении воздушные трубы стояков 2 объединяются горизонтальной воздушной линией 3 (г) с воздушной петлей 4 для устранения циркуляции воды в воздушной линии (д, е). Для периодического выпуска воздуха воздушная петля включает вертикальный воздухосборник 5 со спускным краном 6 (д). Для непрерывного удаления воздуха воздушную петлю присоединяют к одной из соединительных труб открытого расширительного бака 7 (е).

Особенно важны мероприятия по сбору и удалению воздушных скоплений при восполнении потерь воды в отопительных системах водопроводной водой. В этом случае при нижней прокладке магистралей трубы к отопительным приборам верхнего этажа рекомендуется присоединять по схеме, изображенной на рисунке (а), а при централизованном удалении воздуха - по схеме на рисунке (г).

При «подпитке» систем отопления деаэрированной водой можно добиться обезвоздушивания отопительных приборов и труб путем создания скорости водяных потоков, обеспечивающей вынос пузырьков воздуха в зону повышенного гидростатического давления с последующей адсорбцией. Это осуществляется в однотрубных системах с присоединением труб к отопительным приборам верхнего этажа по схеме. В этом случае существенное значение имеет также непосредственное поглощение свободных воздушных скоплений водой, охлаждающейся в отопительных приборах.

Явление поглощения более быстро протекает в отопительных приборах нижних этажей, где растворимость воздуха возрастает не только при понижении температуры воды, но и вследствие увеличения гидростатического давления. Наблюдениями установлено, что процесс обезвоздушивания радиаторов, присоединенных к трубам по схеме снизу-вниз (а), практически протекает в течение двух-трех суток без открывания воздушных кранов. Поэтому при обеспечении достаточной растворимости воздуха трубы к отопительным приборам можно присоединять по схеме, показанной на рис. (в), способствующей повышению плотности теплового потока приборов.

В вертикальных однотрубных системах водяного отопления многоэтажных зданий с П-образными и бифилярными стояками воздушные краны в верхних приборах можно не устанавливать и при наполнении системы воздух удалять в основании нисходящей части стояков путем выдавливания его водой.

В паропроводах систем парового отопления воздух находится в свободном состоянии. Удельный вес воздуха приблизительно в 1,6 раза больше, чем удельный вес пара: при температуре 100˚C соотношение составляет 9 Н/м3 (0,92 кгс/м3) к 5,7 Н/м3 (0,58 кгс/м3), чем объясняется скопление воздуха в низких местах систем над поверхностью конденсата. Так как растворимость воздуха в конденсате незначительная из-за высокой температуры конденсата, воздух остается в свободном состоянии.

В паровых системах низкого давления воздушные скопления удаляют в атмосферу через «сухие» конденсатные трубы или специальные воздушные трубы при «мокрых» конденсатных трубах.

В паровых системах высокого давления воздух захватывается конденсатом, движущимся с большой скоростью. Водовоздушная эмульсия по трубам попадает в закрытый конденсатный бак, где воздух отделяется от конденсата и периодически отводится в атмосферу через специальную воздушную трубу.


Похожие материалы:
Новые материалы:
Предыдущие материалы:

 
Вывоз строительного и бытового мусора.

Фиолетовая комната – примеры оформления в фото

Фиолетовая комната – примеры оформления в фото

Фиолетовый в оформлении комнат и его оттенки всегда были прерогативой избранных, поэтому использовать их в обычных жилых интерьерах стали относительно недавно.

 

Черный цвет в интерьере – классика и строгость

Черный цвет в интерьере – классика и строгость

Черный цвет в интерьере относительно недавно получил распространение. Раньше дизайнерам и архитекторам черный казался слишком темным и мрачным для того, чтобы с его помощью оформлять такие большие плоскости, как стены, пол или потолок.

 

Черно-белый интерьер – идеи оформления

Черно-белый интерьер – идеи оформления

Сегодня небольшие, но очень уютные квартиры-студии с совмещенной кухней пользуются большим спросом у покупателей. Однако при оформлении интерьера помещения, такие габариты и планировка вносят некоторые коррективы в дизайнерские задумки.