О влиянии газовой фазы водяного теплоснабжения на изменение выходной скорости теплоносителя в закрытых системах.

Практические работники, занимающиеся обслуживанием и эксплуатацией теплосчетчиков на основе скоростных измерителей расхода (электромагнит­ных, ультразвуковых, дифманометрических), в которых расход определяется в результате интегрирования скорости движения теплоносителя в трубопроводе, уже обратили внимание на то, что теплосчетчики, стоящие на выходе как за­крытых, так и открытых систем теплоснабжения, могут показывать расход теплоносителя, превышающий расход на входе. Это может происходить толь­ко из-за увеличения объемной скорости движения теплоносителя на выходе.

Одной из причин увеличения скорости на выходе является наличие газовой фазы (воздуха) в теплоносителе.

Ниже проводится анализ влияния газовой фазы ( Г ) теплоносителя на изме­нение мгновенного значения объемного расхода ( Q ) на выходе закрытой сис­темы теплоснабжения в зависимости от давления ( Р ) и температуры ( Т ) на входе и выходе системы. В реальных условиях вода содержит определенное количество газовой фазы (воздуха) в виде микропузырьков. Размеры микропузырьков колеблются в широких пределах от 10-6 мм до 1 мм и более. Микропузырьки воздуха минимальных размеров ( 10-6... 10-3 ) мм обладают значи­тельной устойчивостью и трудно поддаются дегазации. Обычное содержание воздуха в воде варьируется в широких пределах: от 10-3% (дегазированная вода в специальных закрытых сосудах) до 5% и более при принудительной циркуляции воды в трубопроводных системах водо- и теплоснабжения.

Основной источник поступления воздуха в трубопроводные системы - подсос через неплотности на всасывающих участках циркуляционных насосов. В трубопроводных системах с невысоким качеством уплотнений объемное содержание воздуха в воде может быть весьма значительным - 10% и более.

Объемное содержание газовой фазы (воздуха) в жидкости изменяется при изменении давления и температуры в соответствии с уравнением Клапейрона:

(1)

где Р0, ТО - абсолютное давление и абсолютная температура [ К ] в началь­ном сечении трубопровода (на входе системы);

P1, Т1 - абсолютное давление и абсолютная температура в конечном сечении трубопровода (на выходе системы);

Уr(Т0, Р0), Уr(Т1, Р1) - объемное содержание газовой фазы (нерастворенного воздуха) в жидкости соответственно при температурах и давлениях Т0, Р0 и Т1,Р1.

Если обозначить Уr(Т0. Р0)=Уг0, а Уr(Т1, Р1)=Уr1, то объемный расход перекачиваемой среды на входе (Q0) системы и на выходе (Q1) системы, мож­но представить в таком виде:

(2)
(3)

где - объемный расход жидкости (воды) без содержащегося в ней воз­духа.

Объемный расход жидкости - величина практически постоянная, если пренебречь незначительным изменением объема воды при изменении давле­ния и температуры. Величина Уг1, как видно из ( 1 ), значительно изменяется при изменении температуры и давления, что приводит к изменению объемного расхода перекачиваемой среды на выходе системы. С учетом ( 2 ) и ( 3 ) относи­тельное изменение объемного расхода dQ перекачиваемой среды на выходе закрытой системы можно представить в следующем виде:

(4)

Учитывая ( 1 ), выражение ( 4 ) будет иметь вид:

(5)

Как видно из ( 5 ), основное влияние на относительное изменение dQ объем­ного расхода на выходе будет оказывать выражение, стоящее в квадратных скобках. Поэтому преобразуем его первое слагаемое, введя понятие потери давления DP:

(6)

Выразив абсолютную температуру через температуру воды на входе ( t0 ) и на выходе ( t1 ) в градусах Цельсия: Т0 = 273 + t0; T1= 273 + t1. Тогда оно будет иметь вид:

(7)

где dP - DP/P0 - относительная потеря давления в системе.

Использую разложение в ряд Маклорена по степеням малой величины ( 1/( 1+-х ) = 1-+х ), выражение ( 7 ) можно представить в виде:

(8)

где Dt = t0 - tl - разность температур на входе и выходе системы.

Перемножая скобки выражения ( 8 ) и пренебрегая малыми второго порядка t0*t1/(273*273) и dP*Dt/273, можно ( 8 ) записать в виде:

(9)

Подставляя ( 9 ) в выражение ( 5 ) можно получить простую формулу для определения относительного изменения объемного расхода на выходе закры­той системы теплоснабжения:

(10)

Как видно из ( 10 ) относительное изменение объемного расхода на выходе прямопропорционально объемному содержанию воздуха в теплоносителе, а сам объемный расход на выходе может быть как больше, так и меньше входного. По выражению ( 10 ) для 10%-ного объемного содержания воздуха в теплоносителе с учетом реальных потерь давления DP (1,5...3 атм), давления на входе (4...6 атм) и разности температур (30°С...40°С) составлена таблица зависимости относительного изменения объемного расхода теплоносителя на выходе закрытой системы от относительных потерь давления dP = DP/P0 и раз­ности температур Dt при 10%-ном объемном содержании воздуха в теплоносителе.

dP
Относительное изменение объемного расхода, %, при Dt, °С
10
20
30
40
60
80
100
0,10
0,6
0,3
-0,1
-0,5
-1,1
-1,7
-2,5
0,25
1,9
1,6
1,4
0,9
0,3
-0,4
-1,1
0,35
2,8
2,6
2,3
1,8
1,2
0,6
-0,2
0,50
4,2
3,9
3,6
3,2
2,6
1,9
1,2
0,60
5,1
4,8
4,5
4,1
3,5
2,8
2,1
0,75
6,5
6,1
5,9
5,5
4,8
4,2
3,5

Как видно из таблицы для реальных относительных потерь давления (0,25.-0,75) и разности температур на входе и выходе (30ТС) увеличение объемного расхода на выходе может составлять от 1,5% до 6%.

Авторы:

Абаринов Евгений Георгиевич, профессор кафедры "Промышленная электроника" Гомельского Государственного Технического Университета (ГГТУ) им. П.О. Сухого, контактный тел. (0232)48-40-34, E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Михневич Анатолий Васильевич, доцент кафедры "Гидропневмоавтоматика" ГГТУ им. П.О. Сухого, Белоруссия, 246746, г. Гомель, проспект Октября 48, ГГТУ им. П.О. Сухого, факс (0232)47-91-65.

Крушев Владимир Леонидович, ведущий инженер КП "Белавтоматикасервис", контактный тел. (0232)48-54-07f Белоруссия, 246041, г. Г омелы уд. Кар­бышева 12, факс (0232)48-54-01.

428005, Чебоксары, ул. Гражданская 85 "б"
(8352) 341-861, (8352) 341-862
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Ультразвуковые расходомеры
Ультразвуковые теплосчетчики
Погодные регуляторы
Тепловые пункты
Устройства защитного отключения