Расчет водяной системы при усилении циркуляции воды насосом

Как видно из описания этой системы, действие её отличается от действия обычной водяной системы лишь скоростью движения воды; соответственно этому и расчет частей системы производится на тех же основаниях, которые были указаны при расчете водяной системы низкого давления, с изменениями, вызываемыми лишь увеличением скорости циркуляции воды.

Расчет нагревательных приборов производится по тем же формулам, какие были указаны при водяной системе низкого давления.

При расчете водогрейных котлов следует принять во внимание, что вода из них разводится в системы отопления по длинным магистралям, в каковых происходит некоторая потеря тепла вследствие охлаждения через наружные их поверхности; потерю эту, при должной изолировке магистралей, можно принять около 5% от всего количества тепла, почему общий расход, доставляемый в системы, необходимо при расчете котлов увеличить на 5%. Соответственно этому формула примет вид;

п(d+D/2)ln'₀=1,05W₀(m+n)/n кв. м.

Формула применяется в том случае, когда, при беспрерывной работе насоса, котлы должны служить для увеличения теплоемкости всей системы и допускать перерывы в топке. Надо однако заметить, что при насосных системах редко приходится прибегать к такому способу увеличения теплоемкости, ибо гораздо целесообразнее, если уже требуется теплоемкость, устанавливать в самих зданиях теплоемкие резервуары, перекачивая в них воду из водогрейных котлов; такое устройство дает возможность делать перерывы не только топки котлов, но и работы насоса. В этом случае могут быть установлены и котлы малой теплоемкости, у которых должна быть рассчитана лишь поверхность нагрева по формуле:

F=1,05W₀(m+n)/nn₀' кв. м.

Наконец, когда теплоемкость не требуется и котлы, а равно и насос, будут работать беспрерывно и днем и ночью, поверхность нагрева котлов рассчитывается по формуле:

F=1,05W₀/n₀' кв. м.

где W₀' - общий часовой расход тепла в системе, рассчитанный при наинизшей наружной температуре данной местности. Величина nо' во всех этих случаях принимается та же, какая была указана в изложении расчета водяной системы низкого давления.

Если согревание воды на центральной станции производится паром, то расчет назначенных для этой цели пароводяных приборов производится на основании вышеуказанных соображений по формулам, приведенным в расчете пароводяной системы отопления, с добавлением и в этом случае 5% на охлаждение воды в магистралях и с принятием температуры пара соответственно его давлению.

Расчет диаметров труб производится на тех же основаниях, какие были указаны при изложении расчета водяной системы низкого давления, с тою лишь разницею, что здесь приходится иметь дело с большими скоростями движения воды, получающимися вследствие добавочного напора, образуемого действием насоса; во избежание слишком большой работы насоса, увеличивающей расходы на эксплуатацию, рекомендуется не принимать скоростей больше 2, 5 - 3 метров в секунду и то лишь в длинных магистралях, разводящих воду в отдельные здания, в самих же зданиях лучше принимать эти скорости не более 0,5 м. в секунду; вообще же, имея в виду центральное регулирование температуры помещений, при назначении скоростей руководятся условием, чтобы вода доходила до самих отдаленных нагревательных приборов в течение времени не более 8 - 10 минут, в зависимости от чего рассчитывается потребная скорость движения воды.

Если скорость движения воды не превышает верхнего предела скоростей, указанного в расчете водяной системы низкого давления (v_max), то потеря напора от трения на 1 пог. м. трубы рассчитывается по указанной там же формуле Биля:

p =(0,33+0,036/ √ d)4v²/d мм. вод. столба,

в которой плотность воды, не играющая в насосных системах существенной роли, принята равною единице; если же эти скорости больше v_max, то, как было указано ранее, движение воды по трубам сопровождается образованием в воде вихрей и водоворотов, вызывающих добавочное внутреннее трение одних струек воды о другие, при чем формула дает уже не точные результаты.

Для скоростей, превышающих v_max , Биль дает следующую формулу для определения потери напора от трения на 1 пог.. м. трубы:

p =(0,12+2f / √ d+2b/v √ d x n'/r) / 4v²/d мм. вод. столба,

где, для шероховатостей железных труб, можно принять:

f =0,018bn'/r=0,007

в виду этого формула принимает вид:

p=(0,12+0,036/√ d+0,014/v √ d)4v²/d мм. вод. столба

Эти формулы, дают возможность определять диаметры труб в зависимости от расхода тепла, скорости движения воды и сопротивлений, на преодоление которых расходуется имеющийся в системе напор. Но так как было бы крайне затруднительно производить каждый раз довольно сложные подсчеты по этим формулам, то для облегчения расчета труб насосной системы составлены таблицы №№ 22, 23 и 24. В первом вертикальном ряду этих таблиц показаны жирным шрифтом скорости движения воды от 0,1 до 3,0 м. в секунду, в горизонтальных же рядах - против каждой скорости помещены две цифры: верхняя, напечатанная более жирным шрифтом, показывает количество воды, протекающее в 1 час при данной скорости по трубе диаметра, обозначенного в заголовке ряда, а нижняя цифра, напечатанная мелким шрифтом, указывает соответствующую этим величинам потерю напора от трения на 1 пог. м. трубы, выраженную в миллиметрах водяного столба.

Расчет труб начинается с кольца циркуляции, в которое входит нагревательный прибор, расположенный наиболее невыгодно, то есть наиболее удаленный от котла и наименее возвышающийся над ним; для каждого участка этого кольца по расходу тепла W определяется количество воды Q, которое должно проходить через этот участок, по формуле:

Q=W/(T₀-t₀) кг. затем, измерив длину пути, который должна пройти вода от котла до нагревательного прибора, и разделив эту длину на заданное время прохождения, получаем среднюю скорость движения воды в секунду; отыскивая полученную скорость в первом вертикальном ряду таблиц 22 - 24, находим в соответствующем ей горизонтальном ряду ближайшую большую величину Q для каждого участка и в вертикальном ряду, соответствующем величине Q, находим необходимый диаметр участка; одновременно с этим находим напечатанную под Q величину потери напора от трения на 1 пог. м. трубы и, умножая ее на длину участка, получаем потерю напора от трения для всего участка.

К этой потере необходимо добавить еще потерю от местных сопротивлений, определяемую для каждого участка по формуле;

p₁ =v²r/2gEr

принимая. для упрощения расчета, среднюю плотность воды r = 1, получим:

p₁ =v²/ 2 x 9,81 Er >< 0,05v²Er

величины Р₁ напечатаны в первом вертикальном ряду таблиц 22 - 24 под скоростями, более мелким шрифтом.

Суммируя полученные таким образом потери напора для всех участков данного кольца циркуляции, получаем величину всего напора H., который должен быть в этом кольце для движения воды; напор этот образуется из естественного напора аh, имеющегося в кольце циркуляции вследствие разности плотностей воды в подающей и обратной трубах, и из искусственного, создаваемого насосом, при чем величина последнего напора должна быть:

Н₁ = Н - аh мм. вод. столба.

По величине Н₁ определяется мощность насоса по формуле:

N=Q₁H₁/3600 x 75 x n x 1000 лошадиных сил,

где Q₁ - вес наибольшего количества воды, перемещаемого в 1 час насосом и определяемого по общему наибольшему расходу тепла во всей системе, а коэффициент полезного действия насоса, принимаемый равным 0,4 - 0,75 в зависимости от системы насоса.

При подборе диаметров труб остальных колец циркуляции первое кольцо принимается за магистраль, диаметры которой уже установлены, почему в остальных кольцах остается определить только диаметры тех участков, которые не вошли в первое кольцо. Ниже приводимый пример в достаточной мере выясняет весь ход расчета диаметров труб.