Гидравлические характеристики приборных отопительных узлов с термостатическими клапанами

УДК 671.1

Р. А. Усманов, А. П. Давыдов, М. А. Валиуллин

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРНЫХ ОТОПИТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ

С ТЕРМОСТАТИЧЕСКИМИ КЛАПАНАМИ

Ключевые слова: приборный узел, медные трубы, термостатический клапан, приведенный коэффициент местного сопротивления.

В жилых и общественных зданиях, в последнее время, применяют системы отопления с использованием медных труб. При расчете таких систем необходимо иметь точные данные о гидравлических характеристиках унифицированных современных приборных узлов. В статье приводятся данные экспериментальных исследований гидравлических характеристик приборных узлов систем отопления с использованием обвязок из медных труб и современной запорно-регулирующей арматурой фирмы «Herz».

Keywords: Instrument unit, copper pipes, thermostatic valve, reduced coefficient of local resistance.

In public buildings, recently used the heating system using copper pipes. In the calculation of such systems is necessary to have accurate data on the hydraulic characteristics of the unified modern instrument nodes. The article presents the results of experimental studies of hydraulic characteristics of component units of heating systems using studs made of copper pipes and modern valves and fittings company «Herz».

В современных зданиях применяют как вертикальные, так и горизонтальные системы отопления. Для эффективной работы этих систем должны быть использованы высокотехнологичное тепловое и насосное оборудование, терморегулирующая арматура и трубы с длительным сроком службы, к которым относятся медные трубы. Применение унифицированных узлов упрощает расчет и ускоряет процесс изготовления и сборки трубных заготовок указанных систем.

В муниципальных многоэтажных жилых зданиях начали применять поквартирные системы отопления с подключением к вертикальным стоякам, расположенным в лестнично-лифтовом холле. В местах подключения на каждом этаже устанавливается металлический шкаф с коллекторным узлом, куда возможен доступ сотрудников службы эксплуатации. Поквартирная система отопления дает возможность полного отключения системы в отдельно взятой квартире для устранения аварии или реконструкции системы, не влияя на других потребителей, а также облегчается регулировка систем отопления здания.

В современных жилых зданиях массового строительства теплопотери квартиры невелики. В связи с этим поквартирная система отопления рассчитана на небольшую тепловую нагрузку, что позволяет использовать медные трубы меньших диаметров. Поэтому более распространена скрытая прокладка трубы в гофре в конструкции пола. Такая прокладка труб позволяет при авариях произвести замену поврежденного участка без вскрытия конструкции пола.

В поквартирных системах отопления используются приборные узлы с обвязкой из медных труб. Схемы обвязки таких систем отличаются от схем вертикальных и горизонтальных систем отопления с использованием стальных труб.

Расчет современных приборных узлов с зарубежными термостатическими клапанами по отечественным справочникам либо невозможен, либо не описывает всех исходных данных, позволяющих с пониманием вести необходимые расчеты методом характеристик сопротивления. Выходом из создав-

шегося положения могут быть экспериментальные исследования, которые позволили бы получить суммарные характеристики унифицированных приборных узлов с использованием медных труб.

Гидравлическое сопротивление унифицированных приборных узлов складывается из отдельных сопротивлений прямых участков труб, местных сопротивлений элементов узла и сопротивлений термостатических клапанов при различных позициях регулирования.

Потери давления в приборных узлах можно определить по формуле:

АР = S XG2

узла узла

где в - расход воды, кг/ч; Эу3ла - характеристика

гидравлического сопротивления узда, учитывающая потери давления, как на трение, так и в местных сопротивлениях, которая включает в себя характеристики сопротивлений подводок к приборам и замыкающего участка выполненного из медных составляющих.

Согласно [1]

S = РУд (X / d3KBx! + 2g) = Pxgni

где X - коэффициент гидравлического трения.

Для медных труб при турбулентном движении, согласно [2, 3]

X =

0,5

b + 1,312(2 - b)lg(3,7dH /Кз) 2 !gRe0-1

lg

где Ре = с/в]/V - фактическое число Рейнольдса;

Ь= 1 + (IдРе^ЛдРе^ ) - число подобия режимов

течения воды; Ре = 500с/в 1КЭ - число Рейнольд-

са, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений при турбулентном

2

движении воды; Кэ = 10 -105 - коэффициент эквивалентной (равномерно-зернистой) шероховатости, м; V - кинематическая вязкость воды, м2/с, (при

температуре воды 700С ^106 = 0,465, м2/с); I -длина трубопровода, м; дв - внутренний диаметр

трубы, м; дпр - приведенный коэффициент местного сопротивления приборного узла; д - коэффициент местного сопротивления; Руд - удельное гидродинамическое давление, возникающее при расходе воды кг/ч, Па /(кг/ч), которое определяется как:

Из табл.1 видно, что приведенный коэффициент

Ру

G

360022л 2pdB

Учитывая тот факт, что приборный узел состоит из нескольких близко расположенных фасонных частей и терморегулирующей арматуры, приведенный коэффициент местного сопротивления дпр узла определяется экспериментальных путем.

Значение дпр для некоторых видов приборных

узлов однотрубных систем отопления из медных труб, как вертикальных, так и горизонтальных, при различных позициях регулирования расхода теплоносителя с использованием трехходовых и проходных термостатических клапанов полученных экспериментальным путем авторами представлены в табл.1.

Таблица 1 - Значение дпр для различных видов приборных узлов

№

Эскиз

унифицированного узла

дпр! и*

о0 900

23,2 0,05 15,5 0,064

32,3 0,031 17,14 0,058

21,1 0,047 13,0 0,076

27,43 0,036 16,66 0,06

- трехходовой термостатический клапан работает как смесительный, а в остальных случаях как распределительный клапан, ц- коэффициент расхода.

местного сопротивления приборного узла - дп

за-

висит от степени открытия трехходового термостатического клапана и от конструкции отопительного прибора. Коэффициент имеет большое значение в том случае, когда ручка трехходового термостатического клапана находится в положении 5, соответствующем 45 градусам.

В этом положении трехходовой термостатический клапан выполняет как распределительную, так и смесительную функции. Однако, значение приведенного коэффициента местного сопротивления приборного узла дпр становится больше в том случае, когда настройка клапана соответствует выполнению смесительной функции, что должно быть учтено при определении потерь давления в приборных узлах из медных труб.

Значения дпр приборных узлов поквартирных

систем отопления из медных труб при различных позициях регулирования расхода теплоносителя термостатическими клапанами со схемами соединения «сверху - вниз» и «снизу - вниз» полученных экспериментальным путем представлены в табл.2.

Таблица 2 - Значения дпр приборных узлов поквартирных систем

№

Эскизы приборных и коллекторных узлов

Ход штока

0% 100%

3,03 0,33

5,07 0,19

104,799 0,0095 25,12 0,0398

74,06 0,0135

Таким образом, полученные значения приведенных коэффициентов местных сопротивлений -

дпр для рассматриваемых узлов с трехходовыми и

проходными термостатическими клапанами фирмы «Herz» могут быть использованы при проектировании и расчете современных поквартирных систем отопления с использованием медных труб.

1

2

1

*

2

3

3

4

4

Литература

1. В.Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А.Н. Сканави и др., Внутренние санитарно-технические устройства. Отопление: в 3, ч.1. Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Миллера - 4е изд. переработ. и доп. Стройиздат, Москва, 1990. 344 с.

2. СП 40-108-2004. Проектирование и монтаж внутренних систем водоснабжения и отопления зданий из медных труб. ФГУП ЦПП, Москва, 2005. 31с.

3. Ганс Росс, Гидравлика систем водяного отопления, 5-е изд. Питер, Санкт-Петербург, 2009. 365 с.

© Р. А. Усманов - ст.преп. каф. машиностроения КНИТУ, lashrov_dm@kstu. га, А. П. Давыдов - к.т.н., профессор КГАСУ, М. А. Валиуллин - к.т.н., профессор КГАСУ.

© R. A. Uamanov - senior lecturer, Department of Mechanical Engineering of KNRTU, lashrov_dm@kstu. ru, A. P. Davydov - c.t.s., professor of KSUAC, M. A. Valiullin - c.t.s., professor of KSUAC.

4. В.В. Покотилов, Регулирующие клапаны автоматизированных систем тепло- и холодоснабжения. «Herz Armaturen», Вена, 2010. 176 с.

5. З.Х. Замалеев, В.Н. Посохин, В.М. Чефанов, Основы гидравлики и теплотехники. Лань. Санкт-Петербург, 2014. 352 с.

6. З.Х. Замалеев, Л.Э. Осипова, М.А. Валиуллин, Р.Г. Са-фиуллин, Примеры расчетов по отоплению и вентиляции жилого дома. КГАСУ, Казань, 2007. 176 с.

7. Р.А. Усманов, А.П. Давыдов, М.А. Валиуллин, Вестн. Казан. технол. ун-та, 17, 12, 138-140 (2014).

8. В.Н Посохин, Д.В. Маклаков, Изв. Вузов. Авиационная техника, 3, 16-21 (2007).