Вся электронная библиотека >>>

 Отопление. Теплоснабжение >>>

        

 

Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления


Раздел: Отопление

   

§ 5.3. Динамические характеристики изолированных трубопроводов

  

Во всех работах, посвященных исследованию нестационарных процессов теплообмена в системах теплоснабжения, изолированные трубопроводы учитываются в виде звена транспортного запаздывания. Пренебрежение теплоинерционными свойствами изолированных трубопроводов вносит существенную погрешность в результаты расчетов.

Изолированные трубопроводы являются составной частью практически любого энергетического объекта. Имеется ряд работ, посвященных решению задачи о нестационарном теплообмене в изолированном трубопроводе. Эти работы в зависимости от принимаемых допущений могут быть разделены на три группы:

стенка трубопровода рассматривается как сосредоточенная тепловая емкость;

стенка трубопровода рассматривается как распределенная по длине тепловая емкость;

стенка трубопровода рассматривается как полностью распределенная (по длине и радиусу) тепловая емкость.

Ни в одной из этих работ не учитывается влияние инерционности тепловой изоляции. В действительности имеет место сложный процесс распространения тепла по толщине стенки трубы -и изоляции, описываемый уравнениями теплопроводности в цилиндрических координатах.

Рассмотрим динамику теплообмена в изолированном трубопроводе с учетом теплопроводности стенки трубы и изоляции в радиальном направлении. Входными параметрами изолированного трубопровода являются температура и расход теплоносителя на входе в трубопровод, температура окружающей трубопровод среды, а выходным — температура теплоносителя на выходе (см.  5.2).

При составлении исходных дифференциальных уравнений (5.10) и их решении приняты следующие допущения:

турбулизация теплоносителя обеспечивает его постоянную температуру в любом живом сечении, которое принимается перпендикулярным оси трубы;

все теплофизические константы теплоносителя, металла труб и изоляции не зависят от температуры;

Последнее допущение вызвано тем обстоятельством, что решение уравнений теплопроводности Фурье в цилиндрических координатах приводит к громоздким выражениям, содержащим функции Бесселя и Хенкеля от чисто мнимого аргумента. Использование этих выражений в инженерных расчетах весьма трудоемко. При принятом допущении метод решения системы дифференциальных уравнений (5.10) аналогичен методу решения дифференциальных уравнений, характеризующих нестационарный процесс теплообмена в помещении. В результате решения второго и третьего уравнений системы (5.10) получаются выражения, устанавливающие динамическую связь между температурой в любой точке стенки трубопровода с температурой и скоростью омывающего теплоносителя и температурой окружающей трубопровод среды.

Режимы работы изолированных трубопроводов характеризуются переменной температурой и скоростью теплоносителя. Изменение температуры и скорости теплоносителя вызывает изменение коэффициента теплоотдачи, который, в свою очередь, оказывает влияние на динамические свойства трубопроводов.

Сравнение динамических параметров переходного процесса температуры внутренней поверхности металла труб при возмущениях по различным каналам возмущающих воздействий ( 5.7) показывает, что коэффициенты передачи при возмущениях по температуре окружающей трубопровод среды и скорости теплоносителя настолько незначительны, что этими каналами воздействия при решении большинства практических задач можно пренебречь.

Величина постоянной времени кривой разгона температуры теплоносителя на выходе существенно меняется с изменением начальной скорости и сравнительно слабо зависит от начальной температуры теплоносителя. Величина коэффициента передачи не зависит от параметров теплоносителя и практически равна единице.

Например, изменение начальной скорости теплоносителя с 3 до 0,5 м/с приводит к увеличению постоянной времени кривой разгона более чем в 6 раз, а изменение начальной температуры теплоносителя со 150 до 30 °С — на 30 %•

При решении практических задач, связанных с учетом тепло- инерционных свойств тепловой сети, расчет коэффициентов передаточных функций изолированных трубопроводов может производиться по средним (за отопительный сезон) значениям температур теплоносителя в подающих (/Ср = 110 °С) и обратных (/Ср = 37°С) трубопроводах. При этом погрешность в определении величины постоянной времени не будет превышать 7 %.

К конструктивным особенностям, определяющим динамические свойства изолированных трубопроводов, относятся: толщина и материал изоляции; способ прокладки; диаметр и длина трубопровода.

Сравнение динамических характеристик трубопроводов с различными параметрами реальных теплоизоляционных конструкций показывает, что максимально возможное изменение величины постоянной времени не превышает 3%, а величина коэффициента передачи во всех случаях практически равняется единице. Это объясняется незначительным различием теплотехнических характеристик теплоизоляционных материалов, применяемых в тепловых сетях.

При выявлении степени влияния способа прокладки трубопроводов (наземной, в каналах и бесканальной) на их динамические свойства не удалось обнаружить сколько-нибудь заметного изменения в кривых разгона. Это объясняется тем, что тепловой поток, формирующий температурное поле вокруг изолированного трубопровода, составляет незначительную долю от количества теплоты, содержащейся в трубопроводе (около 0,0001 %).

Наиболее существенное влияние на изменение динамических свойств изолированных трубопроводов оказывают геометрические размеры трубопроводов — диаметр и длина. Например, изменение диаметра трубопровода от 0,05 до 1,0 м приводит к увеличению постоянной времени кривой разгона более чем в 10 раз.

Анализируя характер изменения постоянной времени в зависимости от длины трубопровода и его диаметра, можно заметить, что при больших длинах трубопровода постоянная времени изменяется линейно. Уменьшение длины трубопровода, начиная с определенной для каждого диаметра точки, приводит к нелинейному закону изменения постоянной времени.

Многочисленные расчеты показали, что этот переход не зависит от отношения длины трубопровода к его диаметру и начинается при величине L/d — 1000.

Наиболее удобным критерием оценки динамических свойств изолированных трубопроводов является отношение постоянной времени к величине транспортного запаздывания. На  5.7, а показан характер изменения этого отношения в зависимости от диаметра трубы при различных скоростях теплоносителя. Эти графики могут быть использованы для определения величины постоянной времени температуры теплоносителя на выходе трубопровода при известном диаметре и длине трубопровода, температуре и скорости теплоносителя.

Нужно отметить, что приведенные графические и аналитическая зависимости строго справедливы только для отношений L/D^ 1000; при меньших отношениях — L/D ^ 1000 определение величины постоянной времени будет сопровождаться некоторой погрешностью. На  5.7,6 приведен коэффициент е, на который нужно умножить величину постоянной времени, определяемую по графикам ( 5.7) или формуле (5.57).

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления

 

Смотрите также:

 

Вентиляционные воздуховоды и трубопроводы

При наличии изолированного воздуховода (трубопровода) вид конечной формулы усложняется: наряду со
Транспортное запаздывание при учете динамической характеристики звена нужно рассматривать как в трубопроводах, так и в длинных...

 

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования...

В соответствии с санитарными нормами и требованиями СНиП 2.04.14-88 температура поверхности расположенных в помещении изолированных трубопроводов при температуре теплоносителя ниже 100 "С не должна превышать 35 "С...

 

Конструкции тепловой изоляции трубопроводов....

Для изоляции трубопроводов применяют цилиндры с одним продольным разрезом или
Матрацы к изолируемой поверхности крепятся бандажами с пряжками и
Измерение характеристик тепловых труб осуществляется сравнительно ...

 

Оплата труда изолировщика. Теплоизоляция. Оплата труда...

Длину изолируемых трубопроводов, а также оборудования цилиндрического и прямоугольного сечений определяют по осевой линии для каждого сечения, причем арматура и фланцы, фитинги и т. д. из длины не исключаются.