Основные принципы работы элеватора. Схема элеваторного смесителя, графики давлений и скоростей в его проточной части показаны на рис. 3.1. Работает элеватор следующим образом. Высокотемпературная вода выходит из сопла 2 со скоростью W в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Скорость создается в результате срабатывания в пределах сопла избыточного давления (по отношению к давлению в начале камеры смешения), равного сумме располагаемого перепада давления в тепловой сети перед элеватором и перепада давления во всасывающем коллекторе Ajop-f--j-Арвс- Активная рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передает им часть своей энергии и образовавшийся смешанный поток движется в проточной части струйного аппарата. В камере смешения в результате обмена импульсами происходит выравнивание поля скоростей потока и за счет высвобождающейся кинетической энергии растет его статическое давление. В конце камеры смешения статическое давление увеличивается на Арк- После камеры смешения поток поступает в диффузор, где тормозится и его статическое давление увеличивается на Арп.

При движении потоков в струйном аппарате происходят потери энергии. Основными потерями являются потери на удар при смешении потоков. Для снижения этих потерь необходимо уменьшить разность между скоростями активного W и пассивного w2 потоков, что и достигается в аппаратах с большой скоростью эжекции. Несмотря на дополнительные потери энергии, связанные с созданием скорости подсасываемой воды и дополнительным торможением потока (восстановлением давления), эффективность работы элеватора повышается.

Большое значение имеет профиль всасывающего коллектора, так как при плохом профиле потери в коллекторе могут оказаться больше выигрыша в потерях на удар.

Давление во всасывающем коллекторе снижается, поэтому при торможении потока сначала необходимо восстановить давление, затраченное на создание скорости подсасываемой воды во всасывающем коллекторе, а потом создать избыточное. Восстановление давления связано с дополнительными потерями, которые для повышения эффективности струйного аппарата должны быть максимально уменьшены путем соответствующей профилировки его проточной части и сокращения потерь на трение. При неоптимальном профиле проточной части и значительных потерях энергии на трение элеватор с большой скоростью эжекции не даст выигрыша в КПД.

Выведем основное уравнение для расчета элеватора. Напишем уравнение импульсов для камеры смешения (см. рис. 3.1):

Коэффициенты if>i2 и ар1з учитывают неравномерность полей скоростей во всасывающем коллекторе при входе в камеру смешения и в ее горловине. При выходе из сопла поле скоростей равномерное, поэтому в уравнении (3.1) "фп не вводим. Коэффициент чр! связывает среднюю скорость по расходу w со средней скоростью по количеству движения wK д:

Величина % зависит от профиля поля скоростей. Для параболического поля скоростей f>i = 1,33, для поля скоростей с установившимся турбулентным режимом (Re= 10 000)^1 = 1,02.

Учет неравномерности полей скоростей при расчете струйных аппаратов имеет большое значение, так как при сокращенных размерах камеры смешения или при работе аппарата в нерасчетных режимах может существенно отличаться от единицы и неучет этого коэффициента даст значительную ошибку.

Из полученного уравнения следует, что коэффициент эжекции (подмешивания) элеватора при работе его на систему отопления сохраняется постоянным независимо от режима (считая коэффициенты гидравлических потерь постоянными). Изменить коэффициент подмешивания можно только путем изменения величины FT, чего можно достигнуть изменением сечения сопла при его замене или с помощью регулировочной иглы.

Расчет элеватора с оптимальными параметрами. Если необходимо запроектировать элеватор с минимальным располагаемым напором в тепловой сети, тогда параметры элеватора оптимизируют по формулам (3.6) и (3.9). Стандартную конструкцию элеватора удобно подбирать по диаметру горловины d3, так как он определяет все размеры элеватора. Диаметр сопла можно изменить путем его замены. Получим выражение для расчета диаметра горловины элеватора с оптимальными параметрами. В качестве основного уравнения используем формулу (3.9):

Коэффициент А зависит от коэффициентов потерь, коэффициента эжекции и плотности воды.

Расчет элеватора на перепад давлений в теплосети, превышающий минимальный. Если располагаемый перепад давлений в тепловой сети больше минимального, определенного для оптимальных параметров элеватора, избыточное давление можно погасить в сопле элеватора, но тогда его надо рассчитывать по характеристическому уравнению (3.7), а не на оптимальные параметры. Порядок расчета следующий:

1) определяют Fr из уравнения (3.7);

2) определяют диаметр сопла по формуле

3) определяют

Смесительные насосы. Смешение высокотемпературной воды с обратной водой системы отопления можно осуществлять не только в элеваторах, но и с помощью смесительных насосов. Смесительные насосные узлы устраивают вместо элеваторов, как правило, при недостаточных располагаемых перепадах давлений в точках присоединения абонентов к наружной тепловой сети. В ряде случаев с помощью насосов одновременно со смешением повышается давление в подающем трубопроводе после теплового пункта для залива системы отопления высокого здания или, наоборот, понижается давление в обратном трубопроводе до теплового пункта при высоком давлении в наружной тепловой сети.

Насосная схема присоединения системы отопления позволяет более точно, чем элеваторная, поддерживать необходимую температуру воздуха в отапливаемых помещениях, так как в этом случае возможно более совершенное регулирование подачи тепла на отопление путем изменения коэффициента подмешивания.

Смесительный насос можно устанавливать на перемычке между подающей и обратной магистралями, на подающем трубопроводе местной системы отопления, на обратном трубопроводе местной системы отопления. Подача насоса, установленного на подающем или обратном трубопроводе местной системы отопления, равна расходу воды в системе отопления.

Смесительные насосы подбирают по заводским характеристикам. Насос должен обеспечивать заданные подачу и напор при наибольшем значении КПД.

В качестве смесительных насосов используют как радиальные (центробежные) насосы общепромышленного назначения (типа К, КМ, ЦНШ), так и радиальные насосы специальной конструкции, учитывающей особенности работы насоса в системе отопления. На ближайшие годы намечен выпуск радиальных бесфундаментных насосов для системы отопления. Марка насосов ЦВЦ (центробежный водяной циркуляционный), подача насосов от 0,7 до 6,95 кг/с (2,5—25 м3/ч) при температуре воды не более П5°С, максимальное гидростатическое давление на насос 1 МПа. Насосы сблокированы с горизонтальными трехфазными электродвигателями мощностью до 1,1 кВт. Разность давлений, развиваемая насосами ЦВЦ, от 0,02 до 0,92 МПа. Соединение патрубков насоса с трубопроводами резьбовое (насосы dy=25...40 мм) и фланцевое (насосы dv=50 мм и dy= = 65 мм). Вал двигателя с рабочим колесом насоса, а также ротор двигателя вращаются в подшипниках с водяной смазкой. Насосы марки ЦВЦ малошумные, что особенно важно при установке их в тепловых пунктах, расположенных в подвалах жилых зданий.

Радиальные насосы типа К, КМ, ЦНШ, наиболее часто используемые на тепловых пунктах, по напору и подаче обычно не подходят для системы отопления. В этом случае необходимо искусственно увеличивать сопротивление системы отопления путем установки диафрагмы или вставки малого диаметра, что приводит к увеличению мощности электродвигателя и перерасходу электроэнергии. Кроме того, корпус специальных циркуляционных насосов рассчитан на гидростатическое давление от 0,6 до 1 МПа, тогда как для насосов типа К и КМ максимально допустимое давление на входе 0,2 МПа, что ограничивает их применение в системах отопления зданий повышенной этажности.

Для циркуляции воды в системах отопления и горячего водоснабжения устанавливают по два одинаковых насоса, действующих попеременно: один работает, другой находится в резерве. Насосы оборудуют автоматикой включения резерва.

Для уменьшения передачи шума и вибрации от насосов, установленных на фундаментах, к трубопроводам и строительным конструкциям зданий на трубопроводах до и после насосов предусматривают виброизолирующие резиновые вставки длиной около 900 мм, фундаменты общепромышленных насосов оснащают виброизолирующими прокладками и опорами.