ON THE METHODS FOR MIXING VALVES CALCULATIONS

Новоселова Е.А.¹, Савинцева Ю.И.², Сенаторова Е.В.³, Потеряхин Д.И.⁴, Шипунова Т.В.⁵

^1,2,3,4,5 Ведущий специалист ЗАО НДЦ «Русская лаборатория», Санкт-Петербург

О МЕТОДАХ РАСЧЕТА ЭЛЕВАТОРНЫХ УЗЛОВ

Аннотация

В статье рассматриваются подходы к расчету элеваторных узлов. На основе базовых методов составлен точный метод расчета. На основе экспериментальных данных составлен инженерный метод расчета. Оценена точность разработанного метода. Проанализированы границы применимости методов и даны рекомендации по их использованию.

Ключевые слова: элеваторы, гидравлические потери, методы расчета.

Novoselova E.A.¹, Savinceva Ju.I.², Senatorova E.V.³, Poterjahin D.I.⁴,  Shipunova T.V.⁵

^1,2,3,4,5 Lead specialist of Ltd Russian Laboratory, Saint-Petersburg

ON THE METHODS FOR MIXING VALVES CALCULATIONS

Abstract

In the present paper there were considered different approaches to mixing valves calculation. There was developed the accurate method of analysis on the base of basic principles. There was developed the engineering approach of analysis on the base of experimental data. Its accuracy was evaluated. There were analyzed the application range of these methods and there were given some recommendations of their correct usage.

Keywords: mixing valves, pressure losses, calculation methods.

Элеваторные узлы до сих пор имеют широкое распространение в системах отопления и еще долгое время будут применяться, несмотря на наметившуюся тенденцию перехода к независимым схемам присоединения систем отопления. Рекомендуемый к употреблению расчетный аппарат для элеваторных узлов разработан профессором Соколовым Е.Я. [4 – 6]. Задачей настоящей работы является сравнительный анализ известных соотношений с целью определения пределов их применимости. Рассматривается также влияние гидравлического сопротивления регулировочных органов на величину коэффициента смешения.

Кратко воспроизведем известные результаты, полученные в [4 – 6], для элеваторов с цилиндрической камерой смешения (ЦКС). Рассмотрим случай расположения выходного среза сопла на входе в цилиндрическую камеру смешения (рис.1).

Рис.1. Расчетная схема элеватора

Общепринятые обозначения представлены в таблице.

Таблица. Общепринятые обозначения при расчете элеваторов

На основе уравнения сохранения количества движения, примененного к процессу смешения двух стационарных смешиваемых потоков, имеем:

                            (1)

Преобразуя (1) на основании уравнения неразрывности и деля на , получим:

Отсюда найдем точную зависимость для отношения h₂ / h₀ :

.       (2)

Выражение (2) можно преобразовать, умножая на множитель (1 – h_к/h₀) и применяя подстановки из закона Бернулли при наличии потерь трения ([2]). Пренебрегая малыми слагаемыми, будем иметь следующее выражение ([4]):

.   (3)

В [5] предлагается вместо знаменателя подставлять значение 0,97, а также принимать характерное значение f₃ / f_н = 1,1. В результате, если не учитывать последний сомножитель, получается соотношение, точность которого для практически значимых условий оценивается Соколовым Е.Я. в 3 – 4%:

.                  (4)

В [6] коэффициенты 1,03 и 1,1 заменяются на 1 и приводится соотношение (5), которое рекомендуется использовать в первом приближении и в случае расположения среза сопла на значительном расстоянии перед ЦКС:

.                   (5)

Именно это равенство является основной режимной характеристикой элеваторных узлов с цилиндрической камерой смешения в современных справочниках и монографиях [1].

Для элеваторов конструкции ВТИ приводятся следующие значения коэффициентов скорости φ₁ = 0,95, φ₂ = 0,975, φ₃ = 0,9, φ₄ = 0,925 [4 – 6]. Исходя из этих значений, на рисунке 2 представлены зависимости отношения диаметров сопла и ЦКС D_р / D₃ в функции h₂ / h₀ в соответствии с точным уравнением (2) и приближенным равенством (5).

Отсюда видно, что для заданного коэффициента смешения существуют три ветви для уравнения (5) и только две ветви для уравнения (2). Верхняя ветвь уравнения (5) является нефизической, так как она не удовлетворяет исходному уравнению количества движения (1). В то же время видно, что оптимальные режимы работы элеваторных узлов, которым соответствуют максимальные напоры на выходе из элеватора при заданном значении u, практически совпадают при определении их из (2) и (5). Следует отметить, что нижние две ветви уравнения (2) не противоречат законам сохранения, и их существование подтверждают экспериментальные данные [3].

Для элеватора расчетной является линия оптимальных режимов, показанная штрих-пунктиром на рисунке 2. Однако на практике часто имеются отклонения в отношениях диаметров от оптимальных значений, что приводит к режимам, соответствующим как нижней, так и верхней ветвям.

Рис.2. Зависимость D_р / D₃ (h₂ / h₀)

Анализ зависимостей, приведенных на рисунке 2, показывает, что при работе на верхней ветви приближенное уравнение (5) может давать значительное завышение напора, создаваемого элеваторным узлом. Очевидно, что при высоких значениях D_р / D₃ существует максимальное значение коэффициента смешения. Например, при D_р / D₃ = 0,6 значение        u = 2,2 принципиально недостижимо.

Подводя итоги, необходимо отметить следующее. Расчетные соотношения для определения напоров, создаваемых элеваторными узлами с цилиндрической камерой смешения, рекомендуемые к применению, имеют достаточную точность для оптимальных режимов и нижней ветви режимной кривой. Для верхней ветви при высоких отношениях диаметров сопла и цилиндрической камеры смешения погрешность может быть весьма значительной, особенно при низких значениях коэффициента смешения. Кроме того, как точные, так и приближенные режимные характеристики элеваторных узлов, рекомендованные к применению, несправедливы для малых значений коэффициентов смешения в связи с возникновением отрыва активной струи от стенок цилиндрической камеры смешения.

Литература

1. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию / И.В. Беляйкина, В.П. Витальев, Н.К. Громов и др. Под ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина. М.: Энергоатомиздат, 1988. 376 с.
2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. М.: Машиностроение, 1982. 433 с.
3. Сафонов А.П., Воронкова Н.А. Характеристики водоструйных элеваторов конструкции ВТИ-Теплосеть Мосэнерго // Электрические станции. 1966. №7. С. 23 – 26.
4. Соколов Е.Я. Тепловые сети. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1948, 384 с.
5. Соколов Е.Я., Громов Н.К., Сафонов А.П. Эксплуатация тепловых сетей. Под ред. проф. Соколова Е.Я. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1955. 352 с.
6. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергия, 1970. 286 с.

References

1. Vodjanye teplovye seti: Spravochnoe posobie po proektirovaniju / V. Beljajkina, V.P. Vital'ev, N.K. Gromov i dr. Pod red. N.K. Gromova, E.P. Shubina. M.: Jenergoatomizdat, 1988. 376 s.
2. Gidravlika, gidromashiny i gidroprivody / T.M. Bashta, S.S. Rudnev, B.B. Nekrasov i dr. : Mashinostroenie, 1982. 433 s.
3. Safonov A.P., Voronkova N.A. Harakteristiki vodostrujnyh jelevatorov konstrukcii VTI-Teploset' Mosjenergo // Jelektricheskie stancii. 1966. №7. S. 23 – 26.
4. Sokolov E.Ja. Teplovye seti. -L.: Gosjenergoizdat. 1948, 384 s.
5. Sokolov E.Ja., Gromov N.K., Safonov A.P. Jekspluatacija teplovyh setej. Pod red. prof. Sokolova E.Ja. M.-L.: Gosjenergoizdat, 1955. 352 s.
6. Sokolov E.Ja., Zinger N.M. Strujnye apparaty. M.: Jenergija, 1970. 286 s.