Csőben áramló közeg nyomásveszteségének számítása
Jelleggörbe szerkesztésA hőellátó rendszer nyomásviszonyai
BeszabályozásNyomástartás
A változó tömegáramú keringetés gazdasági előnyei
HőszállításÉpületgépészet B.Sc., Épületenergetika B.Sc.
5. félév 2009. október 21.
d
lp
d
lwp din
2
2
24
1
d
l8R
d
2V Rp
d
l
A
Vp
2
2
d
l
dR
2
2
4
2
Súrlódásos, hőszigetelt (adiabatikus) áramlás Áramlási veszteség, hidraulikai ellenállás
Re
64
4 Re
3164,0
8,0)lg(Re21
d
klg214,1
1
)27,0Re
51,2lg(2
1
d
k
d
k
200
Re1
az összefüggés neve
az áramlás jellege
érvényességi tartomány
egyenlet
Hagen-Poiseuille
lamináris Re<Rekr
Rekr= 2300-3000
(Rekr =f(k/d))
Blasius turbulens,hidraulikailag sima cső
Rekr < Re < 105
Prandtl-Nikuradse
turbulens,hidraulikailag sima cső
Rekr < Re < 3,4*106
Kármán turbulens,érdes cső
Rehatár < Re
Colebrook-White
érdes csőturbulens átmeneti tartomány
Rekr < Re
Rouse turbulens határgörbe
A csősúrlódási tényező számítására szolgáló összefüggések
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8
lgRe
λ
lamináris
D/k=100
D/k=300
D/k=500
D/k=1000
D/k=2000
D/k=5000
D/k=10000
D/k=20000
D/k=100000
Blasius
Prandtl-Nikuradse
határgörbe
Anyag és technológia A cső állapota k, mm
Húzott cső üvegből, vörös vagy sárgarézből, bronzból, alumíniumból, vagy hasonló
könnyűfémből, műanyagból stb. új, hidraulikailag sima 0 (sima)…0,0015
Húzott acélcső
új 0,01…0,05 0,04 (0,02…0,10)
hosszabb használat után tisztítva - 0,15…0,20
gyengén rozsdás és/vagy csekély lerakódás
- 0,40
erős lerakódás - …3,00
Hegesztett acélcső
új 0,6…0,10
új, bitumenezett - 0,05
használt és tisztított - 0,15…0,20
egyenletes, gyenge rozsda 0,15…0,20 …0,40
csekély lerakódás 0,15…0,20 1,00…1,50
erős lerakódás …3,00 2,00…4,00
Horganyzott acélcső lerakódás nélkül 0,12…0,15 0,15
Öntöttvas cső új 0,25 0,26…1,00
új, bitumenezett 0…0,12 0,10…0,15
rozsdás 1,50 1,00…1,50
erős lerakódás 3,00 1,50…4,00
Azbesztcement cső 0…0,15 0,05…0,10
Jelleggörbe szerkesztés
d
l
A
Vp
2
2
2V Rp
hidraulikai ellenállások:
d
lp
d
lwp din
2
2
szivattyúk
A rendszer elemein és részein jelentkező nyomáskülönbség a térfogatáram függvényében.
Eredő jelleggörbe: összetett rendszer nyomáskülönbsége a rendszeren átáramló térfogatáram függvényében.
egyedi jelleggörbék (n-fokú parabolával közelíthetők)
Szerkesztési szabályok
párhuzamos elemek
azonos nyomáskülönbség, a térfogatáramok (előjelhelyesen!) összeadódnak
jelleggörbék összegzése vízszintes rendező mentén
soros elemek
azonos tárfogatáram, a nyomáskülönbségek összeadódnak
jelleggörbék összegzése függőleges rendező mentén
A jelleggörbe szerkesztés lépéseiA szerkesztés kétféle szemléletben folyhat:
– csak az első síknegyedben (klasszikus szerkesztési mód)
– négy síknegyedben
• az egyes elemek jelleggörbéjének megállapítása
• a hálózat párhuzamos és soros elemekre bontása
• részeredők szerkesztése, rekurzív módon
• a teljes rendszer eredőjének megszerkesztése
• a rendszer térfogatárama: ahol a rendszer eredő nyomáskülönbsége =0 (négy síknegyedben való szerkesztésnél)
• rész-térfogatáramok és nyomáskülönbségek meghatározása
Nem minden hálózatnak szerkeszthető meg a jelleggörbéje!
(Pédául: „Tichelmann-kapcsolás”)
soros kapcsolás
párhuzamos kapcsolás
21 ppperedő 222
21 VRVRVRp eredőeredő
21 RRReredő
21 ppperedő 21 VVVeredő
222
211
221 )( VRVRVVRp eredő
11 R
pV eredő
2
2 R
pV eredő
2121 R
p
R
p
R
pVVV eredőeredő
eredő
eredőeredő
21
111
RRReredő
21
111
RRReredő
2211
1211
RRRRReredő
21
1
21
21
21
221
RR
R
RR
RR
RR
R
Reredő
221
21
2211
21
2 RR
RR
RRRR
RRReredő
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
nyomáskülönbség
térf
ogat
áram
szivattyú
ellenállás 1.
ellenállás 2.
partnerszelep
1+2
eredő
Adatsor7
Adatsor8
Adatsor9
Adatsor10
Nyomásdiagram• kétvonalas nyomásdiagram (vezetékpár nyomásviszonyai)• a vízszintes tengelyen a nyomvonalhossz, a függőleges tengelyen
a nyomás• a vezetékben a közeg a csökkenő nyomás irányába áramlik• ott van töréspont a nyomásvonalban, ahol a fajlagos
nyomásveszteség (S’; Δp/l; dp/dl) megváltozik:– betáplálás/elvétel– átmérő megváltozása– (csőanyag változása)
• „lépcső” a nyomásdiagramban: koncentrált nyomáscsökkenés/ /nyomásnövekedés:– jelentős alaki ellenállás, amelynek hossza elhanyagolható– szivattyú
• a vezetékpárra csatlakozó fogyasztók rendelkezésére álló nyomáskülönbség a nyomásvonalak metszékbeli különbségével egyenlő
200
300
400
500
600
700
800
-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
vezetékhossz a főgerinc mentén (m)
nyom
ás (k
Pa)
Főgerinc Vízöntő
Vízöntő visszatérő
Főgerinc Nyomda
Nyomda visszatérő
Főgerinc Belváros
Belváros visszatérő
Vízöntő 'A' gerinc
A' gerinc visszatérő
Vízöntő 'B' gerinc
B' gerinc visszatérő
Vízöntő 'C' gerinc
C' gerinc visszatérő
Rákóczi ág
Rákóczi ág visszatérő
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
vezetékhossz a főgerinc mentén (m)
nyo
más
(k
Pa)
Főgerinc Vízöntő
Vízöntő visszatérő
Főgerinc Nyomda 120-ig
Nyomda visszatérő 120-ig
Főgerinc Belváros 120-ig
Belváros visszatérő 120-ig
Vízöntő 'A' gerinc
A' gerinc visszatérő
Vízöntő 'B' gerinc
B' gerinc visszatérő
Vízöntő 'C' gerinc
C' gerinc visszatérő
Rákóczi ág
Rákóczi ág visszatérő
átkötés
0
200
400
600
800
-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
vezetékhossz a főgerinc mentén (m)
nyom
ás (k
Pa)
Főgerinc Vizöntő felőli oldal
Vizöntő oldal visszatérő
Főgerinc Nyomda 120-ig
Nyomda visszatérő 120-ig
Rákóczi ág
Rákóczi ág visszatérő
Főgerinc Belváros 120-ig
Belváros visszatérő 120-ig
Vízöntő 'B' gerinc
B' gerinc visszatérő
Beszabályozás
Az egyes fogyasztókra jutó nyomáskülönbség kiegyenlítése a nyomáskülönbség-többlet fojtásával.
Statikus beszabályozás
Állandó fojtás, aminek értékét a beszabályozási folyamat során állítjuk be.
Dinamikus beszabályozás
Változó mértékű fojtással állandó nyomáskülönbség fenntartása a fogyasztó számára.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
nyomvonalhossz (m)
nyom
ás (
kPa)
előremenő
visszatérő
a hőközpontok igénye
1. hőközpont
2. hőközpont
3. hőközpont
4. hőközpont
5. hőközpont
fojtás, 1. hőközpont
fojtás, 2. hőközpont
fojtás, 3. hőközpont
fojtás, 4. hőközpont
Nyomástartás
A nyomástartás feladata, hogy a zárt hidraulikai körökben a sztochasztikus nyomásviszonyok helyett a nyomásmező irányítottan, előre tervezhető módon alakuljon ki, és ez az állapot üzem közben, üzemszünetben, valamint tranziens viszonyok között egyaránt folyamatosan, adott tűrési értékek között, kellő üzembiztonsággal fennálljon.
A nyomástartást befolyásoló tényezők
• a folyadéktöltet rugalmassági viszonyai
• a határolószerkezetek rugalmassági viszonyai
• a folyadéktöltetben és a határolószerkeze- tekben az instacioner hőmérséklet-viszonyok miatt fellépő térfogatváltozások
• folyadékveszteségek
• a hálózat nyomásvesztesége
• domborzati viszonyok
Távfűtési hőszállító vezetékek nyomástartásának speciális követelményei
• Minden időpontban és a hálózat minden pontjában (értelemszerű kivétel a statikus nyomástartás esetleges gőzpárnája) akadályozza meg a gőzfázis képződést. Vagyis minden időpontban, illetve üzemállapotban és a hálózat minden pontjában nagyobb legyen a nyomás, mint az adott pontban a hőszállító közeg maximális hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomás.
• Egyetlen üzemállapotban és a hálózat egyetlen pontjában sem szabad a maximálisan megengedett üzemi nyomást túllépni.
• A nyomástartó berendezésnek kompenzálnia kell a hőszállító közegben üzemben, illetve üzemszünetben bekövetkező térfogatváltozásokat (kontrakció, expanzió, vízveszteség, víznyereség).
A nyomástartás módjai és berendezései
• statikus nyomástartás– gázpárna
• nyitott• közvetlen kapcsolat a folyadékfelszín és a gázpárna között• membrános
– gőzpárna• saját gőz• idegen gőz
• dinamikus nyomástartás– szivattyús– kompresszoros
A nyomástartás kapcsolása szerint
• alsópontos nyomástartás (nyomott)• felsőpontos nyomástartás (szívott rendszer)• közbensőpontos (műpontos) nyomástartás
Alsópontos statikus nyomástartás
PS
KS H
F
KT
Alsópontos dinamikus nyomástartás
PS
KS
H
F
FKSPS
Felsőpontos statikus nyomástartás
KT
H
Felsőpontos dinamikus nyomástartás
KS
PS
F
H
KS
PS
KT
F
H
Közbenső (műpontos) statikus nyomástartás
Közbenső (műpontos) dinamikus nyomástartás
PS
H
KS F
Különböző nyomástartási megoldások nyomásdiagramja
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
nyomás (kPa)
nyom
vona
lhos
sz (
m)
előremenő, felsőpontos
visszatérő, felsőpontos
előremenő, alsópontos
visszatérő, alsópontos
előremenő, műpontos
visszatérő, műpontos
nyomástartás
Változó tömegáramú távhőhálózat fordulatszám-szabályozott szivattyúval
Köszönöma
figyelmet!