Методические указания к лабораторным работам по отоплению

Министерство образования Российской Федерации ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам по отоплению для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Составитель Тюменцев А.Г.

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2004г.

В методических указаниях приведены схемы лабораторных установок, дано подробное описание этих устано-

СОДЕРЖАНИЕ

вок, указаны цель и порядок выполнения лабораторных ра-

1. Арматура систем водяного отопления ……………………..

бот, приведены формулы для обработки результатов изме-

2. Исследование работы элеваторного узла …………………..

рений и список литературы.

3. Определение общей теплоотдачи

Методические указания рекомендуются кафедрой теплогазоснабжения, вентиляции и теплотехники для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» всех форм обучения для выполнения ими лабораторных работ по отоплению. Ключевые слова: Отопление, лабораторная работа, арматура систем водяного отопления, элеваторный узел, общая теплоотдача отопительного прибора, динамика давления в насосных системах водяного отопления Методические указания составил кандидат технических наук, доцент Тюменцев А.Г. Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры от 11 февраля 2004г., протокол №5. Рецензент – доктор технических наук, профессор Калашников М.П., заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение, вентиляция и теплотехника».

отопительного прибора……………………………………… 4. Исследование динамики давления в насосных системах водяного отопления………………………………………….

По способу соединения с трубопроводами арматура Лабораторная работа №1

разделяется на муфтовую /резьбовую/, фланцевую и цапко-

Арматура систем водяного отопления

вую /с наружной резьбой на концах/. Стальная арматура из-

Краткие сведения В системе отопления водяного /рис 1/ используют разнообразную трубопроводную арматуру. Задвижки используют для отключения всей системы отопления и ее отдельных веток для диаметров условного прохода трубопроводов не менее 50 мм. Диаметр условного прохода арматуры и трубопроводов – это номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода. Например, диаметр условного прохода

готовляется также с концами под приварку. Условные обозначения на арматуру, разработанные ЦКБА /Центральное конструкторское бюро арматуростроения/, содержат пять последовательно расположенных элементов: 1. цифровое обозначение типа арматуры, 2. буквенное обозначение материала корпуса, 3. цифровое обозначение типа привода, 4. цифровое обозначение конструкции по каталогу ЦКБА,

арматуры с номинальным внутренним диаметром трубопровода 50 мм -–Ду 50 мм.

5. буквенное обозначение материала уплотнительных колец и материала внутренних покрытий корпуса

Вентили и пробковые краны используются для отклю-

арматуры.

чения стояков и веток Ду менее 50 мм. Вентили также используются для выпуска воздуха из воздухосборника вручную. Краны двойной регулировки и трехходовые краны служат для регулирования теплоотдачи отопительных приборов. Запорная арматура на вводе тепловых сетей в индивидуальные тепловые пункты должна приниматься стальная.

Например, 15ч8п – вентиль запорный муфтовый чугунный для воды, материал уплотнительной поверхности – пластмасса. 11ч6бкп – кран запорный пробковый проходной сальниковый чугунный муфтовый с канавками для воды. При отсутствии вставных или наплавленных уплотнительных колец, когда уплотняющие поверхности образованы непосредствен-

но материалом корпуса, в индексе проставляется обозначе-

следует применять ленту из фторопластового уплотнительно-

ние «бк» (без колец). При наличии внутренних покрытий

го материала /ФУМ/ или льняную прядь, пропитанную

обозначение материала покрытия объединяются с обозна-

свинцовым суриком или белилами, замешанными на олифе.

чением материала уплотнительных колец. В данном приме-

При температуре воды выше 1050С следует применять ленту

ре «п» – футерование пластмассой.

ФУМ или асбестовую прядь вместе с льняной прядью, про-

30ч906бр – задвижка параллельная из серого чугуна

питанные графитом, замешанным на олифе. Лента ФУМ и

фланцевая с выдвижным шпинделем с электроприводом /

льняная прядь должны накладываться ровным слоем по ходу

для воды и пара/.

резьбы и не выступать внутрь и наружу трубы.

Вентиль и обратный клапан должны устанавливаться таким образом, чтобы вода поступала под клапан. Обратные клапаны необходимо устанавливать горизонтально или строго вертикально в зависимости от их конструкции. Направление стрелки на корпусе арматуры должно совпадать с направлением движения воды. Шпиндели кранов двойной регулировки и регулирующих проходных кранов следует устанавливать вертикально при расположении отопительных приборов без ниш, а при установке в нишах – под углом 450 вверх. Шпиндели трехходовых кранов необходимо располагать горизонтально. В качестве уплотнительных материалов для резьбовых соединений при температуре воды 1050С включительно

В качестве уплотнителя для фланцевых соединений при температуре воды не более 1500С следует применять паронит толщиной 2-3 мм или фторопласт–4, а при температуре не более 1300С прокладки из термостойкой резины. Порядок выполнения лабораторной работы Зарисовать рис.1 с необходимыми пояснениями. Сделать эскизы вентиля, пробкового крана, трехходового крана и крана двойной регулировки. Выписать названия их составных частей. Рассмотреть устройство образцов арматуры.

а) Ст.2 Ст. 1

Г.С

11

2

8

3

1

4

13

д) 16

14 9 5 10

7

6

15

12

Рисунок 2. Схемы устройства арматуры: а – задвижка; б – вентиль; в – пробковый кран; г –дроссельклапан; д – обратный клапан.

Рисунок 1. Схема насосной тупиковой системы водяного отопления с верхней разводкой 1 – главный стояк; 2 – горячая магистраль; 3 – стояк; 4 – подающая подводка; 5 – обратная подводка; 6 – отопительный прибор; 7 – обратная магистраль; 8 – воздухосборник; 9 – элеватор; 10 – задвижка; 11 – вентиль; 12 – пробковый кран; 13 – тройник с пробкой; 14 – кран двойной регулировки; 15 – трехходовой кран; 16 – межсекционный дроссель-клапан.

Лабораторная работа №2

/см.рис.1/ заключается в том, что горячая вода из подающей

Исследование работы элеваторного узла

трубы теплосети, проходя через элеватор, подсасывает охла-

Краткие сведения

жденную воду из обратной трубы местной системы отопле-

Абонентский ввод является узлом управления присоединенной к нему отопительной системы здания и служит

ния и подает смешанную воду нужной температуры в местную отопительную систему.

для регулирования расхода и параметров теплоносителя в

При этом элеватор работает с определенным коэффици-

соответствии с режимом теплопотребления, учета расхода

ентом смешения U – отношение расхода подмешиваемой во-

тепла, распределения теплоносителя по отдельным веткам

ды

системы отопления, заполнения и опорожнения отопитель-

дающей трубы тепловой сети:

G2 к расходу горячей воды G1 , поступающей из по-

ной системы. От правильной эксплуатации теплофикацион-

U =

ного ввода зависит нормальное теплоснабжение потреби-

G2 G1

(1)

теля, т.е. нормальная работа местной системы отопления

Величину коэффициента смешения можно также опре-

здания. Наличие в тепловой сети воды с температурой до

делить по температурам горячей t1 , обратной t2 и смешан-

1500С требует применения смесительных устройств для

ной t3 воды:

снижения температуры теплоносителя, поступающего в местную систему отопления. Последнее достигается путем

U =

t1 − t3 t3 − t 2

(2)

подмешивания обратной воды из местной системы отопле-

Горячая вода из тепловой сети поступает в трубопровод

ния к горячей воде, поступающей из тепловой сети. Наибо-

1, на котором установлены : задвижки 2 и 9 для подключения

лее распространенным типом присоединения систем ото-

ввода к тепловой сети, задвижки 5 и 8 для отключения мест-

пления жилых и общественных зданий к тепловым сетям

ной системы отопления от оборудования ввода, грязевик 3

является схема с водоводяным элеватором или смешиваю-

на подающей трубе, грязевик 11 на обратной трубе, элеватор

щим насосом. В тепловом узле учебного корпуса №1 уста-

4 для смешивания горячей воды с обратной , регулятор рас-

новлен элеватор. Сущность работы элеваторного узла

хода 6, термометры Т1, Т2, Т3, манометры М1, М2, М3.

Давление в обратном трубопроводе местной системы

Разность давлений в тепловой сети перед элеватором,

отопления контролируется манометром М3. Перепад давле-

определяющая его нормальную работу, находится из выра-

ний в местной системе отопления контролируется по пока-

жения: Н = 1,4 ⋅ Р ⋅ (1+u)2

заниям манометров М2 и М3. Снимаются показания расходомеров 10 и 10′′за определенный период времени.

где: u -

коэффициент

(5)

смешения , полученный при

проведении лабораторной работы;

По измеренным температурам t1 , t2 , t3 определяется коэффициент смешения элеватора по формуле 2. По показа-

Р – сопротивление местной системы отопления ,

ниям расходомеров определяем расход воды, циркулирую-

по данным разности показаний манометров

щей в системе отопления. По значениям G1 и G2 определя-

М2 и М3, м.вод.ст;

ется коэффициент смешения элеватор по формуле 1. Сопоставление значений величины коэффицента смешения, вычисленных по формулам 1 и 2 , должно дать близкую сходимость. Пользуясь величиной

полученного

коэффициента

смешения , можно проверить основные размеры элеватора. Диаметр горловины элеватора определяется из выражения:

G3 -

расход воды , циркулирующей в системе отопления , т/ч.

КПД элеватора определяется из выражения :

η=

G2 ⋅ P ⋅ 100 [%] G1 (H − P )

(6)

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Ознакомиться с оборудованием элеваторного узла. 2. Снять показания манометров и термометров.

G32 d г = 8.5 P 4

(3)

dг 1+ u

4. Вычислить основные размеры элеватора. 5. Вычислить необходимый напор перед элеватором.

Диаметр сопла элеватора равен:

dc =

3. Вычислить коэффициент смешения элеватора

(4)

6. Определить КПД элеватора .

трубопроводу 2 в отопительные приборы 4,5 и 6. Расшири-

М2 М3

М1

Р П

Р П

3

1 t1

2

4

Т1 10

9

10

11

Т3 G2

тельный бак 10 служит для вмещения прироста объема воды, образующегося при нагревании воды в установке. Установка заполняется водой до уровня подключения сигнального тру-

t3

5

G1 //

Т3

Р П

бопровода 12. Расход воды, циркулирующей в установке, определяется при помощи водомера 9. Температура воды на

G3 Т2

входе и выходе из отопительных приборов определяется ртутными

t2

деляется по формуле: Q = G⋅c⋅(tвх.-tвых.)

прибора

при различных схемах подключения. Описание лабораторной установки:

Вода в лабораторной установке подогревается трубчатыми электронагревателями в водоподогревателе 1. Циркуляционным насосом 3 горячая вода подается по подающему

(1)

где G – расход воды через отопительный прибор, кг/с;

Цель работы: Определение коэффициентов теплопе-

конвектора с кожухом и чугунного секционного радиатора

гильзах,

Общая теплоотдача отопительного прибора, Вт, опре-

Определение общей теплоотдачи отопительного

тора, подключенного по схеме «сверху-вниз», настенного

в

Основные расчетные зависимости:

8

редачи и общей теплоотдачи стального панельного радиа-

установленными

заполненных минеральным маслом.

Рисунок 1. Схема элеваторного узла Лабораторная работа №3

термометрами,

с = 4186 Дж/кг0С – удельная массовая теплоемкость воды; tвх.- температура воды, входящей в отопительный при0

бор; С tвых. – температура воды, выходящей из отопительного прибора; 0С. Теплоотдача от отопительного прибора воздуху помещения, Вт, определяется по формуле: Q = k⋅F⋅(tср.пр.-tв)

(2)

где к – коэффициент теплопередачи отопительного прибора, Вт/м2 0С;

Для определения коэффициента теплопередачи отопительного прибора вентили у этого прибора оставляют откры-

F – площадь нагревательной поверхности отопитель-

тыми, а остальные два прибора отключаются.

ного прибора, м2;

При достижении стационарного режима (постоянство

tср.пр. – средняя температура на поверхности отопительного прибора, 0С;

ра) производится снятие показаний термометров, установ-

tв – температура внутреннего воздуха в помещении, 0

температур воды на входе и выходе из отопительного прибо-

С.

ленных в гильзах на входе и выходе из отопительного прибора. При помощи водомера определяется объемный расход

Приравнивая формулы 1 и 2, получаем выражение для

воды, проходящей через отопительный прибор.

определения коэффициента теплопередачи отопительного прибора:

Расход воды через отопительный прибор, кг/с, определяется по формуле:

К = G⋅с⋅ (tвх. – tвых.)/ F⋅(tср.пр. – tв)

G = V*ρ

(3)

где V – объемный расход воды, проходящий через ото-

Порядок выполнения лабораторной работы:

Марки отопительных приборов и площадь их нагрева-

пительный прибор, м3/с;

ρ - плотность воды, кг/м3, при средней температуре во-

тельной поверхности определяются по справочным данным после определения основных геометрических размеров

(4)

ды в отопительном приборе.

приборов путем обмера. Перед началом лабораторной рабо-

По формуле (1) определяется общая теплоотдача отопи-

ты вода подогревается в водоподогревателе до заданной

тельного прибора, а по формуле (3) – коэффициент теплопе-

температуры (не выше 90 0С) при всех открытых вентилях в

редачи отопительного прибора.

контуре циркуляции, при этом периодически включается

Температура внутреннего воздуха в помещении опреде-

циркуляционный насос для прогрева всех отопительных

ляется по показаниям сухого термометра психрометра Асс-

приборов в установке. Прогрев установки осуществляется

мана.

при отключенном водомере.

Средняя температура на поверхности отопительного

конвектор с кожухом; 7 – термометр; 8 – вентиль для регу-

прибора определяется по формуле:

лировки расхода воды; 9 – водомер; 10 – расширительный

tср.пр. = 0,5⋅ (tвх. – tвых.)

бак; 11 – расширительный трубопровод; 12 – сигнальный

(5)

трубопровод; 13 – переливной трубопровод; 14 – трубопро15

4

вод для заполнения установки водой; 15 – вентиль для вы-

2

7

5

а

пуска воздуха; 16 – вентиль для выпуска воды из установки.

6

8

Лабораторная работа №4 Динамика давления в насосных системах отопления

9

16

Анализ динамики давления делается с целью выявления

б 13

10

а

нием, вызывающим нарушение циркуляции воды или разру-

11

2

в системе отопления мест с очень низким и высоким давле-

12 14

шение отдельных элементов системы. Для установившегося движения жидкости уравнение Д. Бернулли имеет вид:

hγ + P +

1

V2 γ = const 2g

Следовательно, полное гидравлическое давление потока б

воды в любой точке трубопровода системы отопления равня3

Схема экспериментальной установки 1 – электроводоподогреватель; 2 – подающий трубопровод; 3 – циркуляционный насос; 4 – стальной панельный радиатор; 5 – чугунный секционный радиатор; 6 – настенный

ется сумме гидростатического (hγ) и гидродинамического (

V2 γ ) давлений. 2g

В обычном диапазоне скорости движения воды в тру-

Общее содержание работы – визуальное наблюдение за

бах насосных систем отопления зданий – от 0,3 до 1,0 м/с –

изменением гидростатического давления в системе насосного

гидродинамическое давление может изменяться от

отопления в зависимости от места присоединения расшири-

V2 0.32 Р2 g = ⋅ 980 = 5 γ = 2g 2 ⋅ 9.8 кгс 1 до ⋅ 980 = 50 2 2 ⋅ 9,8 м Гидростатическое давление (hγ) на каждый метр высоты системы водяного отопления изменяется приблизительно на 980 кгс/м2, оно настолько превышает гидродинамическое давление, что для характеристики давления в системах отопления , даже насосных, практически достаточно определять только гидростатическое давление и приближенно считать его равным полному. Цель работы - закрепление знаний теоретического

материала по теме «Динамика давления в системах водяного отопления с искусственной и естественной циркуляцией», полученных при изучении курса «Отопление». Цель работы достигается непосредственным измерением гидростатического давления воды при ее циркуляции в трубах модели насосной системы отопления с одним или двумя расширительными баками и построением эпюр давления с анализом результатов измерения.

тельного бака (баков) к трубопроводам и его измерение. Результат лабораторной работы – графическое

изо-

бражение изменения гидростатического давления в трубах системы отопления с ненагреваемой водой при действии циркуляционного насоса. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка представляет собой упрощенную модель насосной системы водяного отопления с верхней подающей магистралью, состоящей из двух параллельно соединенных ветвей с тупиковым движением воды в них. Каждая ветвь имеет два стояка. Расширительные баки могут быть подключены к трубопроводам в различных точках по одному или два последовательно и параллельно (по направлению движения воды) путем открывания кранов 5, 6, 7, 8 и 9. Циркуляция воды создается насосом, установленным на главном стояке. Гидродинамическая потеря давления в системе регулируется при помощи пяти кранов 1, 2, 3, 4, 10. Для определения изменения давления в различных точках /А, Б,

В, М, Н, П, Р, Г/ при циркуляции воды к системе присоеди-

3. Представить себе до включения циркуляционного насоса

няются вертикальные стеклянные трубки.

возможное место (места) точки (точек) постоянного дав-

Циркуляция воды в левой ветви может изменяться при

ления в системе и характер изменения гидростатического

помощи кранов 1 и 2, в правой ветви – кранами 10. Состав лабораторной работы

1.

2.

давления в точках его измерения. 4. Включить циркуляционный насос на время, необходимое

Наблюдение из изменением гидростатического давле-

для снятия показаний водяных манометров.

ния в трубопроводах системы с расширительным ба-

5. Измерить и записать при действии насоса величину гид-

ком III , присоединенным в точке К, при включении

ростатического давления по показаниям всех водяных

циркуляционного насоса модели системы водяного

манометров в циркуляционных кольцах системы (за ис-

отопления.

ключением отключенных). При регулировании кранами

Самостоятельная работа по исследованию изменения

записать начальные и конечные показания манометров.

гидростатического давления в трубопроводах системы с расширительными баками (баком), присоединенными в заданных точках (точке) при включении цирку-

6.

Вычислить величину (начальную и конечную) изменения гидростатического давления во всех точках измерения.

7. Определить положение точки (точек) постоянного давле-

ляционного насоса и регулировании расхода воды

ния в циркуляционных кольцах системы, считая гидрав-

кранами.

лическую потерю давления равномерной по длине каждого участка трубопровода (от одной точки измерения до

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Подготовить модель системы отопления к работе в соответствии с полученным заданием.

другой). При регулировании краном установить начальное и конечное положение точки (точек) постоянного давления.

2. Измерить и записать в табл.1 величину гидростатиче-

8. Построить эпюры гидростатического давления в горизон-

ского давления при включенном насосе по показаниям

тальных и вертикальных трубопроводах системы как при

водяных манометров в точках Л, А, К, Ж и в точке И.

бездействии, так и при действии циркуляционного насоса – до и после регулирования краном. Масштаб 1:1. 9. Сделать выводы по динамике гидростатического давле-

Указания по построению эпюр гидростатического давления в трубопроводах системы (масштаб 1:10):

-

Изображаются трубопроводы опытной системы

ния в системе отопления при действии насоса в зависи-

отопления. Точки замеров и присоединения расши-

мости от места присоединения расширительного бака

рительного бака (баков) обозначаются кружками и

(баков) к трубопроводам и регулирования системы кра-

отмечаются теми же буквами, что и на схеме систе-

нами.

мы. Таблица 1

-

номер бака по заданию, номер регулирующего кра-

Величина гидравлического давления в различных точках трубопроводов опытной системы отопления

Показывается трубопровод расширительного бака, на.

-

Изображается

величина гидростатического давле-

ния в трубопроводах системы при бездействии цирТоч ки сист емы

1

Гидростатическое давление в мм вод.ст.

Величина изменения давления в мм вод.ст.

Положение точки(точек) постоянного давления

куляционного насоса штрихпунктирными линиями для магистралей и стояков. Устанавливается точка постоянного давления. -

Изображается

величина гидростатического давле-

При

На-

Ко-

Началь

Ко-

ния в трубопроводах системы при действии цирку-

откл

чаль

неч-

ная

неч-

ляционного насоса, начальное давление пунктирны-

насоса

ное

ное

ная

ми линиями и конечное давление сплошными жир-

2

3

4

5

6

7

ными линиями рядом с линиями давления в статистическом режиме. - Отмечается величина гидродинамической потери давления в зонах всасывания и нагнетания насоса, а

также давление, создаваемое насосом, в начальном и конечном динамическом режимах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К лабораторной работе №1 1. Журавлев Б.А. Справочник мастера-сантехника. -6-е перераб. и доп.изд.-М.: Стройиздат, 1987, -496с. 2. СНиП 3.05.01 – 85. Внутренние санитарнотехнические системы /Минстрой России. М.: ГП ЦПП, 1996. -40с. 3.Монтаж внутренних санитарно-технических устройств / Ю.Б.Александрович, Б.А.Блюменкранц, Д.Я.Вигдорчик и др.; Под ред. И.Г.Староверова. -3-е перераб. и доп.изд. –М.: Стройиздат, 1984.- 783с. 4. Справочник по инженерному оборудованию жилых и общественных зданий / П.П.Якубчик, А.Е.Татура, Н.А.Черников, О.А.Продоус; Под ред. В.С.Дикаревского. – Киев: Будивельник, 1989. -360с. 5. Саргин Ю.Н., Слесарю-сантехнику: Справочник. –М.: Стройиздат, 1994. -446с. 6. Исаев В.Н., Гейко В.Н. Эксплуатация и ремонт санитарно-технических систем зданий: Учеб. -3-е изд. –М.: Высш.шк., 1997. -160с. К лабораторной работе №2

Схема экспериментальной установки

1. Громов Н.К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей: /Проектирование и эксплуатация/. -2-е перераб. и доп.изд. –М.: Энергия, 1979. -248с. 2. Переверзев В.А., Шумов В.В. Справочник мастера тепловых сетей. -2-е перераб. и доп. изд. Л.:Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. -272с. 3. Апарцев М.М. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения: Справочно-методическое пособие. –М.: Энергоатомиздат, 1983, -204с.

4. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. В.И.Манюк, Я.И.Каплинский, Э.Б.Хиж, А.И.Манюк, В.К.Ильин. -2-е перераб. и доп. изд. –М.: Стройиздат, 1982. -215с. 5. Эксплуатация тепловых пунктов и систем теплопотребления. Справочник. В.П.Витальев, В.Б.Николаев, Н.Н.Сельдин. –М.: Стройиздат, 1988. -623с. К лабораторным работам №3 и №4 1. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: Учебник для вузов. –М.: Издательство АСВ, 2002. -576с.

Подписано в печать 25.03. 2004 г. Формат 60х84 1/16. Усл.п.л. 1,63, уч.-изд.л. 1,0. Печать офсет., бум. писч. Тираж 50 экз. Заказ №33 Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40,в.  ВСГТУ, 2004 г.