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!