Разработка и исследование устройств, снижающих энергетические затраты при поддержании теплогидравлического режима тепловых сетей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат технических наук Тамбовский, Алексей Алексеевич

• Тамбовский, Алексей Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тамбовский, Алексей Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ.

1.1. СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

1.2. СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КАК

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ.

1.2.1. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.

1.2.2. ВОЗМУЩАЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ.

1.3. ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТЕЙ.

1.4. РЕЖИМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ И ТЕПЛА СИСТЕМАМИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

1.5. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ И АБОНЕНТОВ.

2.1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА.

2.1.1. ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ АБОНЕНТОВ, НЕОБХОДИМЫЙ НАПОР СЕТЕВЫХ НАСОСОВ И НЕОБХОДИМАЯ МОЩНОСТЬ.

2.1.2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТУПИКОВОЙ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ.

2.1.3. РАЗРЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ.

2.2. СЕТЬ ПРИ ПРИСОЕДИНЕНИИ НОВОГО АБОНЕНТА.

2.3. СЛИВЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И УМЕНЬШЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ АБОНЕНТСКИХ ВВОДОВ.

2.4. СПОСОБЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ.53 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КАВИТАЦИОННОГО

ОГРАНИЧИТЕЛЯ РАСХОДА.

3.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ.

3.2. ОПИСАНИЕ ОПЫТНОЙ УСТАНОВКИ.

3.3. ЗАВИСИМОСТИ РАСХОДА ОТ ДАВЛЕНИЯ.

3.4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОГРАНИЧИТЕЛЯ РАСХОДА.

3.5. КАВИТАЦИОННЫЙ ПОТОК В ОГРАНИЧИТЕЛЕ.

3.6. ДАВЛЕНИЕ НА СРЕЗЕ КОНФУЗОРА.

3.7. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОГРАНИЧИТЕЛЯ.

3.8. ЭКСПЕРИМЕНТЫ С РАЗЛИЧНЫМИ КОНФУЗОРАМИ.

4. ВЫБОР РАЗМЕРОВ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ.

4.1. ВЫБОР РАЗМЕРОВ ОГРАНИЧИТЕЛЯ.

4.2. МЕТОДИКА ПОДБОРА ОГРАНИЧИТЕЛЯ

ДЛЯ РАБОТЫ В СЕТИ.

4.3. ПРИМЕР ПРИМЕНЕНИЯ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ

В ПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование устройств, снижающих энергетические затраты при поддержании теплогидравлического режима тепловых сетей»

Актуальность темы. Экономия топливно-энергетических ресурсов рассматривается в Федеральной программе «Энергетическая стратегия России до 2020 года» в качестве основного фактора повышения конкурентоспособности отечественной продукции и снижения загрязняющего воздействия на окружающую среду. Анализ энергетических потерь в тепловых сетях различного назначения показывает, что их значительную часть составляют избыточная подача тепла потребителям, превышение расчетных затрат энергии на перекачку теплоносителя, потери тепла и воды связанные с несанкционированным вмешательством абонентов в работу оборудования тепловых сетей. Величина этих потерь напрямую связана с состоянием гидравлического режима в тепловых сетях, эксплуатационный ресурс которых практически исчерпан.

Различные средства автоматизации (регуляторы расхода, регуляторы давления, средства местного регулирования отпуска тепла и т.д.) позволяют поддерживать заданный теплогидравлический режим тепловых сетей, что обеспечивает режим расходов и давлений по участкам сети и, тем самым, обеспечивает экономию потребляемой тепловой энергии, а также снижает затраты на перекачку теплоносителя. Однако технико-экономическая целесообразность применения средств автоматического регулирования не всегда оправдана, что связано, в основном, с существенной изношенностью основного оборудования тепловых сетей, абонентских вводов и котельных, не устойчивостью регулирующего оборудования к несанкционированному вмешательству, высокой стоимостью систем и необходимостью их постоянного обслуживания.

В этой связи весьма перспективными, на наш взгляд, являются кавитационные ограничители расхода, в которых постоянство расхода возникает из-за гидродинамических особенностей течения при больших перепадах давления. Достоинства данного устройства обусловлены такими его свойствами, как отсутствие движущихся частей, невозможность несанкционированного вмешательства в работу устройства, высокая точность и воспроизводимость характеристик и т.д. Из известных схем и конструкций устройств подобного типа следует выделить ограничители утечек теплоносителя, в которых ограничение наступает за счет кризиса истечения вскипающего потока в среду с давлением ниже давления насыщения, поскольку теплоносители в защищаемых таким образом трубопроводах обладают высокими температурами и давлениями. Однако недостаточная изученность процессов течения вскипающих жидкостей, препятствует широкому и разностороннему применению ограничителей подобного типа. В связи с этим тема диссертации представляется актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с научным направлением «Исследование кавитационных течений жидкостей и характеристик кавитационных ограничителей расхода в системах транспорта и распределения энергоносителей металлургического производства и функциональных характеристик систем», номер государственной регистрации НИР: 1.1.07. Цель работы. Исследование и разработка методов и устройств поддержания параметров гидравлического режима сетей на требуемом уровне. •Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

- анализ существующих представлений о методах и средствах поддержания тепловых и гидравлических режимов и управлении тепловыми сетями;

- экспериментальное и теоретическое исследование гидравлических характеристик кавитационных ограничительных устройств; разработка метода расчета и конструирования ограничителей для работы в сети;

- усовершенствование математической модели системы теплоснабжения с учетом использования кавитационных ограничителей расхода и моделирование гидравлических режимов при присоединении нового абонента в условиях действующих сетей.

Научная новизна.

Новые экспериментальные и теоретические результаты по исследованию характеристик кавитационных ограничителей расхода применительно к условиям тепловых сетей.

Усовершенствована методика расчета гидравлических режимов тепловых сетей с учетом характеристик кавитационных ограничителей.

Разработана методика расчета геометрических параметров ограничителя для работы в тепловых сетях.

Практическая значимость. Разработанные устройства, методика их расчета и проектирования могут быть использованы как для работы на новых системах теплоснабжения, так и для корректировки режимов работы действующих систем.

Экспериментальное применение ограничительных устройств и новых подходов к управлению гидравлическими режимами подтвердило их эффективность.

Получены теоретические и экспериментальные результаты, показывающие, что использование ограничителей позволяет увеличить энергетическую эффективность транспорта тепла потребителям.

Результаты исследований применялись в рамках хоздоговорных работ с ОАО «Липецкэнерго», МУП «Липецктеплосеть» и др. На защиту выносятся:

Результаты экспериментальных исследований гидравлических характеристик кавитационных ограничителей при температурах тепловых сетей.

Методика расчета характеристик кавитационных ограничителей при температурах тепловых сетей.

Метод расчета гидравлических режимов в тепловых сетях при наличии ограничителей.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: V Международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2004); Международной конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (Липецк, 2006). Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - методика расчетного исследования влияния несанкционированного снижения сопротивления абонентских вводов на гидравлический режим тепловой сети; [2] - разработка методики проектирования ограничителей для установки в тепловых сетях; [4] -разработка методики анализа данных о суточном водопотреблении горячей воды; [5] — разработка математической модели тепловой сети и расчетное исследование гидравлических режимов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 58 наименований. Основная часть работы изложена на 97 страницах, содержит 29 рисунков, 3 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Промышленная теплоэнергетика», Тамбовский, Алексей Алексеевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Нарушения гидравлического режима тепловых сетей, которые связаны с недостатком подачи тепла абонентам, могут быть причиной дополнительных потерь тепла и теплоносителя и усугубления нарушения гидравлического режима сети. Потери эти обусловлены взаимодействием тепловой сети и абонента в условиях недостатка подачи тепла. Предотвращение нарушения гидравлического режима системы теплоснабжения в целом возможно путем построения иерархии внутри тепловой сети. Одним из технических средств ее осуществления является ограничитель расхода. Важным критерием энергетической эффективности такого ограничителя является минимальный перепад давлений, при котором он вступает в работу.

2. Рассматриваемые в данной работе ограничители могут работать как при падении давления за ними, так и при повышении давления перед ними. Их гидравлическая характеристика может быть рассчитана по простой методике. При использовании вместо конфузорного перехода внезапного сужения можно существенно снизить минимальный перепад ограничения, благодаря чему увеличивается его энергетическая эффективность.

3. Рассмотренные в работе ограничители расхода способны существенно снизить перерасходы при малых энергозатратах.

4. Практические результаты достигнуты при нормализации гидравлических режимов систем теплоснабжения города Липецка. Одним из примеров является улучшение теплоснабжения абонентов эксплуатационного района от Первого коллектора котельной Привокзальная.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тамбовский, Алексей Алексеевич, 2010 год

1. Губарев В.Я. Нарушение гидравлического режима тепловых сетей при выводе из строя элеваторов на абонентских установках / В.Я. Губарев, A.A. Тамбовский // Энергосбережение и водоподготовка. 2007. №2. С.69-70.

2. Губарев В.Я. Выбор размеров кавитационных ограничителей для работы в системе теплоснабжения / В.Я. Губарев, В.В. Логинов, A.A. Тамбовский // Энергосбережение и водоподготовка. 2008. №4. С. 48-49.

3. Теплоснабжение: учебник для вузов / A.A. Ионин, Б.М. Хлыбов, В.Н. Браттенков и др.; под ред. А. А. Ионина. М.: Стройиздат, 1982. 336 с.

4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети / Е.Я. Соколов. М.: Госэнергоиздат, 1963. 392 с.

5. Зингер Н.М. Тепловые и гидравлические режимы теплофикационных систем /Н.М. Зингер. М.: Энергоатомиздат, 1986. 320 с.

6. Громов Н.К. Абонентские устройства тепловых сетей / Н.К. Громов. М.: Энергия, 1974. 272 с.

7. Зингер H. M. Повышение эффективности работы тепловых пунктов / Н.М. Зингер, В.Г. Бестолченко, A.A. Жидков. М.: Стройиздат, 1990. 188 с.

8. Хлыбов Б.М. Новый режим регулирования отпуска тепла для открытых систем теплоснабжения с непосредственным водоразбором / Б.М. Хлыбов // Водоснабжение и санитарная техника. 1958. №2. С. 30 33.

9. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления / С.А. Чистович, В.К. Аверьянов, Ю.А. Темпель, С.И. Быков. Л.: Стройиздат, 1987. 249 с.

10. Монахов Г.В. Моделирование управления режимами тепловых сетей / Г.В. Монахов, Ю.А. Войтинская. М.: Энергоатомиздат, 1995. 224 с.

11. Чистович С.А. Научно- технические задачи автоматизации систем теплоснабжения // Изв. АН СССР: Энергетика и транспорт. 1984. №1, С. 99 -107.

12. Ю.А. Войтинская. Оперативное выяление повреждений в открытых тепловых сетях / Ю.А. Войтинская // Сб. трудов ВНИИГС Л.: 1986. С. 111 -116.

13. В.И. Борисов. Международные конференции по централизованному теплоснабжению / В.И. Борисов // Теплоэнергетика. 1982. №8. С. 2 3.

14. Чистович С.А. Влияние динамических характеристик систем теплоснабжения на тепловой режим зданий / С.А. Чистович // Тр. АКХ. 1974. Вып. 38. С. 17-21.

15. Чистович С.А. Комплексная автоматизация централизованного теплоснабжения ряда городов СССР / С.А. Чистович, Ю.А. Войтинская, С .Я. Година // Водоснабжение и санитарная техника. 1989. №7. С. 2 5.

16. Чистович С.А. Автоматизация систем теплоснабжения и отопления / С.А. Чистович. М.: Стройиздат, 1964. 180 с.

17. Громов Н.К. Городские теплофикационные системы / Н.К. Громов. М.: Энергия, 1974. 256 с.

18. Громов Н.К. О принципах построения схем тепловых сетей в городах, их автоматизация и телемеханизация / Н.К. Громов // Теплоэнергетика. 1976. №11. С.28- 34.

19. Монахов Г.В., Фаенсон А.И. Определение информативных узлов закрытых систем теплоснабжения / Г.В. Монахов, А.И. Фаенсон // Атомные системы теплоснабжения. ВНИПИэнергопром. 1984. С. 23- 28.

20. Михайленко И.М. Структурно параметрический синтез автоматизированных систем отопления / И.М. Михайленко // Сб. научных трудов НИПТИ МЭСХ НЗ РСФСР. М.: 1982. С. 13 18.

21. Михайленко И.М. Определение оптимального числа точек контроля теплопотребления района при автоматизации централизованного отпуска тепла / И.М. Михайленко, А.С. Чистович // Оптимизация управления и проектирования в жилищно-коммунальном хозяйстве.

22. М.: ОНТИ АКХ. 1984. С. 68 74.

23. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. / В.Н. Богословский. М.: Высш. школа, 1982. 415 с.

24. Банхиди JL Тепловой микроклимат помещений: расчет комфортных параметров по теплоощущениям человека / Пер. с венг. В.М.Беляева; Под ред. В.И.Прохорова и А.Л.Наумова. М.: Стройиздат, 1981. 248 с.

25. Грудзинский М.М. Отопительно-вентиляционные системы зданий повышенной этажности / М.М. Грудзинский, В.И. Ливчак, М.Я. Поз. М.: Стройиздат, 1982. 256 с.

26. Анапольская Л.Е. Метеорологические факторы теплового режима зданий / Л.Е. Анапольская, Л.С. Гандин. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 239 с.

27. Соколов Е.Я. Эксплуатация тепловых сетей / Е.Я. Соколов, Н.К. Громов, А.П. Сафонов. М. Госэнергоиздат, 1955. 352 с.

28. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем / Н.М. Зингер. М.: Энергия, 1976. 335 с.

29. Соколов Е.Я. Методика расчета центрального регулирования открыто-закрытых систем теплоснабжения / Е.Я. Соколов, В.П. Вершинский // Теплоэнергетика. 1967. №12. С. 24 28.

30. Соколов Е.Я. Методика расчета центрального регулирования независимых закрытых систем теплоснабжения / Е.Я. Соколов, В.П. Вершинский // Теплоэнергетика. 1968. №9. С. 83 85.

31. Соколов Е.Я. Методика расчета центрального регулирования независимых открытых систем теплоснабжения / Е.Я. Соколов, В.П. Вершинский // Теплоэнергетика. 1968. №10 С. 70 -72.

32. Закс М.Л. Режимы открытой системы теплоснабжения и методика центрального регулирования / М.Л Закс, Я.И. Каплинский // Теплоэнергетика. 1963. №3. С. 46-51.

33. Копьев С.Ф. Режим работы открытых систем теплоснабжения и новый метод их расчета / С.Ф. Копьев // Водоснабжение и санитарная техника. 1964. №9. С. 14-20.95

34. Зингер Н.М. Расчет и моделирование гидравлических режимов тепловых сетей / Н.М. Зингер. М. Л.: Энергия, 1964. 184 с.

35. Чистович С.А. Гидравлический режим открытых тепловых сетей с переменным расходом воды / С.А. Чистович. М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1955. 96 с.

36. Чистович С.А. Перспективные технологии в теплоснабжении / С.А. Чистович // Промышленное и гражданское строительство. 2003. №10 С. 54 -56.

37. Выступление Председателя Госстроя РФ Н.П. Кошмана на Расширенной коллегии Госстроя РФ в г. Омске 5-6 февраля 2003 г.// Новости теплоснабжения. 2003. №3. 31с.

38. Выступление Министра ЖКХ и энергетики республики Саха (Якутия) В.Л. Попова на Расширенной коллегии Госстроя РФ в г. Омске 5-6 февраля 2003 г. // Новости теплоснабжения. 2003. №3. 31с.

39. Хиж Э.Б. О надежности систем коммунального теплоснабжения, предупреждении и устранении аварий и инцидентов / Э.Б. Хиж, Г.М. Сокольник, A.C. Толмасов // Новости теплоснабжения. 2003. №3. 31с.

40. Башмаков А.И. Система быстрого реагирования на чрезвычайные ситуации. М.: ЦЭНЭФ, 2001.67 с.

41. Семенов В.Г. Опыт Польши в теплоснабжении урок для России / В.Г. Семенов // Новости теплоснабжения. 2002. №9. С.8 - 15.

42. Зысин В.А. Вскипающие адиабатные потоки / В.А. Зысин. М.: Атомиздат, 1976. 152 с.

43. Тонг Л. Теплопередача при кипении и двухфазное течение: пер. с анг. / Л. Тонг. М.: Мир, 1969. 344 с.

44. Поляков К.С. Экспериментальное исследование адиабатического течения испаряющейся жидкости: автореф. канд. дис. / К.С. Поляков. Л.: Ленингр. политехи, ин-т, 1962. 110 с.

45. Барилович В.А. Исследование процессов в высоковлажном паре применительно к задачам охлаждения газовых турбин: автореф. канд. дис. / В.А. Барилович. JL: Ленингр. политехи, ин-т., 1968. 100 с.

46. Парфенова Т.Н. Исследование процессов истечения самоиспаряющейся жидкости : автореф. канд. дис. / Т.Н. Парфенова. Л.: Ленингр. политехи, ин-т., 1971. 120 с.

47. Келлер В.Д. Исследование стационарного адиабатного критического истечения горячей воды при высоких давлениях через цилиндрические каналы. : автореф. канд. дис. / В.Д. Келлер. М.: Всесоюзный теплотехнический ин-т., 1974.119 с.

48. Попов Г. А. Исследование тепловых процессов и некоторых путей применения гидропаровых турбин : автореф. канд. дис. / Г.А. Попов. Л.: Ленингр. политехи, ин-т., 1971. 95 с.

49. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ И.Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

50. Примеры расчетов по гидравлике: учеб. пособие для вузов / А.Д.Альтшуль, В.ИЛСалицун, Ф.Г. Майоранский и др.; под ред. А.Д. Альтшуля. М.: Стройиздат, 1976.