Циркуляцией воды называется движение воды по замкнутому контуру. В состав контура циркуляции, в общем случае, входят такие конструктивные элементы котлов, как барабаны, коллекторы, обогреваемые и необогреваемые трубы поверхностей нагрева. Вода может проходить по контуру многократно либо однократно, двигаясь через поверхности нагрева от входа к выходу.

В зависимости от причин, которые вызывают движение воды циркуляция подразделяется на естественную и принудительную.

Естественная циркуляция осуществляется в паровых котлах, так как движущий напор в контуре создается разностью плотностей воды и пара. При этом каждый кг воды может постепенно превращаться в пар, многократно проходя через контур, либо превращаться в пар за один проход через поверхность нагрева.

Принудительная циркуляция воды производится с помощью насоса. Она применяется в водогрейных котлах и водяных экономайзерах и является прямоточной.

При любом виде циркуляции и способах ее организации вода и пар, образующийся в контуре, должны надежно охлаждать металл, что необходимо для безаварийной работы котлов.

Естественная циркуляция воды в паровых котлах. Рассмотрим принцип действия естественной циркуляции на примере контура циркуляции бокового экрана топки (рис. 10).

Рис. 10. Схема простейшего контура естественной циркуляции:

1 - коллектор; 2 - опускная труба; 3 - верхний барабан; 4 - экранные (подъемные) трубы.

Питательная вода вводится в верхний барабан котла 3. Из него вода опускается по опускной трубе 2 и входит в коллектор 1. На этом участке контура теплота к воде не подводится (труба теплоизолирована шамотной стенкой) и температура воды остается ниже температуры насыщения при данном давлении пара в котле.

Из коллектора вода поступает в обогреваемые трубы экрана 4 и, поднимаясь по ним, нагревается до кипения, кипит и частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь вводится в барабан, где разделяется на воду и пар. Пар покидает котел, а вода смешивается с питательной водой и вновь поступает в контур циркуляции.

Участок подъемных труб, где вода нагревается до кипения, называется экономайзерным, а содержащий пар - паросодержащим. Высота последнего в несколько раз превышает высоту экономайзерного участка.

На экономайзерном участке вода движется с постоянной скоростью, а на паросодержащем участке она постоянно возрастает, так как количество образующегося пара в подъемных трубах непрерывно увеличивается. Скорость, которую вода имеет на экономайзерном участке, называется скоростью циркуляции. По причине своего постоянства скорость циркуляции является одной их важных характеристик естественной циркуляции. Ее величина составляет, примерно, 0,5 - 1,5 м/с.

Наличие в контуре участков со средами, имеющие разные плотности, создает в контуре разность давлений или движущий напор циркуляции. Давление в опускных трубах создается столбом воды с плотностью r В, а в подъемных трубах - столбом воды и пароводяной смеси с плотностью r СМ . Поэтому более плотная среда вытесняет менее плотную и в контуре создается круговое движение воды. Величина движущего напора определяется зависимостью вида:

S ДВ = h ПАР (r В - r СМ) g Па, (7.1)

где h ПАР - высота паросодержащего участка подъемных труб; g - ускорение свободного падения.

Из выражения движущего напора следует, что для циркуляции недостаточно иметь среды с разной плотностью. Необходимо также, чтобы паросодержащие трубы располагались вертикально.

За один проход по контуру только часть воды превращается в пар. Поэтому для характеристики интенсивности испарения воды используется понятие кратности циркуляции:

k = М /Д, (7.2)

где М - расход воды через опускную трубу, кг/ч; Д - количество пара, образующегося в обогреваемых трубах, кг/ч.

Таким образом, кратность циркуляции показывает, сколько раз один кг воды должен пройти через контур, чтобы превратиться в пар. Для экранов k = 50 - 70, для конвективных пучков k = 100 - 200.

Величина, обратная кратности циркуляции, характеризует степень сухости влажного пара х = 1/k. Отсюда можно сделать вывод о том, что в экранах образуется пароводяная смесь, содержащая не более 0,02 или 2 % пара. Поэтому даже самые теплонапряженные поверхности нагрева котлов, которыми являются экраны, надежно смачиваются и охлаждаются водой.

В конвективных пучках все трубы обогреваются газами, температура которых при прохождении через пучок непрерывно снижается. Поэтому в кипятильных трубах по ходу движения газов паросодержание также уменьшается, а плотность пароводяной смеси возрастает. Наличие в трубах пучка пароводяной смеси с разной плотностью создает движущий напор, который движит воды по следующей схеме: из верхнего барабана вода поступает в задние трубы пучка и по ним поступает в нижний барабан котла; из барабана вода входит в остальные трубы пучка и вместе с паром поступает в верхний барабан.

Принудительная циркуляция. Принудительная циркуляция применяется в водогрейных котлах, а также в экономайзерах паровых котлов. Движение воды по трубам поверхностей нагрева производит насос. Вода входит в поверхности нагрева холодной, а покидает ее горячей, совершая в котле прямоточное движение. Кратность циркуляции воды равна единице.

Для создания прямоточного движения воды поверхности нагрева котлов изготавливаются в виде отдельных панелей, которые соединяются между собой последовательно или параллельно. Панель выполняется из одного ряда труб, концы которых замкнуты на нижний (распределительный) и верхний (собирающий) коллекторы. При этом трубы могут иметь как прямую (в основном), так и змеевиковую конфигурацию.

При параллельном подсоединении труб к коллекторам вода проходит по трубам неодинаковыми расходами, что обусловлено различиями в гидравлических сопротивлениях труб и неравномерным обогревом труб газами. Поэтому в отдельные трубы воды поступает меньше, чем это нужно для надежного охлаждения металла. Возможно даже вскипание воды в отдельных трубах, что еще в большей степени уменьшает поступление воды в такие трубы.

Движение воды в трубах может быть как подъемным, так и опускным. Однако во избежание вскипания воды ее скорость принимается не менее 0,5-1 м/с. По тем же причинам перепад давления воды в котлах не должен быть более 0,2 МПа.

Сооружение автономной сети отопления гравитационного типа выбирают, если нецелесообразно, а иногда и невозможно установить циркуляционный насос или подключиться к централизованному электроснабжению.

Такая система обходится дешевле в обустройстве и полностью независима от электричества. Однако ее работоспособность во многом зависит от точности проектирования.

Чтобы система отопления с естественной циркуляцией функционировала бесперебойно, необходимо рассчитать ее параметры, правильно установить компоненты и обоснованно выбрать схему водяного контура. Мы поможем в решении этих вопросов.

Мы описали главные принципы работы гравитационной системы, привели советы по выбору трубопровода, обозначили правила сборки контура и размещения рабочих узлов. Отдельное внимание мы уделили особенностям проектирования и функционирования одно- и двухтрубной схемам отопления.

Процесс движения воды в контуре отопления без применения циркуляционного насоса происходит в силу естественных физических законов.

Понимание природы этих процессов позволит грамотно для типовых и нестандартных случаев.

Галерея изображений

Максимальная разность гидростатического давления

Основное физическое свойство любого теплоносителя (воды или антифриза), которое способствует его движению по контуру при естественной циркуляции – уменьшение плотности при увеличении температуры.

Плотность горячей воды меньше, чем холодной и поэтому возникает разница в гидростатическом давлении теплого и холодного столба жидкости. Холодная вода, стекая к теплообменнику, вытесняет горячую вверх по трубе.

Движущей силой воды в контуре при естественной циркуляции является перепад гидростатического давления между холодным и горячим столбами жидкости

Отопительный контур дома можно условно разделить на несколько фрагментов. По «горячим» фрагментам вода направляется вверх, а по «холодным» – вниз. Границами фрагментов являются верхняя и нижняя точка системы отопления.

Главной задачей при моделировании воды является достижение максимально возможной разницы между давлением столба жидкости в «горячем» и «холодном» фрагментах.

Классическим для естественной циркуляции элементом водяного контура является коллектор разгона (главный стояк) – вертикальная труба, направленная вверх от теплообменника.

Коллектор разгона должен иметь максимальную температуру, поэтому его утепляют на всей протяженности. Хотя, если высота коллектора не велика (как для одноэтажных домов), то можно не проводить утепление, так как вода в нем не успеет остыть.

Обычно систему проектируют таким образом, чтобы верхняя точка коллектора разгона совпадала с верхней точкой всего контура. Там устанавливают выход на или клапан для отвода воздуха, если используют мембранный бак.

Тогда длина «горячего» фрагмента контура является минимально возможной, что приводит к уменьшению теплопотерь на этом участке.

Также желательно, чтобы «горячий» фрагмент контура не сочетался с длительным участком, транспортирующим остывший теплоноситель. В идеале нижняя точка водяного контура совпадает с нижней точкой теплообменника, помещенного в устройство нагрева.

Чем ниже в системе отопления расположен котел, тем меньше гидростатическое давление столба жидкости в горячем фрагменте контура

Для «холодного» сегмента водяного контура тоже есть свои правила, увеличивающие давление жидкости:

• чем больше теплопотери на «холодном» участке отопительной сети , тем ниже температура воды и больше ее плотность, поэтому функционирование систем с естественной циркуляцией возможно только при значительной теплоотдаче;
• чем больше расстояние от нижней точки контура к подключению радиаторов , тем больше участок столба воды с минимальной температурой и максимальной плотностью.

Чтобы обеспечить выполнение последнего правила, часто печь или котел устанавливают в самой нижней точке дома, например, в подвале. Таким размещением котла обеспечивают максимально возможное расстояние между нижним уровнем радиаторов и точкой входа воды в теплообменник.

Однако высота между нижней и верхней точками водяного контура при естественной циркуляции не должна быть слишком большой (на практике не более 10 метров). Печь или котел, нагревают только теплообменник и нижнюю часть коллектора разгона.

Если этот фрагмент незначителен относительно всей высоты водяного контура, то падение давления в «горячем» фрагменте контура будет несущественным и процесс циркуляции не будет запущен.

Использование систем с естественной циркуляции для двухэтажных строений вполне оправдано, а для большей этажности будет необходим циркуляционный насос

Минимизация сопротивления движению воды

При проектировании системы с естественной циркуляцией необходимо учитывать скорость движения теплоносителя по контуру.

Во-первых , чем быстрее скорость, тем быстрее будет происходить передача тепла по системе «котел – теплообменник – водяной контур – радиаторы отопления – помещение».

Во-вторых , чем быстрее скорость жидкости через теплообменник, тем меньше вероятность ее закипания, что особенно важно при печном отоплении.

Закипание воды в системе может обойтись очень дорого – стоимость демонтажа, ремонта и обратной установки теплообменника требует много времени и средств

При водяном отоплении с естественной циркуляцией скорость зависит от следующих факторов:

• разницы давления между фрагментами контура в нижней его точке;
• гидродинамического сопротивления отопительной системы.

Способы обеспечения максимальной разницы давления были рассмотрены выше. Гидродинамическое сопротивление реальной системы не поддается точному расчету по причине сложной математической модели и большого числа входящих данных, точность которых трудно гарантировать.

Тем не менее, существуют общие правила, соблюдение которых позволит уменьшить сопротивление отопительного контура.

Основным причинами снижения скорости движения воды являются сопротивление стенок труб и присутствие сужений из-за наличия фитингов или запорной арматуры. При небольшой скорости потока сопротивление стенок практически отсутствует.

Исключение составляют длинные и тонкие трубы, характерные для отопления с помощью . Как правило, для него выделяют отдельные контуры с принудительной циркуляцией.

При выборе типов труб для контура с естественной циркуляцией придется учитывать наличие технических сужений при монтаже системы. Поэтому использовать при естественной циркуляции воды нежелательно по причине соединения их фитингами, со значительно меньшим внутренним диаметром.

Фитинги металлопластиковых труб несколько сужают внутренний диаметр и являются серьезной преградой на пути воды при слабом напоре (+)

Правила выбора и монтажа труб

Уклон магистрали обратки делают, как правило, по ходу движения охлажденной воды. Тогда нижняя точка контура будет совпадать с входом обратной трубы в теплогенератор.

Самая распространенная комбинация направления уклона подающей и обратной труб для удаления воздушных пробок из водяного контура с естественной циркуляцией

При небольшой площади в контуре с естественной циркуляцией необходимо не допустить попадания воздуха в узкие и горизонтально расположенные трубы этой обогревательной системы. Необходимо поставить устройство удаления воздуха перед теплым полом.

Однотрубные и двухтрубные схемы отопления

При разработке схемы отопления дома с естественной циркуляцией воды возможно проектирование как одного, так и нескольких отдельных контуров. Они могут существенно отличаться друг от друга. Вне зависимости от длины, количества радиаторов и других параметров, их выполняют по однотрубной или двухтрубной схеме.

Контур с использованием одной магистрали

Систему отопления с использованием одной и той же трубы для последовательного подвода воды к радиаторам называют однотрубной. Самым простым однотрубным вариантом является отопление металлическими трубами без использования радиаторов.

Это наиболее дешевый и наименее проблемный способ решения обогрева дома при выборе в пользу естественной циркуляции теплоносителя. Единственный значимый минус – внешний вид громоздких труб.

При самом экономном с радиаторами отопления, горячая вода последовательно протекает через каждое устройство. Здесь необходимо минимальное количество труб и запорной арматуры.

По мере прохождения остывает, поэтому последующие радиаторы получают воду более холодную, что необходимо учитывать при расчете количества секций.

Простая однотрубная схема (вверху) требует минимального количества монтажных работ и вложенных средств. Более сложный и затратный вариант внизу позволяет отключать радиаторы без остановки всей системы

Самым эффективным способом подключения приборов отопления к однотрубной сети считается диагональный вариант.

Согласно этой схеме контуров отопления с естественным типом циркуляции горячая вода поступает в радиатор сверху, после охлаждения отводится через расположенный внизу патрубок. При прохождении подобным образом нагретая вода отдает максимальное количество тепла.

При нижнем подключении к батарее как входного патрубка, так и выходного, теплоотдача существенно уменьшается, потому что нагретому теплоносителю надо пройти максимально длинный путь. Из-за значительного остывания в подобных схемах не используются батареи с большим количеством секций.

«Ленинградка» характеризуется внушительными теплопотерями, которые необходимо учитывать при расчете системы. Плюс ее в том, что при использовании запорных вентилей на входном и выходном патрубке приборы выборочно можно отключать для ремонта без остановки отопительного цикла (+)

Отопительные контуры с подобным подключением радиаторов получили название « «. Несмотря на отмеченные потери тепла, им отдают предпочтение в обустройстве систем квартирного отопления, что обусловлено более эстетичным видом прокладки трубопровода.

Существенным недостатком однотрубных сетей является невозможность отключить одну из секций отопления без прекращения циркуляции воды по всему контуру.

Поэтому обычно применяют модернизацию классической схемы с установкой « » для обхода радиатора с помощью ответвления с двумя шаровыми кранами или трехходовым краном. Это позволяет регулировать подачу воды к радиатору, вплоть до полного его отключения.

Для двух и более этажных строений применяют варианты однотрубной схемы с вертикальными стояками. В этом случае распределение горячей воды более равномерное, чем при горизонтальных стояках. К тому же вертикальные стояки менее протяженные и лучше вписываются в интерьер дома.

Однотрубную схему с вертикальной разводкой успешно применяют при обогреве двухэтажных помещений с использованием естественной циркуляции. Представлен вариант с возможностью отключения верхних радиаторов

Вариант с применением обратной трубы

Когда одну трубу используют для подачи горячей воды к радиаторам, а вторую – для отвода охлажденной к котлу или печи, такую схему отопления называют двухтрубной. Подобную систему при наличии радиаторов отопления используют чаще, чем однотрубную.

Она более дорогая, так как требует монтажа дополнительной трубы, но имеет ряд значимых преимуществ:

• более равномерное распределение температуры подаваемого к радиаторам теплоносителя;
• проще выполнить расчет зависимости параметров радиаторов от площади отапливаемого помещения и необходимых значениях температуры;
• эффективней регулировка подачи тепла к каждому радиатору.

В зависимости от направления движения охлажденной воды относительно горячей, подразделяют на попутные и тупиковые. В попутных схемах движение охлажденной воды происходит в том же направлении, что и горячей, поэтому длина цикла для всего контура совпадает.

В тупиковых схемах, охлажденная вода движется навстречу горячей, поэтому для разных радиаторов длины циклов оборота теплоносителя отличаются. Так как скорость в системе небольшая, то и время нагрева может существенно отличаться. Те радиаторы, у которых длина цикла круговорота воды меньше, будут нагреты быстрее.

При выборе тупиковой и попутной схем отопления исходят в первую очередь из удобства проведения обратной трубы

Существует два типа расположения подводки относительно радиаторов отопления: верхняя и нижняя. При верхней подводке труба, подающая горячую воду, располагается выше радиаторов отопления, а при нижней подводке – ниже.

При нижней подводке возможно удаление воздуха через радиаторы и отсутствует необходимость проведения труб поверху, что хорошо с позиции дизайна помещения.

Однако без коллектора разгона перепад давления будет гораздо меньше, чем при использовании верхней подводки. Поэтому нижнюю подводку при отоплении помещений по принципу естественной циркуляции практически не применяют.

Выводы и полезное видео по теме

Организация однотрубной схема на основе электрокотла для небольшого дома:

Работа двухтрубной системы для одноэтажного деревянного дома на основе твердотопливного котла длительного горения:

Использование естественной циркуляции при движении воды в отопительном контуре требует точных расчетов и технически грамотного выполнения монтажных работ. При выполнении этих условий система отопления будет качественно нагревать помещения частного дома и избавит хозяев от шума насоса и зависимости от электроэнергии.

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Отопительная система – это целый комплекс устройств, которые объединены в единый контур при помощи трубопровода. Работа отопления в таком случае заключается в постоянном движении теплоносителя (как правило, жидкости). Нагреваясь, теплоноситель расширяется, и в закрытой отопительной системе для нейтрализации этого явления используется расширительный бак. Эти устройства делятся на два типа, и именно от них зависит, будет система закрытой или открытой. Замкнутая система отопления подразумевает наличие бака, который не контактирует с окружающей средой, а в открытой отопительной системе бак взаимодействует с воздухом.

Для циркуляции теплоносителя в закрытых отопительных системах используются насосы, которые обеспечивают постоянное движение жидкости на достаточном уровне. Использование насосов позволяет закрытой системе работать гораздо эффективнее, варьируя скорость движения теплоносителя (прочитайте: " ").

Принудительная циркуляция хороша еще и тем, что в такую систему можно подключать дополнительные контуры с подключенными отопительными приборами. Конечно, такие системы становятся энергозависимыми, поскольку для функционирования насосов требуется электричество, но этот недостаток компенсируется высоким КПД всей конструкции.

Насосы в замкнутой отопительной системе монтируется на трубе обратки непосредственно перед котлом. В этом же месте можно разместить и расширительный бачок. Закрытая система отопления имеет ряд плюсов, которые становятся очевидными при сравнении с другими типами отопительных систем: установка системы осуществляется без особых затруднений, поскольку не нужно соблюдать постоянный уклон. Трубопроводу не потребуется утепление, да и сам трубопровод можно сделать потоньше, что скажется не только на его эстетических качествах, но и на стоимости конструкции.

В закрытой отопительной системе теплоноситель не может испаряться, поэтому следить за его уровнем придется гораздо реже. Кроме того, использование циркуляционных насосов обеспечивает ускоренный прогрев помещений, а если установить в контуре термостаты, то появляется возможность тонкой настройки температурного режима во всем доме.

Элементы системы отопления замкнутого типа

Схема замкнутой системы отопления содержит большое количество элементов:

• отопительный котел;
• мембранный расширительный бачок;
• циркуляционный насос;
• отопительные приборы;
• трубы для прокладки контура, установки стояков и подводок;
• фитинги;
• краны;
• фильтры;
• крепежные элементы.

Принцип работы замкнутой отопительной системы

В котле происходит нагрев теплоносителя, после чего он разносится по отопительным приборам через трубопровод. Когда теплоноситель заполняет все пространство контура, к работе присоединяется расширительный бак, вмещая в себя излишки жидкости. Мембранный расширительный бачок состоит из двух полостей: в одну из них поступает лишний теплоноситель, а вторая часть заполнена газом или воздухом. Читайте также: " ".

При монтаже в закрытой отопительной системе создается давление, которое в дальнейшем задает давление всему контуру. Нагрев теплоносителя провоцирует увеличение давления в системе, и его излишки вместе с возникшим давлением поступают в бак, прогибая расположенную в нем мембрану. Дальнейший путь теплоносителя пролегает через циркуляционный насос, и работа системы продолжается в штатном режиме.

Особенности схемы замкнутой системы отопления

В закрытой отопительной системе с принудительной циркуляцией есть несколько особенностей:

1. Возможность установки расширительного бачка и циркуляционного насоса рядом с отопительным котлом, что позволяет снизить затраты на трубы и упрощает монтаж всей системы.
2. Полная герметичность бака приводит к тому, что теплоноситель не может испаряться из системы, а сам трубопровод надежно защищен от попадания воздуха.
3. Устанавливать расширительный бачок и насос нужно на трубе обратки. Эксплуатация насоса возможна лишь в том случае, когда через него проходит жидкость, имеющая низкую температуру.
4. По сравнению с открытой отопительной системой, замкнутая может располагаться в помещениях любой площади.

Плюсы и минусы замкнутой отопительной системы

Схема замкнутой системы отопления, в которой движение теплоносителя осуществляется принудительно, имеет свои преимущества и недостатки. Отрицательных моментов меньше, но они в некоторых случаях являются решающими.

Достоинства замкнутой системы отопления:

• высокий КПД;
• невозможность испарения жидкости;
• использование труб уменьшенного диаметра;
• повышение срока службы котла за счет разности температур на подающем и обратном контурах;
• снижение коррозийного влияния на трубопровод;
• возможность применения антифриза.

Недостатки замкнутой системы отопления:

• зависимость от электричества, особенно в регионах, где перебои с электроэнергией – не редкость;
• необходимость установки более сложного, вместительного и дорогого расширительного бачка.

Переоборудование открытой системы в закрытую

Замкнутая система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя используется довольно редко, но исключительно из-за своих особенностей. О каких особенностях идет речь, и как осуществляется переход от одного типа системы к другой? При монтаже открытой отопительной системы мысль о переходе на замкнутую систему приходит нечасто, но сделать это довольно просто – достаточно установить мембранный расширительный бак, и конструкция сразу же станет закрытой.

Конечно, всегда есть возможность спроектировать подобную схему, но она будет обладать некоторыми минусами двух типов систем. Для обеспечения естественного движения теплоносителя трубопровод необходимо укладывать с соблюдением постоянного уклона, что нередко приводит к появлению воздушных пробок и существенно усложняет монтаж.

Какие преимущества даст такая конструкция? Независимость от электричества в данном случае является единственным плюсом, но его необходимость можно подвергнуть сомнению: как правило, в большинстве домов электричество есть всегда. Стоимость насоса и эксплуатационные расходы, связанные с его использованием, достаточно невысоки, поэтому классическая замкнутая схема все же гораздо лучше, чем открытая.

Установка системы отопления

Перед монтажом отопительной системы составляется проект, согласно которому и будут устанавливаться все элементы. Чтобы выбранная схема оправдывала себя, необходимо грамотно подобрать устройства, которые будут работать в контуре, и начать стоит с выбора отопительного котла. Выбирая котел, нужно отталкиваться от типа котла, зависящего от используемого топлива, и его мощности.

В последние годы получают распространение твердотопливные котлы, которые практически не требуют эксплуатационных затрат, но можно выбрать и другой вариант из числа представленных на рынке.

Как рассчитывается мощность системы? При проведении усредненных расчетов обычно берется соотношение 1 кВт мощности на 10 квадратных метров помещения. Выбрав подходящий котел, можно начинать расчет отопительных приборов. Лучшим вариантом являются радиаторы, характеристики которых индивидуальны, но отличий в них обычно немного, поэтому выбирать подходящие устройства можно, исходя из личных предпочтений. Кроме котла и отопительных приборов, потребуются и остальные элементы, да и установку системы тоже нужно включать в расчеты.

Приблизительная стоимость конструкции может колебаться в пределах от 4000 до 4500 тысяч долларов, но при желании можно найти варианты дешевле или дороже. Важно помнить, что слишком дешевая конструкция может не обеспечить дом необходимым количеством тепла, а чересчур дорогие варианты часто не оправдывают возложенных надежд.

Заключение

Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного? Замкнутая система отопления с принудительной циркуляцией достаточно надежна и долговечна, и такая конструкция прослужит дому на протяжении многих лет. При необходимости можно использовать в закрытой схеме и естественную циркуляцию, но этот вариант создаст некоторые неудобства, без которых вполне можно было бы обойтись.

2.1.1. ГЦТ, ГЦН

Главный циркуляционный контур ЯЭУ с ВВЭР-1000 состоит из реактора и четырех циркуляционных петель, шести петель для ВВЭР-440, трех петель для многих PWR на Западе (рис. 14). Каждая циркуляционная петля включает парогенератор, главный

циркуляционный насос и главные циркуляционные трубопроводы (ГЦТ), соединяющие оборудование петли с реактором. ГЦТ соединяют оборудование петель, создавая возможность циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру.

Материал трубопровода -сталь 10ГН2МФА с плакировкой нержавеющей сталью внутренней поверхности. К главным циркуляционным трубопроводам подсоединяются трубопроводы системы компенсации давления и технологических систем (подпитки, продувки, дренажа, контура расхолаживания и т.д.). Для ограничения перемещений трубопроводов при аварийных разрывах предусмотрены аварийные опоры (ограничители).

Главный циркуляционный трубопровод (ГЦТ) обеспечивает нормальную эксплуатацию при воздействии нагрузок, вызванных различным по силе землетрясением, а также обеспечивает безопасный останов и расхолаживание при нагрузках, вызванных максимальным расчетным землетрясением. ГЦТ сохраняет работоспособность в условиях режима нарушения теплоотвода из герметичной оболочки и режима «малой течи». Каждая из четырех циркуляционных петель имеет два участка труб с внутренним диаметром 850 мм. Участки между выходными патрубками реактора и входными патрубками ПГ называются «горячими» нитками. Участки между выходными патрубками ПГ и входными патрубками реактора называются «холодными» нитками.

Размер внутреннего диаметра – 850 мм – выбран из условия обеспечения приемлемого гидравлического сопротивления главного циркуляционного контура. «Горячая» нитка петли под № 4 соединена соединительным трубопроводом 426х40 мм с компенсатором объема,. предназначенным для компенсации тепловых расширений теплоносителя без превышения давления выше номинального (160 атм.).

На рис. 14 помимо основных элементов, составляющих ГЦК, показаны некоторые технологические системы, которые связаны с этими элементами. Данными системами являются системы TH, RL,RA (станционные имена технологических систем, унифицированные для АЭС во всем мире). Система TH–это система планового расхолаживания ЯЭУ и одновременно выполняет функцию аварийной системы низкого давления для охлаждения реактора при потере теплоносителя в 1-м контуре и существенном снижении давления в ГЦК. RL–система подпитки питательной водой парогенераторов, RA–система паропроводов для подачи пара из ПГ на турбину.

Для осуществления технологического процесса при нормальных условиях эксплуатации и выполнения функций по обеспечению безопасности в аварийных режимах, а также для контроля за параметрами теплоносителя в главном циркуляционном контуре ГЦТ соединен со следующими вспомогательными системами:

Системой поддержания давления в первом контуре;

Системой планового расхолаживания;

Системой подпитки и продувки первого контура;

Системой аварийного впрыска бора;

Системой измерения параметров теплоносителя;

Системой дренажа.

Параметрами, характеризующими нормальное функционирование системы, являются температура теплоносителя в горячей и холодной нитках ГЦТ, а также разница указанных температур.

При нормальном функционировании ГЦТ номинальное давление стационарного режима составляет 15,7 МПа (160 кгс/см2). Плановый разогрев ГЦТ производился со скоростью не выше 20 °С/ч. Плановое расхолаживание ГЦТ производится со скоростью не выше 30 0 С/ч. Основные параметры ГЦТ для действующих АЭС с ВВЭР-1000 представлены в табл. 8.

Главный циркуляционный контур ЯЭУ для ранних проектов (проект В-187, проект В-338), кроме перечисленного выше оборудования, имеет также по две запорные задвижки ДУ-850 на каждой циркуляционной петле. Главные запорные задвижки (ГЗЗ) позволяют отключить, в случае необходимости, одну или две петли и эксплуатировать реакторную установку на остальных петлях с соответствующим снижением мощности.

Таблица 8.

Параметры ГЦТ

ГЗЗ устанавливаются на «горячей» и «холодной» нитках циркуляционных петель и управляются при помощи электропривода или вручную. Основное положение затвора задвижки - «открыто».

Циркуляционные петли ЯЭУ В-320 в отличие от ЯЭУ В-187, ЯЭУ В-302 и ЯЭУ В-338 не имеют запорных задвижек ДУ-850. Для создания циркуляции теплоносителя в первом контуре используется вертикальный насос центробежного типа с уплотнением вала (ГЦН-195) с трехфазным асинхронным электродвигателем.

Характеристики ГЦН-195:

Производительность насоса 20 000 м3/ч;

Напор насоса 6,75 + 0,25 кг/см2;

Мощность на валу при рабочих параметрах 5300 кВт;

Число оборотов ротора 1000 об./мин.

Нормальное функционирование системы ГЦН основывается на режиме длительной параллельной работы в контуре четырех ГЦН при нормальных параметрах теплоносителя ЯЭУ В-1000. Допускается:

Длительная работа одного и параллельная работа двух и трех ГЦН в контуре при номинальных параметрах теплоносителя;

Работа одного, двух, трех и четырех ГЦН в контуре при изменении параметров теплоносителя в переходных режимах (разогрев, расхолаживание) при температуре от 20 до 300 °С на входе в насос, давлении от 0,98 (10) до 17,6 (180) МПа (кгс/см2);

Работа одного, двух, трех и четырех ГЦН в контуре на холодном теплоносителе и в режиме дезактивации при температуре 20-100 °C;

Стоянка в режиме холодного и горячего резерва без ограничения времени при условии подачи запирающей и охлаждающей воды промежуточного контура и работы насоса аварийной системы запирающей воды.

При отказах в системах АЭС, сопровождающихся обесточиванием ГЦН, обеспечивается выбег ГЦН для исключения кризиса теплообмена в активной зоне реактора. При отказах в системах АЭС, сопровождающихся обесточиванием, обеспечивается спад расхода теплоносителя не ниже значений, указанных в табл. 9. В этой таблице приведены данные по гидравлической характеристике ГЦН при выбеге насоса и его останове.

Таблица 9.

Необходимо отметить, что выбег насоса при различном количестве работающих насосов существенно может отличаться друг от друга. Минимальный выбег насоса происходит при трех работающих насосах. Качественно это объясняется тем, что в этом случае наблюдается максимальное противодавление движению теплоносителя через остановленный насос в реакторе. Максимальный выбег насоса происходит при трех остановленных до этого насосах, так как в этом случае нет никакого противодавления с их стороны.

В реакторной установке В-320 используется серийный модернизированный реактор ВВЭР-1000. Понятие «модернизация» по отношению к серийному реактору ВВЭР-1000 заключается в том, что в проект реактора были внесены изменения, которые учитывали специфику работы реактора в составе ГЦК, в котором нет ГЗЗ, но применены ГЦН, разработанные для ГЦК с ГЗЗ. Поэтому, с учетом напорной характеристики ГЦН, в модернизированном серийном реакторе ВВЭР-1000 было увеличено гидравлическое сопротивление тракта в основном за счет уменьшения проходного сечения отверстий в днище внутрикорпусной шахты. В последующее был разработан новый ГЦН-195М и с учетом опыта эксплуатации ГЦН-195 был доработан в следующих направлениях:

Достигнута максимальная герметизация насоса, создано механическое уплотнение вала с минимальными протечками, т.е. реконструирован узел, во многом определяющий надежность и безопасность работы ГЦН и АЭС в целом;

Достигнуто снижение зависимости насоса от влияния обслуживающих систем АЭС, т.е. обеспечена автономность ГЦН;

Повышена пожарная безопасность ГЦН путем замены горючих масел на воду в системе смазки подшипников насоса и электродвигателя;

Обеспечена целостность и работоспособность насоса в горячем контуре без подачи охлаждающей воды при длительном обесточивании АЭС;

Созданы и внедрены диагностические средства, обеспечивающие качественный контроль ГЦН и его систем и возможность определения остаточного ресурса.

2.1.2. Реактор

Реактор предназначен для выработки тепловой энергии в составе реакторной установки АЭС. Реактор ВВЭР-1000 является водоводяным энергетическим реактором корпусного типа. Теплоносителем и замедлителем в реакторе является химически обессоленная

вода с борной кислотой, концентрация которой изменяется в процессе эксплуатации. При прохождении через ТВС теплоноситель нагревается за счет реакции деления ядерного топлива. Теплоноситель принудительно поступает в реактор через четыре входных

патрубка корпуса (три – на некоторых западных АЭС с PWR,шесть – на АЭС с ВВЭР-440), проходит по кольцевому зазору между корпусом и внутрикорпусной шахтой, через перфорированное эллиптическое днище и опорные трубы шахты и входит в ТВС.

Из ТВС через перфорированную нижнюю плиту блока защитных труб (БЗТ) теплоноситель выходит в межтрубное пространство БЗТ, в кольцевой зазор между шахтой и корпусом и через четыре выходных патрубка (три, шесть) корпуса выходит из реактора.

Активная зона ВВЭР-1000 набирается из тепловыделяющих сборок (ТВС) шестигранной формы на гексагональной сетке с постоянным шагом порядка 200-240 мм (для PWR из квадратных ТВС на квадратной сетке). Число ТВС в зоне определяется их размером и мощностью реактора, а также транспортабельными свойствами корпусного оборудования по железной дороге в нашей стране. При формировании облика активной зоны главным является определение размеров и материального состава тепловыделяющей сборки (ТВС) и твэлов в ней. Максимальный размер ТВС ограничен требованиями по ядерной безопасности по недопустимости возникновения критической массы в одной ТВС, а минимальный – экономическими соображениями (чем крупнее ТВС, тем дешевле активная зона). В ходе различных исследований для реактора ВВЭР-1000 была выбрана ТВС с шагом под ключ на гексагональной сетке, равным 234 мм (в западных аналогах шаг под ключ на квадратной сетке равен величине порядка 205 мм). Для реактора

ВВЭР-1000 достаточно 163 таких ТВС.

ТВС для ВВЭР в общем случае состоит из регулярной решетки твэлов, часть из которых заменена на нетопливные элементы, которыми могут быть трубки под поглощающий элемент органа СУЗ или стержни с выгорающим поглотителем. На рис.3 показаны схематически основные элементы ТВС.

Рис.3 Схематическое изображение основных элеменов ТВС

На рис. 4 показаны конфигурации активной зоны и ТВС ВВЭР-1000. Ниже при рассмотрении конструктивных характеристик активной зоны реактора ВВЭР-1000 для сравнения приводятся и характеристики активной зоны реактора PWR (на примере АЭС Гёсген).

Рис. 4. Схематическое изображение расстановки ТВС в активной зоне и ТВЭЛ в ТВС ВВЭР-1000

В табл. 1 помещены основные данные по конструкции активной зоны реактора ВВЭР-1000 и реактора PWR (для АЭС Гёсген).

В реакторе ВВЭР-1000 ТВС представляет собой конструкцию, собранную из тепловыделяющих и других конструкционных элементов, расположенных на гексагональной сетке с постоянным потвэльным шагом (рис. 4).

В наиболее напряженных ТВС для выравнивания потвэльного энерговыделения применяется профилирование обогащения топлива, заключающееся в размещении по периметру ТВС около 66 твэлов с более низким обогащением, чем у остальных твэлов (рис. 5).

Таблица 1.

Профилирование уменьшает потвэльное энерговыделение на стыке между периферийным рядом ТВС и следующим рядом в активной зоне и повышает теплотехническую безопасность активной зоны.

Рис. 5. Схематическое изображение ТВС ВВЭР-1000 и ее отдельных фрагментов

Данное профилирование уменьшает потвэльное энерговыделение на стыке между периферийным рядом ТВС и следующим рядом в активной зоне и повышает теплотехническую безопасность активной зоны. В табл. 2 и 3 приведены характеристики ТВС и ТВЭЛ для ВВЭР-1000 и PWR.

Таблица 2

Примечание: 3530(3550) – длина в холодном состоянии, 3550(3564) – длина в горячем состоянии, сталь (цирконий) – сталь в прошлом, цирконий в настоящее время, 14 решеток в прошлом, 12 – в настоящем.

Таблица 3

Выбор приведенных размеров и материального состава ТВС и твэлов был осуществлен в результате большого количества расчётно-экспериментальных исследований по оптимизации топливного цикла ВВЭР и обеспечению требований правил ядерной безопасности по коэффициентам реактивности в различных состояниях активной зоны и сохранению её теплотехнической надежности. Нужно сказать, что в России для водно-водяных реакторов применяются только два типа твэлов: с диаметром 9.1 (ТВЭЛ ВВЭР) и диаметром 13.6 (ТВЭЛ РБМК).

Второй тип используется в реакторах АСТ и в канальных графитовых реакторах Он обладает лучшей экономичностью при малых обогащениях. Размеры ТВС изменялись следующим образом:

Тенденция изменения размеров ТВС ясна. Главная причина уменьшение стоимости активной зоны и повышение надежности ее изготовления и монтажа. На Западе для реакторов типа PWR используется ТВЭЛ размером ∼10 мм и квадратные ТВС размером порядка 200 мм.

Обращает на себя внимание некоторые отличия в конструкции активных зон реакторов PWR и ВВЭР. В западных реакторах данного типа, как правило, не применяется никаких твердых поглотителей в составе ТВС для компенсации начальной реактивности. Обогащение топлива подпитки у них несколько меньше, чем в наших реакторах при той же примерно энерговыработке. Это достигается за счет отсутствия «борных хвостов» (нет СВП) и высоких коэффициентов неравномерности энерговыделения по ТВС в центре зоны (ниже приводятся их и наши коэффициенты неравномерности). При этом ухудшается теплотехническая надежность активной зоны, но несколько лучше экономичность использования топлива.

В табл. 4 приведены характеристики поглощающего элемента в составе органов механической СУЗ. В наших реакторах основным материалом поглощающего элемента является карбид бора.

На Западе применяется серебро, индий и кадмий. Данные материалы более эффективны как поглотители, но они намного дороже карбида бора. В настоящее время проводится модернизация поглощающего элемента и замена старого на новый элемент на действующих АЭС с ВВЭР-1000 и на вновь строящихся. Об этом подробней будет рассказано ниже.

Таблица 4.

Для получения представления о том, какие выгорающие поглотители использовались раньше и используются сейчас в первых топливных загрузках при первом пуске энергоблоков,

в табл. 5 приводятся данные по этим элементам. В этой же таблице приведены данные по центральной трубке, предназначенной помимо всего прочего для размещения канала нейтронного измерения (КНИ).

В новых проектах ВВЭР в рамках программы АЭС-2006 предусматривается размещать канал нейтронного измерения не в центральной трубке, а ближе к периферии ТВС, так как нейтронный поток в этой области ТВС дает более достоверную информацию о среднем потоке в тепловыделяющей сборке.

Помимо того, что активная зона предназначена для генерации тепла и его передачи с поверхности тепловыделяющих элементов теплоносителю первого контура, она обеспечивает выполнение следующих требований в области безопасности АЭС:

Таблица 5.

Непревышение допустимых пределов повреждения оболочек твэл в ТВС в пределах проектного срока службы;

Поддержание требуемой геометрии и положения твэл в ТВС и ТВС в реакторе;

Возможность осевого и радиального расширения ТВЭЛ и ТВС при температурных и радиационных воздействиях, разности давлений, взаимодействия топливных таблеток с оболочкой;

Прочность при воздействии механических нагрузок в проектных режимах;

Вибрационная стойкость при воздействии потока теплоносителя с учетом перепада и пульсации давления, нестабильности потока, вибраций;

Стойкость материалов против коррозионных, электрохимических, тепловых, механических и радиационных воздействий;

Непревышение проектных значений температуры топлива и оболочки;

Отсутствие кризиса теплообмена в постулированных проектом режимах;

Стойкость СУЗ в пределах проектного ресурса от воздействия нейтронного потока, температуры, перепада и изменения давления, износа и ударов, связанных с перемещениями;

Возможность размещения внутри ТВС контролирующих датчиков;

Взаимозаменяемость ТВС со свежим топливом, ТВС с частично выгоревшим топливом и ПС СУЗ путем унификации установочных размеров;

Предотвращение плавления топлива;

Сведение к минимуму реакции между металлом и водой;

Перевод активной зоны в подкритическое состояние, его поддержание в пределах, определенных проектом;

Возможность послеаварийного расхолаживания активной зоны.

Необходимо отметить, что в ходе эксплуатации было замечено явление азимутального скручивания ТВС, при котором сборки могли застрять в зоне, а ПЭЛ при движении органа СУЗ – в трубках с водой. Скручивание приводило к ухудшению прочностных и нейтронно-физических характеристик зоны.

Для устранения этого дефекта была предложена новая конструкция ТВСА (ОКБМ Нижний Новгород) с циркониевыми уголками жесткости, установленными по всей длине ТВС. На рис. 6 и 7 приведены схематические изображения старой и новой конструкции ТВС. Данные ТВС в настоящее время проходят опытную эксплуатацию на КлнАЭС. Первые результаты говорят о том, что данная конструкция не только уменьшает существенно изгиб новых ТВС, но и выправляет изгиб старых ТВС в зоне (коллективный эффект).

Альтернативным решением является конструкция ТВС-2 (ОКБ «Гидропресс», Главный конструктор ВВЭР), в которой центральная трубка и дистанционирующие решетки стали силовым элементом для решетки твэл. Размер дистанционирующих решеток увеличен, и они стали выполнять аналогичную роль, что и уголки в ТВСА.

По мере эксплуатации ВВЭР-1000 была произведена модернизация ТВС за счет замены стальных направляющих под ПЭЛ и дистанционирующих решеток на циркониевые решетки с небольшими добавками для улучшения их прочностных характеристик.

2.1.3. Парогенератор

Парогенератор (ПГ) как элемент оборудования входит в состав 1-го и 2-го контуров и предназначен для отвода тепла от теплоносителя первого контура и генерации сухого насыщенного пара.

Парогенератор является горизонтальным однокорпусным, с погруженной поверхностью теплообмена из горизонтально расположенных труб.

Парогенератор состоит из следующих основных узлов:

Корпуса;

Устройства раздачи основной питательной воды;

Устройства раздачи аварийной питательной воды;

Теплопередающей поверхности и коллекторов первого контура;

Сепарационного устройства;

Устройства выравнивания паровой нагрузки;

Опорных конструкций;

Уравнительных сосудов;

Гидроамортизаторов.

Корпус парогенератора является составной частью парогенератора и предназначен для размещения внутрикорпусных устройств и трубного пучка с коллекторами первого контура. Корпус воспринимает проектное давление второго контура, равное 7.84 МПа

(80 кГс/см2). Парогенератор в боксе установлен на две опорные конструкции. В каждой опорной конструкции имеется 2-ярусная роликовая опора, которая обеспечивает перемещение парогенератора при термическом расширении трубопроводов ГЦК в продольном направлении +80 мм, в поперечном – + 98 мм.

На рис. 17 и 18 показаны продольный и поперечный разрезы ПГ. На этих рисунках помечены следующие элементы:

1) люк-лаз внутренней полости;

2) точки крепления уравнительных сосудов (уровнемеров) или датчиков температуры;

3) контроль плотности разъема коллектора по 1-му контуру;

4) контроль плотности разъема по 2-му контуру;

5) уплотняющие фланцы (крышка с уплотнением);

6) патрубки отвода пара;

7) паровой коллектор;

8) устройство раздачи питательной воды;

9) коллектор раздачи аварийной питательной воды;

10) продувка ПГ;

11) погруженный дырчатый лист;

12) теплообменные трубы;

13) «холодный» коллектор;

14) «горячий» коллектор;

15) дренажный патрубок Dy 100;

16) патрубок продувки Dy 80;

17) вход питательной воды;

18) выход теплоносителя;

19) вход теплоносителя.

Опорная конструкция рассчитана на восприятие одновременного действия вертикальной составляющей нагрузки и реактивного усилия, возникающего в аварийной ситуации при поперечном разрыве трубопровода Ду-850 главного циркуляционного контура на вертикальном участке у парогенератора. При аварийной ситуации с разрывом трубопровода Ду-850 на горизонтальном участке реактивное усилие не действует на парогенератор, а полностью воспринимается аварийными опорами трубопроводов.

При нормальном функционировании парогенератора скорость разогрева не более 20 °С/ч. Уровень воды в парогенераторе при разогреве 3700 мм. Снижение уровня до номинального (320+50) мм разрешается после повышения температуры воды в парогенераторе до величины в регламентируемых пределах (100-200 °С) при

наличии кипения в парогенераторе.

При работе парогенератора на номинальной мощности выполняются следующие требования:

Автоматически поддерживается давление пара в парогенераторе (6,27+0,19) МПа;

Влажность пара на выходе из парогенератора не более 0,2 %

Автоматически поддерживается номинальный уровень воды в парогенераторе (320+50) мм;

Обеспечивается контроль за плотностью разъемов по 1 и 2 контуру;

Обеспечивается водно-химический режим.

Для поддержания водно-химического режима обеспечивается непрерывная продувка каждого парогенератора расходом 0,5 % его паровой производительности и периодическая продувка расходом 0,5 % общей паровой производительности не менее 0,5 ч в сутки в стационарном режиме. При переходных режимах эксплуатации

блока продувка парогенератора поддерживается на максимально возможном уровне (не менее 1 %) до достижения нормируемых показателей качества рабочей среды.

При работе на номинальной мощности температура питательной воды парогенератора составляет величину, равную 220° (±5°). Допускается длительная работа при отключенных подогревателей высокого давления (ПВД), когда температура питательной воды равна 164 °С (±4 °С). При изменении нагрузки в диапазоне (30-100)%N ном допускается работа парогенератора при постоянной температуре питательной воды с отклонениями +5 °С в интервале (225 –160 °С). Допускается резкое изменение температуры питательной воды с 220 до 164 °С. Количество циклов за ресурс не более 1000.

При плановом останове парогенератора давление по II контуру и уровень поддерживаются номинальными до момента отключения парогенератора от потребителя. Скорость планового расхолаживания парогенератора не превышает 30 °С/ч. Допускается плановое расхолаживание со скоростью 60 °С/ч (30 циклов за весь период эксплуатации)

Главный вывод из предыдущих абзацев состоит в том, что современный врач владеет множеством высокоэффективных способов лечения кишечных инфекций

Главный критерий общественного прогресса в технократических концепциях

Главный недостаток недискреционной политики в том, что она только помогает сглаживать циклические колебания, но не может их устранять

Использование: в струйной технике. Сущность изобретения: устройство отвода тепла подключено трубопроводами /ТП/ подачи и возврата жидкости соответственно к выходу пароструйного инжектора и его патрубку подвода пассивной среды. Адиабатный испаритель установлен на ТП возврата жидкости. Инжектор пускоразгрузочным ТП подключен к водосборнику. Поплавок размещен в водосборнике и жестко соединен с обратным клапаном /ОК/, установленным на конце пускоразгрузочного ТП. ТП подачи жидкости на выходе инжектора снабжен ОК. Испаритель снабжен ОК и подключен через него к пускоразгрузочному ТП. ТП возврата жидкости на участке между инжектором и испарителем снабжен ОК. ТП подпитки подключен к ТП возврата на участке между инжектором и ОК. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано в технологиях, связанных с подводом и отводом тепла при циркуляции жидкости по замкнутому контуру, например, в системах водяного отопления, пастеризации пищевых продуктов и т.п. Известны аналогичные системы , в которых циркуляция жидкости в контуре осуществляется электронасосами, а отвод и подвод тепла - поверхностными теплообменниками. Недостатками аналогичных систем являются: невозможность использования тепловой энергии источника тепла для создания напора для циркуляции, использование механических устройств для создания циркуляции жидкости в контуре. Известна система , позволяющая использовать в качестве источника энергии для циркуляции жидкости по замкнутому контуру энергию пара, отбираемого от горячей жидкости перед поступлением к теплопотребителю. Недостатком такой системы нагрева и транспортирования жидкости являются: малая эффективность использования для создания циркуляции низкопотенциального пара (при адиабатном вскипании горячей жидкости с температурой 95 о С генерируется пар с давлением ниже атмосферного на 50 кПа). При таких низких давлениях пара и при обычной, например для замкнутых контуров отопления, температуре воды ("холодной"), возвращаемой от потребителя тепла к источнику тепла, около 70 о С, работа пароструйных аппаратов становится неустойчивой. К недостаткам этой системы следует отнести необходимость увеличения расхода горячей жидкости, т.к. до потребителя тепла часть тепловой энергии жидкости будет использована для получения пара, а также невозможность превратить в контуре непосредственно часть тепловой энергии подводимой в поверхностном теплообменнике в механическую энергию движения жидкости. Для запуска этой системы необходим сторонний побудитель циркуляции жидкости. Наиболее близким аналогом является система , в которой энергия пара в паровом инжекторе обеспечивает принудительное движение - циркуляцию жидкости в танке, совмещая нагрев жидкости и создание напора для ее циркуляции. Предусмотренное системой наличие поплавкового регулятора на линии подпитки воды обеспечивает постоянство уровня жидкости в танке. Недостатками прототипа являются: паровой инжектор обеспечивает нагрев жидкости и создает напор для циркуляции жидкости в танке и не обеспечивает циркуляцию нагретой жидкости к потребителю и ее возврат; при высокой температуре жидкости в танке возможна неполная конденсация пара, что обусловит появление дополнительных энергетических потерь; так как нагрев жидкости осуществляется в объеме танка за счет многократной циркуляции жидкости через паровой инжектор, то всегда будет иметь место определенная неравномерность температуры жидкости по объему танка и следовательно температуры жидкости, направляемой к потребителю; для циркуляции нагретой жидкости к потребителю необходимо расположение танка на большей относительно потребителя высоте ("гравитационная" циркуляция предусмотрена в аналоге) либо устанавливать электронасосы; с увеличением производительности системы (расхода нагретой жидкости к потребителю) для сохранения допустимой неравномерности нагрева необходимо увеличивать объем танка; система имеет значительную тепловую инерционность, обусловленную процессами нагрева жидкости в объеме танка. Для ликвидации перечисленных недостатков необходимо: использовать энергию пара одновременно для нагрева жидкости и для транспортирования ее к потребителю и обратно по замкнутому контуру. Это позволит повысить надежность и экономичность работы системы в целом; понизить температуру жидкости, возвращаемой от теплопотребителя перед поступлением на вход пароструйного аппарата, что повысит надежность и устойчивость циркуляции; уменьшить тепловую инерционность системы. Сущность изобретения заключается в том, что подвод тепла и создание напора для циркуляции жидкости к потребителю тепла и обратно осуществляется в пароструйном инжекторе, в котором энергия пара используется одновременно для нагрева жидкости и создания напора для циркуляции в замкнутом контуре. Предлагаемая система содержит трубопровод подпитки, трубопровод подачи активной (паровой) среды, пароструйный инжектор и устройство отвода тепла, подключенное посредством трубопроводов подачи и возврата жидкости соответственно к выходу инжектора и его патрубку подвода пассивной среды, адиабатный испаритель, водосборник, пускоразгрузочный трубопровод с обратным клапаном и поплавком, при этом адиабатный испаритель установлен на трубопроводе возврата жидкости, инжектор посредством пускоразгрузочного трубопровода подключен к водосборнику, поплавок размещен в последнем и жестко соединен с обратным клапаном, установленным на конце пускоразгрузочного трубопровода, трубопровод подачи жидкости на выходе инжектора снабжен обратным клапаном, адиабатный испаритель снабжен обратным клапаном и подключен через последний к пускоразгрузочному трубопроводу, трубопровод возврата жидкости на участке между инжектором и испарителем снабжен обратным клапаном, а трубопровод подпитки подключен к трубопроводу возврата на участке между инжектором и обратным клапаном. Для систем с высокой температурой возвращаемой от потребителя тепла пассивной среды дополнительно система снабжена пароструйным эжектором, установленным на трубопроводе подачи активной среды перед инжектором, при этом патрубок подвода пассивной среды эжектора через обратный клапан подключен к адиабатному испарителю. Устойчивость работы предлагаемой системы обеспечивается понижением температуры жидкости на входе в инжектор, оснащением системы предохранительным клапаном (устройством ограничения давления жидкости в системе циркуляции), а также системой подпитки контура циркуляции, используемой при заполнении замкнутого контура жидкостью, пуске системы и при ограниченной разгерметизации контура. Для повышения надежности пуска замкнутая система циркуляции жидкости оснащается обратными клапанами на выходе нагретой жидкости из пароструйного аппарата, на выходе пара из адиабатного испарителя и между зоной сверхзвукового двухфазного течения в пароструйном аппарате и атмосферой. При этом повышение экономичности пуска системы и устранение возможности подсоса воздуха в контур циркуляции жидкости осуществляется за счет того, что обратный клапан на линии связи зоны сверхзвукового двухфазного потока пароструйного аппарата с атмосферой помещается под уровень жидкости в дополнительную емкость, в которой известными способами автоматически обеспечивается минимально допустимый уровень жидкости. При температурах жидкости на выходе из устройств отвода тепла до 70 о С достаточен отсос пара из адиабатного испарителя в инжектор, при этом будет обеспечиваться поддержание глубокого вакуума в испарителе и, следовательно, достаточного охлаждения жидкости в испарителе. При температурах жидкости на выходе более 70 о С для обеспечения более глубокого охлаждения жидкости отсос паров из испарителя дополнительно осуществляется пароструйным эжектором, установленным на паропроводе перед инжектором. Указанная сущность представлена на чертеже. Система включает трубопровод подачи активной среды (пара) 1, соединенный через вентиль 2 с пароструйным инжектором 3 непосредственно или через пароструйный эжектор 4 с патрубком 5. Выход из пароструйного инжектора 3 соединен трубопроводом подачи нагретой жидкости 6 с устройством отвода тепла 7 и на этом трубопроводе установлен обратный клапан 8. Выход жидкости из устройства 7 соединен трубопроводом возврата 9 с патрубком 10 инжектора 3, образуя таким образом замкнутый контур циркуляции. На трубопроводе возврата 9 после вентиля 11 размещен адиабатный испаритель 12, который трубопроводами с обратными клапанами 13, 14, 15 соединен соответственно с инжектором 3, эжектором 4 и пускоразгрузочным трубопроводом 16, соединяющим патрубок 17 инжектора 3 с водосборником 18 через обратный клапан 19, соединенный с поплавком 20. К трубопроводу возврата 9 между инжектором 3 и обратным клапаном 15 подсоединен трубопровод подпитки 21 системы с вентилем 22. На трубопроводе возврата 9 между устройством отвода тепла 7 и вентилем 11 установлен предохранительный клапан 23. На чертеже условно показаны зона I - зона сверхзвукового течения в эжекторе 4 и зона II - зона сверхзвукового двухфазного течения в инжекторе 3. При относительно невысоких температурах жидкости на выходе из устройства отвода тепла 7 (не выше 70 о С) можно упростить приведенную на чертеже систему, а именно исключить из системы пароструйный эжектор 4 и трубопровод с обратным клапаном 14, соединяющий эжектор с испарителем 12. Система при этом работает следующим образом. Для заполнения обезвоженной системы открывают вентиль 22 и по трубопроводу подпитки 21 вода под давлением через патрубок 10 поступает в пароструйный инжектор 3, оттуда через патрубок 17 по пускоразгрузочному трубопроводу 16 в водосборник 18, при этом всплывающий при повышении уровня поплавок 20 оказывает усилие на открытие обратного клапана 19. При закрытом вентиле 11 открывают вентиль 2 и по трубопроводу подачи активной среды 1 подают пар в пароструйный инжектор 3. Уже при минимальной подаче пара в инжекторе 3 формируется сверхзвуковая газожидкостная зона течения II, в которой в связи с большими скоростями течения создается вакуум. На выходе из зоны II в сверхзвуковом газожидкостном потоке происходит переход в дозвуковое течение жидкости в скачке давления с полной конденсацией пара в потоке, при этом за счет энергии пара происходит нагрев жидкости и создается напор для транспортирования потока дальше, вызывающий открытие обратного клапана 8 и заполнение всей системы до вентиля 11. Так как пускоразгрузочный трубопровод 16 оказывается при этом сообщенным с вакуумированной зоной II инжектора 3, то через принудительно открытый всплывшим при поступлении жидкости в водосборник 18 поплавком 20, обратный клапан 19 жидкость из водосборника 18 отсасывается в систему до тех пор, пока из-за падения уровня воды не прекратится воздействие поплавка 20 на клапан 19. Заполнение системы жидкостью прекратится, когда увеличение давления в системе приводит к открытию настроенного на определенное давление срабатывания предохранительного клапана 23 и жидкость из системы будет отводиться, например, в предназначенную для сбора емкость. Открывая вентиль 22 и закрывая вентиль 11, включают в работу адиабатный испаритель 12, при этом образовавшийся в испарителе пар, как пассивная для создания циркуляции среда, будет отсасываться через обратный клапан 13, трубопровод 16 и патрубок 17 в устройство 3 с последующей конденсацией в скачке давления. Охлажденная за счет адиабатного вскипания жидкость через обратный клапан 15 и трубопровод 9 подается в патрубок 10 инжектора 3. Это понижение температуры жидкости делает возможным сохранение сверхзвукового газожидкостного потока II в зоне II инжектора 3. Степень нагрева жидкости в устройстве и максимально достижимый напор для циркуляции нагретой жидкости зависит от давления пара перед инжектором 3 и регулируется вентилем 2. При наличии неплотности в контуре можно временно вентилем 22 обеспечивать подпитку системы. Роль предохранительного клапана 23 могут выполнить также и часто используемые в системах отопления расширительные баки, располагаемые на достаточной высоте. При высоких (более 70 о С) температурах жидкости в трубопроводе возврата 9 на выходе из устройства отвода тепла 7 возникает необходимость более глубокого охлаждения жидкости, поступающей в патрубок 10 инжектора 3. Это требует более интенсивного вскипания жидкости в испарителе 12 и увеличения количества пара, отводимого из испарителя. В этом случае необходимо дополнительное устройство - пароструйный эжектор 4 для отсосов паров из испарителя 12 и кроме процессов в системе, описанных выше, дополнительно будут происходить следующие процессы. При открытии вентиля 2 и подаче достаточного для работы эжектора 4 пара создается вакуумированная зона сверхзвукового течения пара 1, в которую по трубопроводу через открывающийся за счет вакуума в зоне 1 обратный клапан 14 отсасываются образовавшиеся в испарителе 12 пары, которые при этом являются пассивной средой относительно активной - пара, поступающего через вентиль 2. К инжектору 3 через вентиль 22 подается подпиточная вода с температурой не выше 40 о С и давлением не ниже 50 кПа. Вода поступает по трубопроводу 16 в водосборник 18. При открытии парового вентиля 2 и поднятия давления пара перед инжектором 3 до 100 кПа возникает сверхзвуковая зона II в инжекторе 3 и открывается обратный клапан 8, жидкость из трубопровода подпитки 21 и водосборника 18 поступает в трубопровод подачи 6, заполняя систему. Вентилем 2 увеличивают подачу пара с тем, чтобы увеличить температуру жидкости на выходе из инжектора 3 до значения близкого к номинальному - 95 о С. При давлении пара перед устройством равным 300 кПа будет достигнута эта температура. При этом в зоне I инжектора 4 создается вакуум 90 кПа. После заполнения системы и поднятия в ней давления жидкости перед предохранительным клапаном до 150 кПа, клапан открывается и начинается отвод избытка жидкости из системы. При открытии вентиля 11 жидкость из устройства для отвода тепла 7 поступает в испаритель 12, где осуществляется ее вскипание и температура ее на выходе из испарителя к инжектору 3 снизится с 75 о С до 45 о С, при этом за счет отсоса паров в эжектор 4 и через пускоразгрузочный трубопровод 16 в инжектор 3 будет поддерживаться вакуум в испарителе 90 кПа. После закрытия вентиля 22 положением вентиля 2 поддерживают температуру нагретой жидкости перед устройством отвода тепла 7 равным 95 о С. Предлагаемая система позволяет повысить надежность и экономичность работы системы за счет использования тепловой энергии пара одновременно для нагрева и создания напора для циркуляции жидкости в замкнутом контуре к потребителю тепла и обратно, исключив применение для этих целей механических устройств, металлоемких теплообменников. Повышается надежность и устойчивость циркуляции жидкости в контуре, т.к. с помощью адиабатного испарителя понижается температура жидкости, поступающей в пароструйный инжектор при создании напора циркуляции. Созданы возможности простого и надежного пуска системы без использования специальных для этого устройств (побудителей циркуляции).

Формула изобретения

1. СИСТЕМА НАГРЕВА И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ В ЗАМКНУТОМ КОНТУРЕ ЦИРКУЛЯЦИИ, содержащая трубопровод подпитки, трубопровод подачи активной среды, пароструйный инжектор и устройство отвода тепла, подключенное посредством трубопроводов подачи и возврата жидкости соответственно к выходу инжектора и его патрубку подвода пассивной среды, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена адиабатным испарителем, водосборником и пускоразгрузочным трубопроводом с обратным клапаном и поплавком, при этом адиабатный испаритель установлен на трубопроводе возврата жидкости, инжектор посредством пускоразгрузочного трубопровода подключен к водосборнику, поплавок размещен в последнем и жестко соединен с обратным клапаном, установленным на конце пускоразгрузочного трубопровода, трубопровод подачи жидкости на выходе инжектора снабжен обратным клапаном, адиабатный испаритель снабжен обратным клапаном и подключен через последний к пускоразгрузочному трубопроводу, трубопровод возврата жидкости на участке между инжектором и испарителем снабжен обратным клапаном, а трубопровод подпитки подключен к трубопроводу возврата на участке между инжектором и обратным клапаном. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена пароструйным эжектором, установленным на трубопроводе подачи активной среды перед инжектором, при этом патрубок подвода пассивной среды эжектора через обратный клапан подключен к адиабатному испарителю.