Как работает элеваторный узел в схеме централизованного теплоснабжения

Мы расшифровали все обозначения из данной формулы, за исключением параметра Т1, который обозначает температуру горячей воды на входе в элеватор. Если предположить, что ее температура составляет 150 градусов Цельсия, а температуры подачи и обратки равны 90 и 70 °С соответственно, то искомый диаметр Dc выйдет 8.5 мм при расходе 10 тонн воды в час.

Что такое элеваторный узел отопления

Элеваторный узел представляет собой один из ключевых элементов системы отопления. Его основная задача заключается в снижении температуры теплоносителя до оптимальных значений. Это достигается путем смешивания высокотемпературной среды, поступающей от теплоснабжающей организации, с остывшим теплоносителем, возвращающимся из отопительной сети. Такой процесс обеспечивает стабильную и комфортную температуру в системе отопления жилого здания.

Общие принципы работы тепловых сетей

Назначение и функции узла

Особенности конструкции элеватора

Дополнительные элементы элеваторного узла

Преимущества и недостатки использования элеваторных узлов

Расчет элеваторного узла

Продукция компании Сукремльстройдеталь

Общие принципы работы теплосети

Для понимания работы системы отопления важно рассмотреть основные принципы ее функционирования. Нагрев теплоносителя происходит в котельных и на теплоснабжающих станциях с использованием угля, газа, нефтепродуктов и других источников энергии. После этого горячая вода подается по трубопроводам к конечным потребителям. При этом система трубопроводов может быть весьма протяженной и разветвленной. Для минимизации теплопотерь в системе применяются системы качественной теплоизоляции и строгая поддержка проверенных температурных режимов, таких как 150/70 ˚C, где 150° – это температура подачи воды в точки потребления, а 70° – температура в обратной линии. Возможно наличие нескольких температурных режимов, которые подбираются в зависимости от климатических условий региона и температурных показателей воздуха в зимний период. От подающих и возвратных трубопроводов идут магистрали к каждой точке потребления. Тем не менее, напрямую подавать теплоноситель к приборам отопления недопустимо.

Факт. Согласно строительным нормам и правилам (СНиП), температура теплоносителя в жилых зданиях не должна превышать 95 ˚C, в то время как в трубопроводах теплоснабжающих станций этот показатель может варьироваться от 105 до 150 ˚C.

Назначение и функции узла

Вода в централизованных системах отопления достигает температуры 150 °C и перемещается по наружным магистралям под давлением в пределах от 6 до 10 Бар. Важно поддерживать такие высокие параметры теплоносителя по нескольким причинам:

1. Для того чтобы котлы или другое теплообеспечивающее оборудование работали с максимальной эффективностью (КПД).
2. Для подачи нагретой воды в удаленные районы, где насосы системы отопления должны создавать достаточно высокого давления. В этом случае на тепловых вводах рядом расположенных зданий давление достигает 10 Бар (опрессовка проводится при давлении 12 Бар).
3. Транспортировка перегретой горячей воды также является экономически выгодной. Одна тонна воды, нагретая до 150 °C, содержит значительно больше тепловой энергии по сравнению с аналогичным объемом, нагретым до 90 °C.

Справка. Теплоноситель в трубопроводах остается в жидком состоянии и не превращается в пар, так как находится под давлением, которое удерживает воду в жидком агрегатном состоянии.

Согласно действующим нормативам, температура теплоносителя, подаваемого в систему водяного отопления жилых и административных зданий, не должна превышать 95 °C. И давление в 8–10 атмосфер является слишком высоким для внутридомовых теплосетей. Следовательно, указанные параметры должны быть скорректированы в сторону уменьшения.

Элеватор — это устройство, не требующее подведения внешнего источника энергии, которое снижает давление и температуру поступающего теплоносителя путем смешивания его с охлажденной водой, возвращающейся из системы отопления. В представленном на фотографии элементе показан этот узел, который устанавливается между подающим и обратным трубопроводом.

Кроме того, третья функция элеватора заключается в обеспечении циркуляции воды в домашнем контуре (обычно однотрубной системе). Поэтому этот элемент интересен тем, что несмотря на свою очевидную простоту, он объединяет три устройства: регулятор давления, смесительный узел и водоструйный циркуляционный насос.

Принцип работы элеватора

Конструкция устройства напоминает большой тройник, выполненный из металлических труб, на концах которых находятся соединительные фланцы. Для понимания того, как работает элеватор, разберем его внутреннее устройство:

• Левый патрубок (описан на чертеже) представляет собой сужающееся сопло, диаметр которого был заранее рассчитан;
• За соплом находится смесительная камера цилиндрической формы;
• Нижний патрубок предназначен для подключения обратной магистрали к смешивающей камере;
• Правый патрубок — это расширяющийся диффузор, который направляет теплоноситель в систему отопления многоэтажного дома.

Примечание. В стандартной конструкции элеватор не требует подключения к электросети здания. Обновленная версия устройства, оснащенная регулируемым соплом и электроприводом, может быть подключена к внешнему источнику питания.

Стальной элеваторный узел соединяется левым патрубком с магистралью подающей тепла от централизованной тепловой сети, нижним – с обратным трубопроводом. С обеих сторон элемента устанавливаются запорные задвижки, а также сетчатый фильтр – отстойник (или грязевик) на подаче. Традиционная схема теплового пункта с элеватором также включает в себя манометры и термометры (на обеих линиях) и приборы учета потребленной энергии.

Теперь давайте рассмотрим, как работает система элеваторного узла:

1. Перегретая вода из системы теплоснабжения проходит через левый патрубок к соплу.
2. При прохождении сквозь узкое сечение сопла под высоким давлением поток ускоряется. Это явление объясняется законом Бернулли, что приводит в действие эффект водоструйного насоса, который обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе.
3. В смесительной камере давление воды снижается до нормального уровня.
4. Струя, движущаяся с высокой скоростью, достигает диффузора, создавая разрежение в камере смешивания. Возникает явление эжекции – поток жидкости с высоким давлением увлекает теплоноситель, возвращающийся из отопительной сети.
5. В камере элеватора происходит смешивание охлажденной и перегретой воды, и на выходе из диффузора мы получаем теплоноситель с нужной температурой (до 95 °C).

Уточнение. Следует отметить, что элеваторный узел также использует в своей работе принцип инжекции – он смешивает две струи с одновременной передачей энергии. При этом давление результирующего потока становится меньшим, чем у исходного потока, но больше у воды, подсасываемой из обратного трубопровода. Процесс наглядно отображен в видео:

Основное условие правильного функционирования элеватора заключается в создании достаточного перепада давлений между подающей и обратной линией. Указанный перепад должен быть достаточным для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление отопительной системы и самого инжектора. Важно: вертикальная перемычка врезается в обратку под углом 45° для оптимального разделения потоков.

Как заказать и купить тепловой узел?

Если вы хотите приобрести тепловой элеваторный узел, необходимо сначала определиться с типовой моделью, которая подбирается на основе их производительности и присоединительного диаметра трубы, а также может быть указана в проекте отопительной системы. После выбора модели следует направить запрос в отдел продаж по контактным данным, указанным на странице КОНТАКТЫ.

Кроме того, вы также можете использовать специальную форму для заказа — ОТПРАВИТЬ ЗАЯВКУ на сайте. Очень важно, чтобы к запросу были прикреплены реквизиты вашей организации — это ускорит процесс обработки заявки.

Доставка готовой продукции осуществляется через транспортные компании во все регионы Российской Федерации. Также возможно осуществление доставки в страны ЕАЭС (Евразийского экономического союза) – Армению, Беларусь, Казахстан и Кыргызстан. Стоимость транспортных расходов рассчитывается отдельно и оплачивается дополнительно.

Как функционирует элеватор?

Если говорить об этом простыми словами, то элеватор в системе отопления — это водяной насос, который не требует подключения к внешнему источнику энергии. Благодаря этому, а также простоте конструкции и низкой стоимости, этот элемент стал стандартом и широко используется во многих тепловых пунктах, построенных во времена Советского Союза. Тем не менее, для его надежной работы необходимы определенные условия, о которых будет сказано позже.

Чтобы понять устройство элеватора в системе отопления, следует изучить схему, представленную выше. Агрегат по своему дизайну напоминает обычный тройник и устанавливается в подающем трубопроводе. Свой боковой отвод элеватор соединяется с обратным трубопроводом. Если бы вода проходила через обычный тройник, она бы направлялась сразу в обратный трубопровод, не снижая температуры, что противоречит правилам эксплуатации.

Стандартный элеватор состоит из подающей трубы (предкамеры) со встроенным соплом подходящего диаметра и смесительной камеры, куда подводится остывший теплоноситель из обратной линии. На выходе из узла патрубок расширяется, формируя диффузор. Агрегат функционирует следующим образом:

• теплоноситель из системы, имеющий высокую температуру, поступает в сопло;
• при прохождении через сопло с малым сечением скорость потока увеличивается, что создает зону разрежения за соплом;
• это разрежение приводит к подсасыванию воды из обратного трубопровода;
• потоки смешиваются в камере и выходят в систему отопления через диффузор.

Как проходит описанный процесс, можно наглядно увидеть на схеме элеваторного узла, где все потоки обозначены различными цветами:

Непременное условие надежной работы узла — это создание перепада давления между подающей и обратной магистралью. Этот перепад должен превышать гидравлическое сопротивление отопительной системы.

При всем простом и эффективном устройстве, данный смесительный узел имеет один заметный недостаток. Принцип работы элеватора не позволяет осуществлять регулировку температуры смеси на выходе. Для этого требуется изменять количество перегретого теплоносителя из сети и объем воды, подсасываемой из обратной линии. Например, для понижения температуры, нужно сократить поток на подаче и увеличить поступление через перемычку, что можно реализовать только путем уменьшения диаметра сопла, что, к сожалению, невозможно.

Проблему регулирования температуры смеси может помочь решить применение элеваторов с электроприводом. В них, с помощью механического привода, который управляется электродвигателем, возможно изменять диаметр сопла. Это достигается за счет дроссельной иглы конусной формы, которая помещается внутрь сопла на определенное расстояние. На следующей схеме видно элеватор отопления, оснащенный системой управления температурой смеси:

1 – сопло; 2 – дроссельная игла; 3 – корпус исполнительного механизма с направляющими; 4 – вал с зубчатым приводом.

Расчет элеватора отопления

Следует отметить, что расчет водоструйного насоса, коим является элеватор, является довольно сложной задачей, однако мы постараемся изложить его в доступной форме. Итак, для выбора агрегата нам необходимы две главные характеристики элеваторов – внутренний размер смесительной камеры и диаметр сопла. Размер камеры определяется по следующей формуле:

• dr – искомый диаметр в сантиметрах;
• Gпр – приведенное количество смешанной воды, т/ч.

Приведенный расход рассчитывается следующим образом:

• τсм – температура смеси, которая идет на отопление, °С;
• τ20 – температура охлажденного теплоносителя в обратном трубопроводе, °С;
• h2 – сопротивление отопительной системы, м. вод. ст.;
• Q – потребный расход тепла, ккал/ч.

Чтобы выбрать элеваторный узел системы отопления по размеру сопла, необходимо вычислить его согласно формуле:

• dr – диаметр смесительной камеры, см;
• Gпр – приведенный расход смешанной воды, т/ч;
• u – безразмерный коэффициент инжекции (смешивания).

Первые два параметра уже известны, так что остается только найти значение коэффициента смешивания:

• τ1 – температура перегретого теплоносителя на входе в элеватор;
• τсм, τ20 – те же значения, которые перечислены выше.

Примечание. Для расчета сопла следует использовать коэффициент u, равный 1.15u’.

Исходя из полученных данных, осуществляется выбор агрегата по двум основным характеристикам. Стандартные размеры элеваторов обозначаются номерами от 1 до 7, при этом нужно принять наиболее близкий к расчетным параметрам.

Статья по теме:  Почему газовая колонка плохо греет воду причины и распространенные поломки

Расчет элеваторного узла

Для проведения расчета элеваторного узла сначала необходимо вычислить диаметр камеры смешивания и подобрать соответствующий номер элеватора. Далее следует рассчитать диаметр рабочего сопла.

Для расчетов можно воспользоваться следующими формулами:

Теперь расчет сечения инжекционной камеры проводится в сантиметрах. Для определения этого значения необходимо знать расход нагретого теплоносителя в сети с учетом гидравлического сопротивления.

Это значение можно найти, используя приведенную в таблице формулу, где:

• Q – объем тепловой энергии, измеряемый в ккал/ч, требуемый для обогрева всего сооружения;
• Tсм – температура теплоносителя на выходе из элеваторного узла;
• T2о – температура обратного теплоносителя;
• h – гидравлическое сопротивление жидкостей, измеряемое в метрах (это количество учитывается на всем контуре, в том числе и радиаторах).

Отдельной формулой рассчитывается диаметр узкой части сопла. Для этого требуются размеры инжекторной камеры в сантиметрах и коэффициент смешивания. Также отдельная формула вычисляет коэффициент инжекции. Для расчета необходимо учитывать температуру теплоносителя на входе в подающий патрубок.

Когда мы получим значение давления на трубопроводе, который идет от централизованного источника теплооснабжения, можно будет вычислить диаметр сопла. Для этого необходимые параметры системы нужно перевести в сантиметры.

После выполнения расчетов мы получим все необходимые данные, на основе которых можно выбрать подходящую модель элеваторного узла и установить условия для его правильной работы. Другими словами, мы сможем определить необходимую производительность системы, зная объем циркулирующего теплоносителя, который проходит через элеватор за определенный временной промежуток, а также минимальный уровень напора жидкости. Основные параметры при выборе соответствующей модели устройства включают в себя сечение горловины камеры смешивания и размеры сопла элеватора.

Важно! Диаметр сопла следует округлять в меньшую сторону до сотых долей миллиметра. Однако минимальный допустимый диаметр не может быть меньше трех миллиметров, так как в противном случае сопло быстро засорится.

Распространенные поломки и методы их устранения

Несмотря на свою простоту конструкции, элеватор может выйти из строя. Поломки могут возникать по различным причинам, однако основными факторами являются загрязнения, выход из строя арматуры и регуляторов, сбившиеся настройки, неправильный диаметр сопла или засоры грязевиков.

В зависимости от типа поломки существуют различные методы ремонта элеватора:

1. Если неисправность обусловлена засорением сопла, его необходимо снять и очистить.
2. Если диаметр сопла снизился из-за коррозии или размывания водой, деталь следует заменить на новую. При этом важно точно подобрать диаметр нового сопла, иначе это приведет к разбалансировке системы и вызовет сильный перегрев радиаторов отопления на первом этаже на фоне низкой теплоотдачи приборов на верхних этажах.
3. При засорении грязевиков можно заподозрить проблему по увеличенной разнице давления между подающим и обратным трубопроводом. Для контроля давления до и после фильтров используются манометры. Для устранения засора, необходимо открыть спускной кран на самом грязевике, который располагается в нижней части устройства. Если эти действия не приведут к успеху, нужно разобрать грязевик и очистить его составные элементы по отдельности.

О поломках элеваторного узла можно судить по значительному перепаду температуры между трубопроводом до элемента и после него. Если разница температур не превышает 5 °C, это указывает на засорение устройства или изменение сечения сопла. Если разница превышает 5 °C, требуется провести диагностику узла для выявления неисправной детали и ее замены. Для ремонта, диагностики или полной замены элеватора целесообразно привлечь мастера, обладающего необходимыми инструментами и опытом работы в этой области.