IPB Style© Fisana

Перейти к содержимому


Возможна ли балансировка типа "стержень в трубе?"


  • Авторизуйтесь для ответа в теме
Сообщений в теме: 7

#1 Матрос

Матрос

    Активный участник

  • Администраторы
  • 940 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:Поток

Отправлено 19 Декабрь 2007 - 10:46

Интересная статья: И. КОВАЛЕВ (г. Афиким)  www.nkj.ru

http://a-nomalia.narod.ru/st/27.htm

СКОРОСТЬ РОЖДАЕТ ХАОС



При движении по трубе жидкость или газ ведут себя по-разному в зависимости от скорости течения и размеров трубы. При небольшой скорости частицы жидкости движутся параллельно одна другой, и такое течение называется ламинарным. При увеличении скорости в потоке возникают вихри, частицы жидкости начинают двигаться хаотически, в разных направлениях, и на это тратится довольно много энергии - сопротивление потоку возрастает. Такой режим движения называют турбулентным. Закономерности перехода потока жидкости из одного режима в другой исследовал английский физик Осборн Рейнольдс (1842-1912).

Он вывел формулу для числа, получившего его имя, которая, например для течения жидкости по круглой трубе с гладкими стенками, связывает скорость течения v, диаметр трубы d, и такие характеристики жидкости, как плотность ρ и вязкость μ:

Re = ρvd/μ.

Если параметры потока таковы, что число Рейнольдса меньше критического (Re<Reкр), то режим течения остается ламинарным, если же Re>Reкр, то режим - турбулентный. Для упомянутого случая течения жидкости по круглой трубе Reкр = 2300.

Для наглядности рассмотрим явление перехода течения из ламинарного в турбулентный режим на примере из санного спорта.
Спортсмен-саночник мчится по серпантину ледяного желоба, на очередном вираже не справляется с управлением санками и переворачивается.
Дальше его движение становится неуправляемым и хаотичным, поскольку высокая скорость и скользкий желоб не позволяют восстановить прежнее положение.

В ДВУХКАНАЛЬНОЙ ТРУБЕ ВОДА НЕ ШУМИТ

Подобная конструкция натолкнула автора на идею применить изобретение природы для нужд людей. В результате удалось создать покрытие винта вертолета, заметно увеличившее подъемную силу. Это, в частности, объясняется большей, за счет "ребрышек", рабочей площадью винта и улучшением обтекания воздухом аэродинамической поверхности.

Между законами аэродинамики и гидродинамики принципиальной разницы нет, поэтому логично воспользоваться конструкцией чешуек при создании труб для транспортировки жидкостей. Новая труба имеет как бы два канала. По внутреннему цилиндрическому каналу течет основная масса жидкости, а наружный кольцевой канал служит для компенсации давления потока. На поверхности внутренней стенки трубы по всему периметру сделаны продольные ребра высотой 0,5 мм. Между ними выполнены сквозные отверстия, соединяющие цилиндрический и кольцевой каналы. Постоянный размер кольцевого зазора обеспечен тонкими стойками.

Если в потоке зародится вихрь, то некоторые частицы жидкости вблизи стенки начнут двигаться по окружности поперек трубы. Вскоре на их пути окажется одно из ребер, которое погасит вихрь. Кроме того, в турбулентном потоке неизбежно возникают области с разным давлением. Если во внутреннем канале давление выше, чем в кольцевом, то жидкость через отверстия будет просачиваться наружу; если внутри трубы давление ниже, то жидкость из кольцевого канала потечет в цилиндрический.

Испытания двухканальной трубы диаметром 40 мм показали, что сопротивление движению жидкости в ней на 10% меньше, чем в трубе с гладкими стенками.

Можно еще более повысить эффективность трубы, если сделать "ребрышки" не прямолинейными, а спиральными. Спиральные ребра закручивают поток, и на него, как известно из курса гидрогазодинамики, действует центростремительная сила, которая тормозит развитие вихрей в потоке и делает его более устойчивым; она также уменьшает сопротивление течению.

К достоинствам новой конструкции можно отнести и то, что текущая по трубе жидкость не издает звуков. Проблема шума в последнее время приобретает актуальность, особенно в быту. Так, в странах Запада обогрев зданий производят с помощью труб с горячей водой, проложенных "змейкой" под полом. Каждое колено - это место, где возникают вихри, которые и становятся источником шума. Днем он почти не слышен, но ночью подчас не дает заснуть.

Двухканальные трубы можно изготавливать из тонких металлических листов. Вначале на поверхности листа формируют гребешки, пропуская лист между валками, один из которых имеет ребристый профиль. Затем во впадинах делают сквозные отверстия, после чего лист прикрепляют на стойках к другому листу, играющему роль наружной стенки. Всю конструкцию сворачивают и сваривают края.
...............................

По закону Ньютона, касательное трение в вязкой жидкости равняется произведению вязкости на градиент скорости (градиент показывает, с какой скоростью изменяется какая-то величина при перемещении на единицу расстояния). Для продольного обтекания пластины градиент скорости обратно пропорционален корню квадратному из вязкости. Таким образом, касательное трение в этом случае оказывается пропорциональным корню квадратному из вязкости. В то же время для течения в кольцевом зазоре градиент скорости не зависит от вязкости и касательное трение оказывается пропорциональным первой степени вязкости. Если учесть, что динамическая вязкость воды имеет порядок величины 10-6, то касательное трение для пластины и такой же поверхности в кольцевом зазоре будет различаться в тысячу раз.

Примером внешнего течения с малым градиентом скорости может служить движение тороидального вихря вдоль собственной оси симметрии. При расчетах область течения разбивается некоторой сферой на две части: внешнее невязкое течение вне сферы и внутреннее вихревое течение внутри сферы.

На границе раздела касательная скорость обоих течений совпадает, поэтому внешнее течение обладает нулевым сопротивлением. Внутреннее кольцевое течение в силу своей ограниченности имеет сопротивление трения, пропорциональное первой степени вязкости. Именно этим свойством объясняется удивительная способность кольцевого вихря быстро и далеко перемещаться в воздухе. Чтобы использовать поразительные свойства кольцевого вихря в практических целях, необходимо воспроизвести течения в нем на некотором теле.

Любую поверхность, составленную из линий тока, можно рассматривать как поверхность некоторого тела. Внутри кольцевого вихря имеется множество поверхностей, которые можно считать вложенными один в другой торами (на самом же деле это туго свернутая спираль). Размещение внутри вихря тела подходящей формы сохранит внешнее течение с нулевым сопротивлением только в том случае, если мы компенсируем торможение потока, создаваемое поверхностью тела.

#2 Матрос

Матрос

    Активный участник

  • Администраторы
  • 940 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:Поток

Отправлено 18 Февраль 2008 - 02:52

Почему "шайба"
НЕ_шайба.png
для дросселирования разветвлений труб -
только круглое отверстие?



Шайба-дроссель как способ погашения "избыточного давления и распределение расходов."! Или использовать обычный вентиль, открывая его на 1, 2, 2.5 ... оборота.
Шайба по ходу теплоносителя - препятствие для выноса "грязи", а на горизонтальных участках шайба есть место возможного "засора".

Для горизонтальных мест установки вполне можно сделать "более грязе_устойчиво" - вырезать "клин" или "сегмент" отрезать! Почему уже это не шайба-дроссель?
И не только в таком устройте!

В привычном дросселировании обычной шайбой такое не "насверленное" отверстие это то же будет "защита от скопления ГРЯЗИ" перед шайбой, как снижение опасности "скопления грязи" в трубе.

Можно предложить иную идею регулирования потоков жидкости - по типу как есть такие "натекатели".



Если примерно по такому принципу устроить арматуру автоматики вместо по сути обычного вентиля "закрыть-открыть" регулировать потоки введение цилиндрического тела.
Меняя диаметр и длину стержня (сечение и длину кольцевого зазора) ....

меняется сопротивление не «открыть/закрыть» как обычный вентиль, а длиной кольцевого зазора.

Натекатели - есть такой термин!



Любая климатическая система, будь то система отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха, будет исправно работать только в том случае, если будут выдерживаться все расчетные проектом параметры.
Нарушение расчетных параметров может быть вызвано несколькими факторами:
  • отклонениями при монтаже (применение не соответствующих труб или компонентов),
  • неправильной настройкой системы,
  • отклонение от расчетных параметров в течение какого-то времени из-за неправильной эксплуатации.
Последнее происходит, как правило, по двум причинам.
Первое и самое распространенное - это несанкционированное вмешательство в схему системы отопления. Очень часто - это замена радиаторов на другой тип или установка новой за-й арматуры.
Второе – это нарушение работы системы из-за изменения параметров самой системы ввиду изменения внутреннего проходного сечения труб.
Изменение происходит из-за «зашлаковывания» труб солями кальция и магния растворенными в воде. В любом из перечисленных случаев требуется доводка системы до кондиции. Система должна быть сбалансирована при помощи специальных устройств. Устройства называются балансировочными вентилями.

Балансировочные вентили предназначены для уравнивания гидравлического сопротивления на различных участках системы отопления с целью равномерного распределения теплоносителя. Разность гидравлических сопротивлений между различными участками обусловлена разной протяженностью трубопроводных линий.

Сегодня с десяток зарубежных фирм предлагают свою запорно-регулировочную арматуры. Устройство и принцип их работы основан на базе обычного за-го вентиля - числом оборотов «открытия» («настройками») меняется пропускная способность (Kv). Регулировка распределения потоков с целью гидравлической балансировки (увязки) – вручную или исполнительным механизмом. Появились так же изделия с настройками «углового» исполнения для регулирования теплоотдачи отопительных приборов на основе того принципа «вентиль» - для изменения количества, проходящего через прибор тепло-(холодо) носителя.

Все изделия с «за-й» функцией оставим без внимания - они вне сути предлагаемого технического решения.
Регулирующие клапаны (термостаты и вентили) показали свою не эффективность в некоторых проектных ситуациях – накладывают ограничения.

Как правило, корпус клапана соответствует диаметру трубопровода места установки. Это резко сужает диапазон изменения Kv. Это накладывает ограничение на конструкцию, к примеру однотрубных стояков «отопления по этажности» и др. По каталогам фирм «выискивать» вентиль с нужным с настройками Kv, а его нет. Приходится менять схемное решение и подстраиваться с выбором схемы под имеющиеся Kv.

Общаясь с персоналом фирм в поисках выхода из ситуации, анализируя возможные комбинации расстановки регулировочной арматуры в схемах гидравлических систем пришёл к выводу – проблема невозможности в конструкции вентиля сделать ещё больше площадь прохода транспортируемой среды.

Стояки - группа потребителей.

В нижней части стояка (обычно в подвале) расположен узел управления стояком. Для распределения расходов между группами используется обычный клан,вентиль. Его усовершенствовали и назвали "балансировочный вентиль". Здесь те же проблемы и его возможно также заменить или на "самодельное устройство" или на уже разработанное конструктором с идеей "регулирование с помощью кольцевого зазора."

Для регулирования потоков создаётся "местное сопротивление".
Инженерная мысль работала в направлении:
Используется обычный кран/вентиль. Полное открытие - минимальное сопротивление.
Начинаем прикрывать - увеличиваем сопротивление. Закроем - сопротивление становится равным бесконечности.



Заменить (почему бы нет?) такое местное сопротивление кольцевым зазором - в центр потока вводится стержень, вода его обтекает по зазору между трубой и стержнем.
Изменением диаметра стержня и длины кольцевого зазора возможно плавно изменять величину местного сопротивления. Идея с краном/вентилем ограничивает диапазон.

В. Туркин в свое время (СССР) предлагал в Челябинске узлы с шайбами оформлять таким образом Туркин_Узлы_присоединения стояков_СО.jpg

Идея Туркина,однажды была опробована, но вместо шайбы ....был винт. Вворачивать винт - уменьшать расход и повышать температуру возврата теплоносителя из стояка.

При пуске смонтированной «загубленной» системы отопления мне когда-то удалось её «от балансировать» не хитрым устройством, выточенным токарем нашего проектного института.
В заводских условиях не сложно наладить более простое, дешевое регулирующее устройство на подобном же принципе.

1.JPG 2.JPG 3.JPG
int_1.jpg продукт Danfoss Вентили SNV-ST можно преобразовать в такой -> New.JPG

Потребитель.

Отопительный прибор уже привычен с регулирующим теплоотдачу (температуру в помещении) вентилем (термо статическим вентилем). В корпус вентиля вмонтирован датчик температуры окружающего воздуха.
Устройство работает как и обычный кран - покрутил в одну сторону, открывается и в прибор заходит больше теплоносителя, наоборот меньше.
Можно совсем закрыть. На корпусе риски - градусы от 6 до 26 (к примеру).
Придумано ограничение открытия - до какого предела, не полное открытие (по спец. расчёту). Получается кран выполняет три функции:
  • Отключить прибор

  • Ограничить открывание (открыть не более) для регулировочного ограничения максимального расхода с целью гидравлической увязки - создавать нужное дополнительное сопротивление.

  • Обеспечивать по желанию температуру от 6 гр. С и до 26 гр.С (к примеру)
Термостатический вентиль изготовлен на базе обычного крана "закрыть-открыть". Иными словами, обычный кран стали использовать для регулирования температуры в помещении и увязки приборов между собой внутри группы (стояка). Такой использование крана (вентиля) даёт некоторый диапазон регулирования. Его иногда не хватает, а из такой конструкции больше не "выжать".

Решение исходит из, того, что их устройства не совсем совместимы со сложившимися в России схемными решениями (однотрубные системы, к примеру), условиями эксплуатации, работы систем отопления в частности,наладка и обслуживание, подключения систем к сетями серии др. факторов.

Цель - минимум искажения струи - расширение/сжатие/направление!
Избежать лишние затраты/усилия изготовление и последующие потери "энергии" на регулирование: (наличия дросселя, расходомерной шайбы - у регуляторов теплоотдачи отопительных приборов, косого штока..., перегородок для седла и др. у балансировочных, ) т.е. всего того, что у изделий этого класса внутри.

Избавиться от влияния такого по максиму возможного! Не констатировать - избавиться! Получить плавное изменение до нуля. Но не изделием на основе обычного вентиля.

Изменением диаметра стержня (натекателя - "рабочее тело") и длины кольцевого зазора возможно плавно изменять величину местного сопротивления. Идея с краном/вентилем ограничивает диапазон.

Потребитель - Здание.

ВиртуалШайба.gif

Давать бы "тепла" можно было [с таким "устройством"] тогда каждому зданию по текущей потребности.
Сегодня реально есть возможность централизованно, с "пульта управления" балансировать расход и потребления тепла. Накапливать информацию. Дать реальный доступ к анализу накопительных энегозатрат каждым зданием.

И вся "история дома" там же, в памяти компьютера. Можно всегда сравнить эффкитивность реализованных мер по уменьшению расхода энергии на здание. И вновь "анализировать", находить и проверять решения по снижению.

Что б принять решение, как "тепло" максимально можно сэкономить и что утеплить/"за изолировать", заменить трубы или отопительные приборы, пр. элементы.

Возможно и сразу совместить в "устройстве":
  • с тепловым счётчиком отпуска на здание в целом,
  • грязевиком
  • управляемым дистанционно промывочным устройством

В практике часто встречается движение между двумя концентрическими трубами
Неважно потоки "чего делятся и сливаются" - жидкость, газ.


Стабилизированное движение жидкости в кольцевом зазоре

K_zazor.JPG

#3 сибир-як

сибир-як

    Участник

  • Коллеги
  • 13 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:г. Новосибирск

Отправлено 29 Февраль 2008 - 16:09

Прошу несколько уточнений по сути предлагаемого
Любая регулирующая арматура по сути является дросселем переменного сечения.
Чем регулирование кольцевым зазором расширит возможности балансировочника:
  • тем, что позволит делать это плавнее на пределе почти полного закрытия (когда балансировочник начинает издавать «звук»)?
  • тем, что при поднятом стержне мы получаем полное сечение трубы ? (но по моему как раз при вводе стержня в трубу  мы получим скачкообразное уменьшение сечения и попрощаемся с плавностью)

Почему регулировка названа труба в трубе -  скорее стержень в трубе, как я понимаю, поток по внутренней трубе исключается. Чем в этом случае от предлагаемого будет отличаться система, скажем, сплющенного шланга переменной длины и степени сплющивания.

#4 Матрос

Матрос

    Активный участник

  • Администраторы
  • 940 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:Поток

Отправлено 29 Февраль 2008 - 23:02

Оказывается изложено мною не достаточно четко!

...регулировка названа труба в трубе  - такого названия не должно быть.  Поправил.
Токарь нам когда-то выточил что-то типа болта, который вкручивался / выкручивался в зависимости от показания термометра на выходе стояка, потому что менялся расход и, соответственно, существующая поверхность отопительных приборов по разному охлаждала теплоноситель.
По графику ТЭЦ на этот день мы знали её значение и получали ее на выходе из каждого стояка. Теперь стало ясно, что мы проимитировали таким образом работу "балансировочного вентиля".

делать это плавнее  по сравнению с выполненными на основе крана-вентиля.

Да. Балансировочник нельзя ставить в режим "чуть открыть" - "стучать" станет и такие проблемы уже были в жилдомах.
издавать «звук» - такое устройство не будет. В начале как раз привел статью про  движению по "кольцевому зазору", про "шумы" и о возможности регулирующий стержень-натекатель (рабочую часть) покрыть спецпленкой.

скачкообразное уменьшение сечения (при потребности чуть прикрыть) и попрощаемся с плавностью
Значит надо иметь "разновидность" устройств и на стадии проектирования заменить на иное изделие, к примеру с более тонким стержнем. Надо же предусмотреть "не крайние положения", что потом при наладке уменьшать длину зазора или увеличивать. Возможно удастся иметь наладчику "под рукой" сменные стержни по диаметру и по длине "рабочей части"!

#5 сибир-як

сибир-як

    Участник

  • Коллеги
  • 13 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:г. Новосибирск

Отправлено 01 Март 2008 - 10:28

А сплющенный шланг? Соблюсти ламинарность и порядок. Недавно поразили перистальтические насосы - не сталкивались - хотим на перекачку кислых стоков применить.

#6 Матрос

Матрос

    Активный участник

  • Администраторы
  • 940 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:Поток

Отправлено 01 Март 2008 - 18:23

перистальтические насосы - неведомо ничего.

сплющенный шланг   - иногда бы, наверное, удобно таким образом иметь "замыкающий участок". Наладил систему и шланг "затвердел"

#7 Матрос

Матрос

    Активный участник

  • Администраторы
  • 940 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:Поток

Отправлено 13 Март 2008 - 21:36

Явное преимущество регулирования стержнем - нет лишних деталей! - нет "стука"

Регулятор давления при закрывании входит в режим кавитации. не совсем согласен - скорее ситуация "Неверно подобран регулятор перепада."
Диапазон работы (по расходу) подобранного клапана не соответствует условиям потребного при эксплуатации.
Часто бытует желание поставить регулятор "по диаметру трубы".
"Диаметр" трубы - зависит от планируемых потерь в системе, а "рабочий" диапазон клапана - по расходу и по давлению - от "характеристики клапана", присоединительные размеры клапана здесь не "при делах"

Всякая фирма рекомендует - избегать крайних настроек, выбор арматуры на граничных условиях - по расходам и контролируемым перепадам.

"Стук арматуры" в последний момент перед "закрыто" - ещё и показатель её низкого качества, стук от вибрации, вызванной турбулентностью потока (большой перепад давления и малое проходное сечение).

Кавитация (звукосвечение) или "испарение металла в вакуум" - возникает при работе арматуры на очень высоких скоростях в проходном сечении. Иногда для снижения "рабочего" перепада давления на регуляторе ставилась обычная дроссель-шайба. Для арматуры советского периода (типа (935нж... вроде бы) существовала методика расчёта/подбора, исключающая возникновение кавитации.

#8 Матрос

Матрос

    Активный участник

  • Администраторы
  • 940 сообщений
  • Пол:Мужчина
  • Город:Поток

Отправлено 01 Июль 2008 - 22:16

Балансировка систем отопления с примененим изделия с кольцевым зазором.
Кольцевой зазор - можно изменять его длину и толщину.

Если "Гасимый напор определять" через контур каждого отопительного прибора  относительно ""Узла Управления системой, то установкой  регулирующего стержня возможно подобрать длину кольцевого зазора (Настройка как изменнение коэффициента местного сопротивления)

Вместо балансировки системы в два приема - внутри двухтрубного стояка, потом стояки между собой) балансируем потоки от теплового пункта всего здания через каждый от отопительный прибор (потребитель).

Gasim.JPG

Как аналог

ЗАПОРНЫЕ ИГОЛЬЧАТЫЕ ВЕНТИЛИ

DANFOSS - Ильчатые запорные вентили

Вентили SNV-ST




Количество пользователей, читающих эту тему: 1

0 пользователей, 1 гостей, 0 скрытых пользователей