Дросселирование: шайбы, сопла и элеваторы

Кратко. Наладка сети — гашение избыточного располагаемого напора у потребителей дроссельными шайбами и подбор сопел элеваторов, чтобы каждый получил расчётный расход. Один ввод считает калькулятор дросселирования, всех реальных потребителей фрагмента — плановый расчёт с отметкой «Расчёт дроссельных органов и запись сопротивлений». Массовый подбор в вебе выполняет движок heatnet по тем же правилам, что десктоп.

Зачем это

Вода идёт туда, где меньше сопротивление. Ближние к источнику дома с большим располагаемым напором забирают лишнее, дальние недополучают — сеть «разрегулирована». Шайба на вводе ближнего дома гасит лишний напор, и его расход падает до расчётного. Элеватор подмешивает обратную воду к подающей; его сопло подбирают так, чтобы через ввод прошёл ровно расчётный расход сетевой воды.

Основные формулы

G — расход, т/ч; напоры — м вод. ст.

шайба:       d = 10 · (G² / Hгас)^¼              мм     обратно: Hгас = 10⁴ · G² / d⁴
сопло:       dс = 9,6 · (G² / H)^¼               мм     при сопле dс: H = 8493,47 · G² / dс⁴   (9,6⁴ = 8493,47)
горловина:   dг = 8,5 · √(G · (1 + u) / √hс)     мм     hс — потери в системе отопления
смешение:    u = (t1 − t3) / (t3 − t2)
напор для элеватора:  Hтреб = 1,4 · hс · (1 + u)²
расход:      G = Q · 1000 / (t1 − t2);   по давлениям ΔH = (P1 − P2) · 10

Номер элеватора — по горловине: до 15 мм № 1, до 20 № 2, до 25 № 3, до 30 № 4, до 35 № 5, до 47 № 6, до 59 № 7; больше 59 мм — «элеваторное смешение должно быть заменено на насосное». Массовый расчёт при горловине до 10 мм пишет № 0, калькулятор на вкладке «Сопло и элеватор» — № 1 (стандартного № 0 нет).

Пример (значения при открытии калькулятора). P1 = 6, P2 = 4 атм, Qот = 0,8 Гкал/ч, 130/70/95 °C, hс = 1,5 м:

u = (130 − 95)/(95 − 70) = 1,4;   G = 0,8 · 1000/60 = 13,33 т/ч;   ΔH = 20 м
dс = 9,6 · (13,33² / 20)^¼ = 16,6 мм;   dг = 8,5 · √(13,33 · 2,4 / √1,5) = 43,4 мм  → № 6
Hтреб = 1,4 · 1,5 · 2,4² = 12,1 м < 20 м — смешение обеспечено; 20 < 2 · 12,1 — шума не будет

Калькулятор: схемы установки шайбы

Перед шайбой стоит располагаемый напор ΔH, за ней должен остаться напор на систему:

Схема	Гасимый напор
Безэлеваторный ввод, вентиляция, перед водоводяным подогревателем, циркуляция ГВС	ΔH − 5 м
Перед насосами смешения	ΔH − 2 м
Перед соплом элеватора (ставят при гасимом напоре больше 35 м)	ΔH
Сопло элеватора (коэффициент 9,6)	ΔH

Калькулятор не даёт диаметр меньше 3 мм и округляет «рекомендуемый стандартный» до 0,5 мм. Пример: безэлеваторный ввод, ΔH = 20 м, G = 12,5 т/ч → гасится 15 м, d = 10 · (156,25/15)^¼ = 18,0 мм. Бланк Excel считает все семь устройств ввода сразу; расход ГВС на нём — по среднечасовой нагрузке Qmax / 2,4 и перепаду 60 °C.

Массовый расчёт в heatnet

После гидравлики планового расчёта движок (heatnet/output/dross.py, подбор — dross_sizing.py) для каждого реального потребителя с расходом берёт напоры на вводе из результатов: ΔH = Hп − Hо. Потребитель пропускается без сообщения, если у него нет нагрузки, нет номера схемы или ΔH < 0. Расчёт не выполняется с сообщением в протоколе, если заданы обе нагрузки отопления (зависимая и независимая), несколько видов ГВС сразу, нет потерь hс при нагрузке отопления, нет u у элеваторной схемы, у ступеней 4–5 нет ГВС или циркуляции.

Подпорная диафрагма. Если у зависимой схемы обратка ниже Hзд + 5 м, на обратку ставится шайба на Hзд + 5 − Hо, дальше считается Hо = Hзд + 5. Если Hзд + 5 > 60 м, подпор невозможен — расчёт потребителя останавливается. Напор в обратке выше 60 м (зависимая) или 100 м (независимая) — предупреждение о прочности приборов.

Ступень дросселирования (поле карточки, a13): 1 и 6 — одна ступень, у каждой системы своя шайба; 2 — общая головная диафрагма на вводе гасит часть избытка (если не меньше 3 м); 3 — открытая ГВС с элеватором; 4 и 5 — диафрагмы четырёхтрубной ГВС. На ступени 6 при напоре на сопло больше 40 м половину гасит диафрагма перед соплом.

Минимальные диаметры берутся из карточки потребителя: сопла (a14) и шайб (a15). Если сопло получается меньше минимального, ставится минимальное, оно гасит 8493,47 · G²/dс⁴, остальное — диафрагма перед соплом. Если шайба меньше минимальной — цепочка шайб dmin, каждая гасит 10⁴ · G²/dmin⁴, их число min(⌊Hгас/h1⌋, 3), остаток выводится. Пустой минимум в карточке — ограничения нет. Доля уличного фасада в массовом расчёте не читается: все шайбы отопления считаются на один фасад; разделение по фасадам — только в калькуляторе.

Пример (ступень 6). ΔH = 41,24 м, расход на отопление 2,29 т/ч, u = 1,466, hс = 1,5 м:

Hтреб = 1,4 · 1,5 · 2,466² = 12,77 м;   41,24 > 40 → диафрагма перед соплом гасит 20,62 м
диафрагма: 10 · (2,29² / 20,62)^¼ = 7,1 мм;   сопло на 20,62 м: 9,6 · (2,29² / 20,62)^¼ = 6,82 мм
горловина: 8,5 · √(2,29 · 2,466 / √1,5) = 18,3 мм → № 2

Результат — строки dr_out и диаметры в карточках потребителей (сопло, номер элеватора, шайбы), кроме потребителей с запретом записи расчётного диаметра. Проверка наладки — аварийный (фактический) расчёт с этими сопротивлениями: расходы потребителей должны выйти близко к расчётным. Отчёт «Дроссельные органы потребителей» выгружает подбор в Excel.

Отличия от десктопа. Формулы и ступени — как в sety десктопа. В профиле fixed: фактический расчёт копирует строки dr_out прошлого расчёта, а не забирает их у него; типы потребителей сравниваются точно; ошибка в данных одного потребителя не прерывает расчёт фрагмента (Расчётный движок).

Как сделать в ТГИД

• Вкладки калькулятора, «По напорам узла», бланк Excel — Калькулятор дросселирования.
• Отметка «Расчёт дроссельных органов и запись сопротивлений» — Расчёт режима.
• Сопла и номера в журнале — Элеваторы; сетевые шайбы — Диафрагмы; выгрузка — Отчёты Excel.

Задания

1. Шайба безэлеваторного ввода

P1 = 6,3 атм, P2 = 3,5 атм, G = 15 т/ч. Найдите диаметр шайбы.

Ответ

ΔH = (6,3 − 3,5) · 10 = 28 м; Hгас = 28 − 5 = 23 м; d = 10 · (15²/23)^¼ = 17,7 мм — стандартный 17,5 мм.

2. Элеватор

Qот = 0,6 Гкал/ч, график 150/70, t3 = 95 °C, P1 = 7, P2 = 5 атм, hс = 1,5 м. Найдите u, G, сопло, горловину, номер элеватора и проверьте напор.

Ответ

u = (150 − 95)/(95 − 70) = 2,2; G = 0,6 · 1000/80 = 7,5 т/ч; ΔH = 20 м; dс = 9,6 · (7,5²/20)^¼ = 12,4 мм; dг = 8,5 · √(7,5 · 3,2/√1,5) = 37,6 мм — № 6; Hтреб = 1,4 · 1,5 · 3,2² = 21,5 м > 20 м — «элеватор не обеспечит смешение». Нужен больший напор на вводе или насос смешения.

3. Минимальное сопло

Расход на отопление 1 т/ч, напор на сопло 30 м, минимальное сопло 5 мм, минимальная шайба 3 мм, u = 1,4, hс = 1,5 м. Что подберёт «По напорам узла»?

Ответ

Расчётное сопло 9,6 · (1/30)^¼ = 4,1 мм < 5 → сопло 5 мм, оно гасит 8493,47 · 1/5⁴ = 13,6 м. Избыток 30 − 13,6 = 16,4 м гасит диафрагма перед соплом 10 · (1/16,4)^¼ = 4,97 мм (больше 3 мм — одна шайба). Горловина 11,9 мм — элеватор № 1. 30 > 2 · 12,1 — предупреждение о шуме и вибрации.

4. Цепочка шайб

Расход в циркуляционной линии ГВС 0,3 т/ч, напор у приборов 60 м, потери в циркуляции 3 м, напор в обратке 27 м, минимальная шайба 3 мм.

Ответ

Hгас = 60 − 3 − 27 = 30 м; расчётный диаметр 10 · (0,09/30)^¼ = 2,34 мм < 3. Одна шайба 3 мм гасит 10⁴ · 0,09/81 = 11,1 м, их ⌊30/11,1⌋ = 2, остаток 30 − 22,2 = 7,8 м. Сообщение: на практике ставят не больше одного дросселя 3 мм.