Дозирующими устройствами эжекционного типа называются такие устройства, в которых для подачи рабочего раствора комплексона в поток воды используется часть кинетической энергии потока воды, которая преобразуется в потенциальную энергию перепада давлений между резервуаром с рабочим раствором комплексона и трубопроводом воды.
Физической основой работы дозирующих устройств эжекционного типа является закон сохранения энергии для потока жидкости, который выражается в виде уравнения Бернулли:
,
где ρ — плотность среды в потоке, г/см3; g — ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с2); р 1 и р 2 — давление жидкости в сечениях, соответственно, 1 и 2, кПа; h 1 и h 2 — высота сечений, соответственно, 1 и 2 над условной нулевой отметкой, м; w 1 и w 2 — линейная скорость потока в сечениях, соответственно, 1 и 2, м/с. Сечения 1 и 2 могут быть выбраны произвольно. Следовательно, используя уравнение, можно вычислить параметры среды в любой точке потока.
Принципиальная схема одного из дозирующих устройств эжекционного типа
1 – сетевой или подпиточный насос; 3 – резервуар рабочего раствора; 4 – индикатор расхода рабочего раствора; 2 – эжектор; 5 – загрузочная воронка.
Данное дозирующее устройство устанавливают на линии подпитки или в контуре замкнутой тепловой сети; соответственно, при этом используют существующий блок подпиточных или сетевых насосов. Для подачи рабочего раствора используется часть кинетической энергии, доставляемой потоку воды насосами 1. Для этого организована байпасная линия, включающая эжектор 2.
Эжектор представляет собой канал переменного сечения с трубопроводом для ввода рабочего раствора а.
Эжектор
а – схема; б – эпюра давления р(х) вдоль оси канала переменного сечения;
1 – канал переменного сечения; 2 – трубопровод рабочего раствора;
Рабочий раствор в резервуаре 3 находится под действием перепада давлений Δр между давлением в полном сечении трубопровода воды и давлением в канале эжектора. Под действием этого перепада давлений рабочий раствор поступает в канал эжектора и далее, по байпасной линии, в трубопровод воды. Место рабочего раствора в резервуаре занимает вода из трубопровода. Расход рабочего раствора контролируется по индикатору 4. Для загрузки рабочего раствора в резервуар используют загрузочную воронку 5. Данное дозирующее устройство предоставляет широкие возможности для регулирования величины расхода рабочего раствора. Можно управлять расходом рабочего раствора, изменяя гидравлическое сопротивление клапана, через который рабочий раствор поступает в эжектор. В этом случае принцип управления и алгоритм работы регулятора аналогичны используемым в дозирующих устройствах инжекционного типа динамического действия.
Описанное дозирующее устройство эжекционного типа имеет очевидные преимущества перед рассмотренными ранее дозирующими устройствами инжекционного типа:
— отсутствие деталей, движущихся в процессе работы, и потребления энергии от внешнего источника (в случае, когда используется существующий блок насосов);
— простота, а, следовательно, относительная дешевизна и надёжность конструкции.
Небольшим недостатком дозирующего устройства описанной конструкции является то, что во время дозирования рабочего раствора статическое давление в резервуаре равно статическому давлению в трубопроводе воды. В общем случае, это давление выше атмосферного.
Поэтому загрузка рабочего раствора в резервуар не может производиться одновременно с дозированием. Перед загрузкой рабочего раствора в резервуар последний должен быть обязательно разобщён как с трубопроводом воды, так и с эжектором. Только после того, как давление в резервуаре будет уравнено с атмосферным, а резервуар будет опорожнен с помощью дренажной линии, можно произвести загрузку рабочего раствора в резервуар. Поэтому дозирование рабочего раствора при помощи дозирующего устройства эжекционного типа не может быть непрерывным. Для того чтобы обеспечить непрерывное дозирование, необходимо установить два аналогичных дозирующих устройства. В противном случае неизбежно будет существовать интервал времени заправки. Вообще говоря, эти интервалы относительно кратковременны (10... 20 минут) и в большинстве случаев не оказывают существенного влияния на водно-химический режим теплоэнергетической системы в целом, так как система обладает определённой инерцией. Но при необходимости устранить этот недостаток можно, понизив давление в эжекторе ниже атмосферного. В этом случае нет необходимости в том, чтобы поддерживать давление в резервуаре рабочего раствора равным давлению в трубопроводе воды. Достаточно уравнять давление в резервуаре с атмосферным. При этом рабочий раствор будет поступать из резервуара в эжектор под действием перепада между атмосферным давлением и давлением в эжекторе. Однако при таком режиме работы эжектора его нецелесообразно включать в байпасную линию существующей насосной станции. Это объясняется тем, что при повышении расхода сетевой воды снизится поток воды через байпасную линию, следовательно, повысится давление в эжекторе. Если поток воды через байпасную линию снизится настолько, что давление в минимальном сечении канала эжектора превысит атмосферное. В этом случае вода из байпасной линии через эжектор станет поступать в резервуар рабочего раствора, а затем в помещение теплоэнергетической установки. Это аварийная ситуация.
Для предотвращения этого можно использовать схему дозирующего устройства эжекционного типа с независимым насосным контуром (рис.).
Насос 1 нагнетает воду в эжектор 2. При этом расход воды должен быть принят из условия
чтобы обеспечить рmin < ратм В этом случае рабочий раствор из контейнера 3 через расходомер 4 поступает в эжектор. Загрузочная воронка 5 не должна иметь клапана, так как давление в резервуаре рабочего раствора равно атмосферному и рабочий раствор может быть загружен в резервуар самотёком одновременно с дозированием.
К сожалению, дозирующее устройство эжекционпого типа с независимым насосным контуром имеет все недостатки, свойственные дозирующим устройствам инжекционного типа: отдельный насос, требующий источника энергии и содержащий движущиеся части, а следовательно, высокую стоимость и невысокую надёжность.
Дозирующие устройства эжекционного типа (как с байпасной линией, так и с независимым насосным контуром) получили широкое распространение в теплоэнергетических системах промышленного и жилищно-коммунального назначения.
Однако описанные конструкции дозирующих устройств эжекционного типа имеют серьёзные недостатки, которые, в сущности, и ограничивали до последнего времени повсеместное внедрение комплексонного водно-химического режима. Дело в том, что все рассмотренные выше алгоритмы управления дозированием рабочего раствора достаточно сложны. Для своей реализации они требуют, вообще говоря, системы автоматического управления на основе электронного или иного регулятора.
В теплоэнергетических установках часто используется ручное управление дозированием рабочего раствора. В практике ведения комплексонного водно-химического режима теплоэнергетических установок используют, как правило, один из трёх следующих способов:
1. объёмное дозирование рабочего раствора;
2. дозирование рабочего раствора по среднему расходу воды;
3. импульсное дозирование рабочего раствора.
8.4. Практическое внедрение комплексонного водно-химического режима