Hydrauliczna separacja

Hydrauliczna
separacja
Urządzenia do hydraulicznego
rozdziału cieplika
Dipl.-Ing. Dariusz Mukomilow
Prezes Sinus Polska Sp. z o.o.
Kierownik ds. konstrukcyjnych Sinusverteiler GmbH
Hydrauliczna separacja
Wprowadzenie:
Systemy grzewcze, w których woda stanowi medium,
używane są na całym świecie.
Mimo, iż na przestrzeni lat wiele się zmieniło w tym
temacie, podejście wielu ekspertów pozostało
niezmienione.
Celem tej prezentacji jest przedstawienie
technologii z zastosowaniem sprzęgła hydraulicznego
w wodnych systemach grzewczych.
Hydrauliczna separacja
Wodne systemy grzewcze:
Wodne systemy grzewcze posiadają zdolność, umożliwiającą pracę
kilku, niezależnie kontrolowanych stref
(np. wewnątrz jednego budynku).
W systemach tradycyjnych o zwykłym ułożeniu
orurowania, stosuje się źródło ciepła o małym oporze
przepływu (np. kocioł żeliwny).
Dzięki temu w systemie występują niewielkie opory,
umożliwiając zarazem relatywnie wysokie wielkości
przepływów, przy minimalnych interferencjach pomiędzy
obiegami dystrybucyjnymi.
Krótko mówiąc hydrauliczne charakterystyki tych
systemów rzadko stwarzają komplikacje.
Hydrauliczna separacja
Nowoczesne wodne systemy grzewcze:
W dzisiejszych czasach w wodnych systemach grzewczych jako
źródło ciepła stosuje się kotły naścienne. Niestety, kotły tego typu
posiadają dużo większe opory przepływu w porównaniu do kotłów
żeliwnych.
Na przykład w przypadku zastąpienia kotła żeliwnego kotłem
naściennym mogą wystąpić pewnego typu komplikacje spowodowane
mocno zróżnicowanymi wielkościami przepływu.
Rozwiązaniem tego problemu może być hydrauliczna
separacja. Krótko mówiąc, jest to zapobiegnięcie
interferencj jednego obiegu na drugi
(np. w przypadku dwóch obiegów dystrybucji).
Takie rozwiązanie nie tylko upraszcza analizę systemu,
ale także zapobiega licznym komplikacjom.
Hydrauliczna separacja
Nowoczesne wodne systemy grzewcze:
W prostej postaci takim rozwiązaniem może być
system z obiegami pierwotnym/wtórnymi, których
orurowanie zawiera umieszczone blisko siebie dwa
trójniki. Takiego typu zastosowania występują głównie
poza terenami Europy.
Z powodu małej odległości dzielącej dwa trójniki, spadek
ciśnienia między nimi jest bliski zeru. Ponieważ nie
występuje różnica ciśnień pomiędzy trójnikami, nie
zachodzi tendencja pojawienia się przepływu w obiegu
wtórnym. Z tego powodu można powiedzieć, że obieg
wtórny jest “hydraulicznie odseparowany” od obiegu
pierwotnego.
Hydrauliczna separacja
Nowoczesne wodne systemy grzewcze:
Pomimo, iż pomiędzy obiegami występuje hydrauliczna
separacja, niestety występuje także efekt niepożądany,
jakim jest spadek temperatury medium grzewczego, w
przypadku jednoczesnej pracy dwóch, lub większej ilości,
obiegów dystrybucji.
Oczywiście istnieją sytuacje, w których taki
spadek temperatury nie stanowi problemu,
jednakże z całą pewnością komplikuje to
projektantom planowanie instalacji.
Hydrauliczna separacja
Zapobieganie spadkowi temperatury:
Jednym ze sposobów zapobiegnięcia spadkowi temperatury jest
zastosowanie systemu z równoległymi obiegami
pierwotnym/wtórnymi.
W systemie takiego typu obieg pierwotny podzielony jest na dwie
lub więcej tak zwanych “pomostów łączących”.
Na każdy taki pomost przypada para blisko ułożonych trójników,
umożliwiających hydrauliczną separację.
Przy założeniu, że straty cieplne na orurowaniu są pomijalne,
system z równoległymi obiegami pierwotnym/wtórnymi
zapewnia jednakową temperaturę czynnika grzewczego w
każdym z obiegów wtórnych (niezależnie od ilości
jednocześnie pracujących obiegów).
Ta metoda posiada jedną znaczącą wadę, jaką jest
skomplikowane i kosztowne orurowanie.
Hydrauliczna separacja
System z równoległymi obiegami
wtórnym/pierwotnym:
obieg wtórny
umiejscowione
blisko siebie
trójniki
równoległy obieg
pierwotny
Hydrauliczna separacja
Zapobieganie spadkowi temperatury:
Każdy z pomostów wyposażony jest w zawór regulujący przepływ.
W przypadku braku takowych zaworów, lub ich złej regulacji, mogą
wystąpić komplikacje, takie jak deficyt przepływu czynnika
grzewczego w pomostach ulokowanych dalej od obiegu
pierwotnego.
Dodatkowo należy wspomnieć, że wszystkie wcześniej
omówione systemy wymagają dodatkowej pompy
cyrkulacyjnej obiegu pierwotnego.
Podnosi to koszty instalacji całego systemu, jak również
koszty eksploatacji przez całą jego żywotność.
Hydrauliczna separacja
Sprzęgło hydrauliczne:
A gdyby tak istniał sposób osiągnięcia zalet hydraulicznej
separacji bez spadków temperatur, a także bez kosztów
związanych z dodatkową pompą cyrkulacyjną i regulacji
równoległego systemu obiegów pierwotnego/wtórnych?
Istnieje prosta odpowiedź na to pytanie:
zastosowanie sprzęgła hydraulicznego.
Hydrauliczna separacja
Sprzęgło hydrauliczne:
sprzęgło hydrauliczne
obieg grzewczy
obieg dystrybucji
Hydrauliczna separacja
Czym jest sprzęgło
hydrauliczne?
Jest to urządzenie łączące zasilanie
(obieg pierwotny) i powrót (system
dystrybucji ) przewodem, którego
przekrój jest od 2 do 3 większy niż
średnice przewodów zasilania i powrotu.
W jego górnej i dolnej części znajdują
się króćce do podłączenia zasilania i
powrotu.
Duży przekrój tego połączenia
zapewnia sporo większe przepływy w
jego wnętrzu.
Z tego powodu następuje hydrauliczne
odsprzęglanie dwóch oddzielnych obwodów.
Hydrauliczna separacja
Jak to działa?
Na następnych trzech slajdach
przedstawiono zasadę działania
sprzęgła hydraulicznego.
Hydrauliczna separacja
Pierwszy przypadek:
Objętość medium płynącego po
stronie pierwotnej (VI) jest
równa objętości medium
płynącego po stronie wtórnej
(VO ).
Temperatury są także takie
same zatem ilość dostarczonego
ciepła (QI) jest równa ilości
ciepła odebranego (QO).
T1
T3
VI
T2
•
•
•
•
VI = VO
T1 = T3
T2 =T4
QI = QO
VO
T4
Hydrauliczna separacja
Drugi przypadek:
Może wystąpić gdy objętość
medium płynąca po stronie
pierwotnej (VI) jest większa od
objętości medium płynącego po
stronie wtórnej (VO ).
(np. gdy pompy po stronie
odbioru zostaną wyłączone). Z
tego powodu część strumienia
medium powraca do strony
pierwotnej z temperaturą T2,
daje to sygnał do automatyki
kotłowej do zmniejszenia mocy
lub wyłączenia kotła.
•
•
•
•
V I > VO
T1 > T3
T2 >T4
QI > QO
T1
T3
VI
T2
VO
T4
Hydrauliczna separacja
Trzeci przypadek:
Może wystąpić gdy objętość
medium płynącego po stronie
pierwotnej (Vi) jest niższa niż
objętość medium płynącego po
stronie wtórnej (VO ).
(np. gdy zapotrzebowanie odbioru
jest większe niż moc kotła). Z tego
powodu część strumienia medium
jest zasysana przez stronę
wtórną i bezpośrednio obniża
temperaturęT3 i pośrednio T2.
Daje to sygnał do automatyki kotła
do zwiększenia mocy kotła lub do
załączenia dodatkowego kotła.
•
•
•
•
V I < VO
T1 > T3
T2 >T4
QI < QO
T1
T3
VI
T2
VO
T4
Hydrauliczna separacja
Cel zastosowania:
W instalacjach zaopatrzonych w
sprzęgło hydrauliczne każda pompa
pracuje bezkonfliktowo, niezależnie od
tego ile pomp pracuje w danym czasie.
Każdy obieg (grzewczy, dystrybucji)
jest zamknięty przez sprzęgło i
ustanawia oddzielny obieg strumienia
medium z własną pompą. Sprzęgło
hydrauliczne jest tym elementem
instalacji, w którym ślizgają się po
sobie (bez strat tarcia) strumienie
medium ze wszystkich obiegów. Z tego
powodu przy użyciu odpowiednich
elementów regulacyjnych, możliwym
staje się regulacja zamierzonych
parametrów w danym obiegu.
Hydrauliczna separacja
Cel zastosowania:
Sprzęgło hydrauliczne
zapewnia hydrauliczną
funkcjonalność instalacji
– eliminuje zakłócenia
oraz przywraca funkcję i
rolę każdego z
elementów instalacji:
•pompa pompuje
•zawór reguluje
•grzejnik grzeje
Hydrauliczna separacja
Wymiarowanie:
Mówiąc o wymiarowaniu sprzęgła
hydraulicznego należy wspomnieć, że
przy maksymalnym obciążeniu,
maksymalna średnia prędkość przepływu
nie może przekroczyć 0,2m/s.
W dużych instalacjach, przy specjalnych
warunkach, wartość ta może nieco
wzrosnąć (co można zauważyć w tabelce
na następnym slajdzie).
Hydrauliczna separacja
Wymiarowanie:
Przekrój prostokątny
Wydajność
w kg
10000
20000
35000
50000
85000
100000
150000
300000
Komora
ciśnieniowa
sz x gł (mm)
200/120
250/150
300/200
400/200
450/250
500/300
600/400
700/500
Średnia prędkość
przepływu (m/s)
0,12
0,15
0,16
0,18
0,21
0,19
0,17
0,23
Przekrój okrągły
4000
8000
12000
20000
30000
50000
100000
150000
200000
100
150
200
200
250
300
400
500
600
0,15
0,15
0,11
0,18
0,17
0,20
0,23
0,22
0,20
Hydrauliczna separacja
Wymiarowanie:
Projektując cały system zaopatrzony w
sprzęgło hydrauliczne należy wziąć pod
uwagę fakt, że całkowita wydajność
kotłów grzewczych, przy normalnych
kotłach, musi być od 10 do 50% większa,
niż całkowita sprawność pomp
cyrkulacyjnych. Przy kotłach
kondensacyjnych całkowita wydajność
pomp kotłowych musi być od 10 do 20%
mniejsza niż całkowita wydajność pomp
cyrkulacyjnych. Zapewnia to prawidłową
pracę kotła kondensacyjnego. Poza tym
różnica temperatur mierzona pionowo na
wysokości króćców nie może być
mniejsza niż 10 oC.
Hydrauliczna separacja
Wymiarowanie:
Ewentualne przewymiarowanie nigdy
nie wpłynie negatywnie na całość
systemu, ponieważ w większości czasu
działania, objętość medium
pierwotnego jest wiele razy mniejsza
od objętości medium wtórnego.
Ponadto przewymiarowanie
przepływu na obiegu kotłowym, przy
kotłach żeliwnych, zapobiega
kondensacji, co wzdłuża żywotność
kotła.
Hydrauliczna separacja
Korzyści:
Użycie sprzęgła hydraulicznego zapewnia
hydrauliczną niezależność obiegu
kotłowego i obiegu dystrybucji.
Dodatkowo ilość dostarczanego ciepła
(QI) samoczynnie dopasowuje się do
wymagań odbioru. Jednakże sprzęgło
hydrauliczne spełnia irównież inne
funkcje, między innymi stanowi ono
separator powietrza i odmulacz
instalacji. W górnej strefie sprzęgła
montowane są separatory powietrza
współpracujące z odpowietrznikami.We
wnętrzu sprzęgła występują najmniejsze,
z całej instalacji ruchy medium i dlatego
kwalifikuje się ono jako odmulacz.
Hydrauliczna separacja
Korzyści:
Ważną korzyścią z zastosowania
instalacji zaopatrzonej w sprzęgło
hydrauliczne jest jej lepsza
współpraca z kotłem, zarówno podczas
startu jak i normalnej eksploatacji,
polegająca na szybszym nagrzewaniu
się kotła i zapewnienia odpowiedniej
temperatury medium na powrocie.
Sprzęgło hydrauliczne może zostać
także użyte do izolacji różnorakich
dodatkowych systemów dystrybucji
od dwu-rurowego systemu głównego,
lub też do separacji dynamiki ciśnień
systemu wielokotłowego od systemu
dystrybucji, któremu służą.
Hydrauliczna separacja
HydroMaxx:
W odróżnieniu od typowego sprzęgła
hydraulicznego, w HydroMaxx’ie kołnierze
przyłączeniowe po stronie obiegu
pierwotnego umiejscowione są wyżej niż te
po stronie obiegu wtórnego. Umożliwia to,
wraz z koszem ze stali szalchetnej w
górnej części sprzęgła, zaopatrzonego w
blachę perforowaną, lepsze odpowietrzanie
przepływu.
Dodatkowo w dolnej części powrotów
znajduje się odmulacz sedymentacyjny
zaopatrzony w filtr magnetyczny.
Hydrauliczna separacja
DZIĘKUJĘ ZA
UWAGĘ!