книги из ГПНТБ / Добровольский А.П. Теплотехнические испытания судовых холодильных установок

ление пара в крайнем случае можно отбирать на прямом участке длиной не менее 10 диаметров трубопровода перед местом измерения.

Во фреоновых системах во избежание накопления масла в соеди­ нительных трубопроводах манометры следует устанавливать выше места отбора давления и на участках, не имеющих петель.

Выбор типа жидкостного манометра или вакуумметра, рабочей жидкости для их заполнения и предела шкалы зависит от абсолют­ ного значения измеряемого давления или разрежения. Учитывая, что эти приборы используют преимущественно при испытаниях, их обычно располагают и временно закрепляют в местах, близких к ме­ сту отбора давления.

Выбор типа и предела шкалы дифференциальных манометров зависит от абсолютных давлений среды и измеряемого перепада дав­ лений. При выборе места размещения пружинных дифференциальных манометров руководствуются в основном удобством производства наблюдений. Поскольку жидкостные дифференциальные манометры устанавливают обычно только на период испытаний, место их уста­ новки особо не регламентируют, однако для уменьшения длины подводящих трубок их желательно размещать как можно ближе к местам отбора давлений.

Присоединительные линии к пружинам манометра и манова­ куумметра выполняют из стальных трубок (для аммиака) и из медных (для фреона). Диаметр трубок выбирают в пределах от 5 до 10 мм. Концы трубок присоединяют к манометру и месту отбора давления с помощью накидных гаек. Непосредственно у манометра или, реже, у места отбора рекомендуется устанавливать запорные клапаны, позволяющие отключать манометр для ремонта или проверки.

Жидкостные манометры при давлении воды или рассола до 3 кгс/см2 можно присоединять к местам отбора давления с помощью резиновых шлангов.

Во время испытаний и при эксплуатации судовых холодильных установок необходимо периодически проверять плотность присоеди­ нительных линий. Особенно тщательно следует контролировать плот­ ность этих линий у вакуумметров и манометров, измеряющих малые давления. Это же требование предъявляется к присоединительным линиям дифференциальных манометров, так как измеряемые пере­ пады давлений обычно малы и неплотность может совершенно ис­ казить показания.

При отключении манометра его стрелка должна точно останав­ ливаться на нулевом положении. У жидкостных манометров перед началом измерений следует проверять (при отключенном манометре) положение столба рабочей жидкости относительно шкалы отсчета. Для повышения точности измерения давления в местах ответственных измерений рекомендуется устанавливать образцовые или в крайнем случае контрольные манометры. Отсчет по пружинным манометрам

за поршневым компрессором, необходимо с помощью запорного кла­

98

пана перед манометром уменьшить колебания стрелки или столба жидкости, не устраняя их полностью. Отсчет следует производить по среднему положению. Кроме того, при пульсации давления вы­ равнивать показания манометра можно установкой дроссельных шайб с небольшим отверстием или демпферов. Последние рекомендуется устанавливать на присоединительных линиях перед микроманоме­ трами.

VI. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ВЕЩЕСТВА

§ 28. ОБЩ ИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ИЗМЕРЕНИЮ РАСХОДА

В СУДОВЫ Х ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ

При испытаниях холодильных установок для составления материального и теплового балансов определяют расход холодильного агента, теплоносителя, воздуха и охлаждающей воды. Различают расход мгновенный и средний. Под мгновенным расходом понимают количество вещества, протекающего через определенное сечение в единицу времени в момент измерения. Расход вещества за опре­ деленный промежуток времени определяется по разности показаний прибора в начале и конце данного отрезка времени. Если измеренный за время т расход вещества разделить на это время, получим средний расход за данный промежуток времени. Средний расход вещества за некоторый промежуток времени (час, сутки, период испытания) с достаточной степенью точности может быть определен как средняя арифметическая величина измеренных мгновенных значений рас­ ходов.

Расход вещества выражается в весовых или объемных единицах измерения. Связь между весовыми и объемными единицами измере­

Наиболее употребительные единицы измерения расходов: ве* сового — кг/ч, т/ч; объемного — л/с, л/ч, м3/ч.

Средний расход определяют с помощью мерных баков и различных счетчиков,

Для определения мгновенного расхода наибольшее распростра­ нение получили дроссельные приборы (диафрагмы, сопла и трубы Вентури). При определении мгновенных значений скорости жидкости или газа в каком-либо сечении (что может быть использовано для определения расхода) применяют напорные (пневмометрические) трубки различных конструкций.

Приборы и метод измерения расхода выбирают с учетом пара­ метров контролируемого вещества, его физических и химических свойств и необходимой точности измерений.

§ 29. ВЕСОВОЙ И ОБЪЕМНЫЙ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

Количество вещества определяют при помощи весов любого типа, причем взвешивание следует вести с точностью до 1% общего

НМ)

Жидкость, расход которой требуется определить, подается по­ очередно то в один, то в другой мерный бак и из них через запорные клапаны сливается в расходный бак, предназначенный для непре­ рывной подачи жидкости независимо от перерывов, имеющих место при переключении мерных баков. Для переключения подачи жидко­ сти, поступающей из трубы 5, мерные баки снабжены специальным перекидным желобом 6, с которым сблокированы запорные клапаны 7 так, что жидкость не сливается из заполненного бака в расходный. Расход измеряют следующим образом. После наполнения одного из мерных баков и измерения в нем уровня жидкость подается с по­ мощью перекидного желоба в другой бак, клапан которого закры­ вается. В это время клапан первого бака открывается, и вода из него сливается в расходный бак. После заполнения второго бака и изме­ рения в нем уровня желоб вновь переключается на первый бак. Диаметр сливного отверстия должен обеспечивать полный слив жидкости до очередного переключения. Для обеспечения спокой­ ного уровня воды в мерных баках служат успокоители 3. Таким образом, мерные баки заполняются и освобождаются в течение всего периода испытания. Количество опоражниваемых баков и уровень жидкости в них записывают. По окончании испытания уровень жидкости в расходном баке обязательно должен быть приведен к на­ чальному (в этот момент отмечают время).

Расход жидкости определяют по следующим формулам: при тарировке бака по объемному методу

после их изготовления. Для определения постоянной тарировки по объемному методу бак заполняют порциями жидкости объемом А м3; если уровень жидкости каждый раз будет подниматься на Дft см, постоянная тарировки а, м8/см, определится по формуле

При определении постоянной тарировки по весовому методу (b, кг/см) поступают аналогично, учитывая, что вес каждой порции жидкости В кг:

b

В

A h

Описанный способ измерения требует непрерывных отсчетов в течение всего периода испытания и имеет те же недостатки, что и способ определения расхода путем непосредственного взвешивания. Так как испытание холодильных установок на судах обычно про­ должается не менее 24 ч, а трудоемкость измерений весьма велика, то в этом случае мерные баки применяют сравнительно редко и только при испытаниях небольших установок.

Благодаря высокой точности измерений сдвоенные мерные баки широко используют при тарировке приборов для измерения расхода жидкости. Они также находят применение на стендах при испытании небольших холодильных машин и в лабораториях, где продолжи­ тельность испытания на одном режиме составляет не более 1,5—2 ч.

При испытании небольших холодильных установок на судах мер­ ные баки применяют для периодического определения расхода за­ бортной воды, поступающей для охлаждения конденсатора. В этом случае используют один бак, снабженный отметками, указывающими определенную емкость. По времени заполнения этой емкости, изме­ ряемому с помощью секундомера, определяют секундный расход воды. Эти измерения одновременно с измерением других величин, характеризующих работу холодильной установки, производят обычно через каждый час.

Для повышения точности измерений емкость бака должна быть такой, чтобы тарированный объем V заполнялся не менее чем за

100 с.

При испытании холодильных установок определяют среднечасовой расход охлаждающей воды (G, кг/ч), который может быть вычислен по формуле

п— число произведенных измерений;

тх, т 2, . . ., хп — время заполнения мерного бака до соответ­

ствующей отметки, с.

При испытании холодильных установок, имеющих сравнительно небольшую холодопроизводительность (примерно до 50 тыс. ккал/ч), расход воды удобно определять указанным методом, так как в таких установках диаметр трубопровода охлаждающей воды не превышает 50 мм, Практически это можно осуществить следующим образом. Для подачи воды в мерный бак разобщают отливной трубопровод и к отливному патрубку конденсатора присоединяют гибкий резиновый шланг, по которому отводят отепленную воду. Другой конец шланг§

10?

вьіводят к месту расположения мерного бака и закрепляют так, чтобы в момент начала отсчета времени его можно было разместить над баком. Когда уровень воды в мерном баке достигнет соответ­ ствующей отметки, засекают время заполнения, после чего конец шланга отгибают и открывают сливной клапан мерного бака. Бак устанавливают обычно на открытой палубе, чтобы не делать спе­ циальных сливных трубопроводов. В ходе испытаний надо следить, за тем, чтобы шланг по всей длине не менял положения, для чего в местах поворотов его подвязывают. При стоянке судна на спокойной воде мерный бак может быть установлен на плотике или шлюпке под бортовым сливным отверстием.

Описанные приемы не требуют каких-либо переделок в системе трубопроводов охлаждающей воды, дают хорошую точность и прак­ тически оправдали себя при испытании холодильных установок на судах. Мерные баки и тарированные ведра удобно использовать для измерения небольшого расхода воды, проходящей через рубашки компрессоров, змеевики маслоотделителей и другие части холодиль­ ной машины.

Определение количества циркулирующего хладоносителя с по­ мощью мерных баков независимо от величины его расхода представ­ ляет трудность ввиду того, что на современных судах рассольные схемы выполняются закрытого типа и не имеют свободного слива рассола. Использование мерных баков в этом случае требует раз­ рыва рассольной системы и установки дополнительного насоса для возвращения в нее рассола. Поэтому в судовых условиях для изме­ рения расхода рассола и большого количества воды применяют другие методы. В некоторых случаях при стендовых и лабораторных ис­ пытаниях холодильных машин мерные закрытые баки применяют для измерения количества холодильного агента, циркулирующего в системе. Для этого в жидкостную линию включают параллельно два бака, снабженных указателями уровня, манометрами и термо­ метрами. Жидкий холодильный агент из конденсатора или ресивера поступает в баки поочередно, причем во время заполнения первого бака второй освобождается, и жидкость из него поступает к регу­ лирующему клапану. Для поочередного переключения баков под­ водящие и отводящие трубопроводы снабжены соответствующими запорными клапанами. Баки в верхней части объединяют уравни­ тельной трубой. При их заполнении надо следить за тем, чтобы не происходило дросселирования жидкого холодильного агента в под­ водящих трубопроводах, поэтому желательно, чтобы холодильный агент был переохлажден не менее чем на 3° С. Тарировку таких баков обычно производят объемным методом. Удельный вес холо­ дильного агента определяют по таблицам. Высоту баков рекомен­ дуется принимать равной 1200— 1400 мм, а диаметр выбирать в за­ висимости от холодопроизводительности по табл. 12. На судах опре­ деление количества холодильного агента с помощью специальных мерных баков не применяют ввиду сложности установки и необхо­ димости перемонтажа системы трубопроводов холодильного агента. В тех случаях, когда система холодильного агента содержит два

103

или несколько ресиверов, снабженных мерными стеклами, и если схема трубопроводов позволяет использовать их не только для одновременной, но и поочередной работы, эти ресиверы могут быть использованы для приближенного измерения количества холодиль­ ного агента, циркулирующего в системе.

При наличии одного ресивера количество холодильного агента может быть определено только единовременно. В этом случае при определении холодопроизводительности машины должны быть со­

получаются значительных размеров. При их установке необходимо монтировать обводной трубо­ провод, чтобы в случае выхода счетчика из строя не прекращалась работа установки. Максимально допустимая погрешность объемных счетчиков обычно не превышает 2,5%, однако по мере износа тру­ щихся частей погрешность заметно возрастает. При прохождении объемного счетчика потеря напора жидкости достигает 10 м вод. ст., что мало приемлемо для судовых холодильных установок и особенно их рассольных систем; поэтому для испытаний и нормальной экс­ плуатации объемные счетчики рекомендовать нельзя. В настоящее время делаются попытки использовать объемные счетчики для изме­ рения расхода жидкого фреона в холодильных машинах небольшой производительности.

§ 30. ДРОССЕЛЬНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

Дроссельный метод измерения широко применяют для опре­ деления расхода жидкости, газа и пара. Он является косвенным методом определения расхода по изменению статического давления вещества, протекающего по трубопроводу. На прямом участке тру­ бопровода устанавливают дроссельный прибор, создающий некоторое сужение сечения. Такими приборами могут служить диафрагмы, раз­ личные сопла и расходомерные трубы Вентури. При изготовлении и установке дроссельных приборов, а также при измерениях следует руководствоваться «Правилами № 27—54 по применению и поверке

104

расходомеров с нормальными диафрагмами, соплами и трубами Вен­ тури», 1956 г. В практике для измерения расхода наибольшее распро­ странение получили так называемые нормальные диафрагмы и сопла, регламентированные этими Правилами.

При испытании холодильных установок на судах для измерения расхода хладоносителей и воды применяют наиболее простые дрос­ сельные приборы — диафрагмы, представляющие собой тонкий диск

с круглым отверстием посредине. На рис. 56 показана схема уста­ новки диафрагмы, характер потока и распределение статического давления по длине струи. Перед диафрагмой начинается сжатие по­ тока, достигающее под действием сил инерции своего наибольшего значения на некотором расстоянии за диафрагмой, после чего струя вновь расширяется до полного сечения трубопровода. До и после диафрагмы образуются мертвые зоны с вихревым движением, причем зона вихрей за диафрагмой больше, чем до нее. Давление струи около стенки трубопровода (на рисунке сплошная линия) несколько возрастает за счет подпора перед диафрагмой, а за диафрагмой сни­ жается до минимума, который соответствует точке наибольшего сужения струи, где сечение потока меньше, чем отверстие диафрагмы. Далее по мере расширения струи давление вновь повышается, но не достигает прежнего значения на величину 6р вследствие необратимых потерь при внезапном увеличении проходного сечения за диафрагмой, потерь на трение и завихрение.

105

Изменение давления струи по оси трубопровода в основном со­ впадает с изменением давления около его стенки, за исключением участка перед диафрагмой и в самом дроссельном органе, где давле­ ние потока по оси снижается (на рисунке штриховая линия). Таким образом, потенциальная энергия потока имеет наибольшее значение

энергии и уравнения сплошности для сечений Г — Г и 2'—2' позво­ ляет определить скорость в наиболее узком сечении потока по пере­ паду давлений Ар'.

При практических измерениях скорости или расхода вещества более удобно пользоваться величиной перепада давлений Ар се­ чений 1— / и 2— 2 непосредственно до и после диафрагмы. Учитывая это обстоятельство, â также реальные условия протекания потока, секундный расход вещества G, кг/с, определяют по следующему

Ар — разность давлений до и после дроссельного прибора, кгс/м2. Уравнение (12) справедливо для всех трех перечисленных типов дроссельных приборов для несжимаемых и сжимаемых жидкостей. Тип прибора и характер протекающего вещества учитывают опыт­

ными коэффициентами е и а.

На судах при испытаниях холодильных установок дроссельные приборы используют в основном для измерения расходов жидкого хладоносителя и охлаждающей воды (несжимаемых жидкостей, для которых 8 = 1 ) .

Для измерения расхода холодильного агента дроссельные при­ боры применяют при лабораторных и заводских испытаниях холо­ дильных машин. В этом случае, как правило, измеряют расход пере­ гретого пара, в связи с чем надо знать коэффициент расширения протекающего вещества, являющийся функцией отношения давлений и отношения квадратов диаметров дроссельного прибора и трубо­ провода:

106

Коэффициент расхода а для гладких труб зависит от плотности вещества р, вязкости р, средней скорости потока в трубопроводе щ\.р

иотношения d/D. Эта зависимость обычно выражается в виде функции

а= / ( R e ö;

где ReD — число Рейнольдса, определяемое по формуле

Рис. 57. Значения чисел Рейнольдса при протекании воды и раствора хлористого кальция в трубе диаметром 100 мм.

107