Инструкции по оборудованию / Сосуды, работающие под давлением

Особенности рычажно-грузовых клапанов.

Рычажные клапаны – трубопроводная арматура, которая была разработана еще до 40-го года прошлого века. Это морально устаревший клапан, приобретаемый только для поддержания в рабочем состоянии котельных пунктов и подобных объектов времен советского коммунального хозяйства.

Преимущества рычажных предохранительных клапанов:

•Простота конструкции;

•Ремонтопригодность;

•Ручная настройка срабатывания клапана; Недостатки рычажных предохранительных клапанов:

•Необходимость осуществлять притирку рабочих поверхностей;

•Малый ресурс работы клапана;

•Громоздкая конструкция;

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с устройством стенда и описанием стенда.

2.Описать принцип работы пружинного предохранительного клапана.

3.Подключить стенд к сети.

4.Закрыть клапан сброса, открыть клапан подачи; снять груз с рычажного клапана, включить компрессор.

4.Произвести настройку клапана, для этого двигать груз от корпуса клапана к свободному концу рычага до установления в ресивере желаемого давления по манометру. Закрепить груз в нужной точке на рычаге.

5.Проанализировать результаты, сделать выводы.

31

Лабораторная работа 6. Охлаждение воздуха, образование конденсата в сосудах и слив конденсата.

Цель работы: Знакомство с процессом образования конденсата.

Краткая теория: Физическая суть процесса возникновения конденсата состоит в том, что максимальное количество влаги, которое воздух способен содержать в себе в форме газа (водяных паров) зависит в основном от его температуры. Чем меньше температура воздуха, тем меньшее количество водяных паров, т.е. воды в газообразной форме, может содержать в себе воздух, и наоборот.

Таким образом, при понижении температуры самого воздуха или при контакте воздуха с охлажденными предметами, может возникнуть момент, когда его температура понижается до точки росы и, в итоге, выпадает конденсат (роса), т.е. та часть воды, которая уже не удерживается в воздухе в форме газа. Наступает момент насыщения воздуха водяными парами и «лишние» водяные пары выпадают в жидкой фазе в виде конденсата. Данный процесс хорошо иллюстрирует рис. 1.

Рис. 1.

32

На рис. 1 обозначено:

t1в – температура воздуха в начале процесса;

t2в – температура воздуха в момент достижения значения точки росы; t3в – температура воздуха ниже значения точки росы;

τр – температура точки росы (точка росы);

f1в, f2в и f3в – фактические абсолютные влажности воздуха при данной температуре воздуха;

f1max, f2max и f3max – максимальные абсолютные влажности воздуха при данной температуре воздуха;

e1в, e2в и e3в – фактические парциальные давления водяных паров при данной температуре воздуха;

Е1max, Е2max и Е3max – максимально возможные парциальные давления водяных паров при данной температуре воздуха; φ1в, φ2в и φ3в – относительные влажности воздуха при данной температуре.

Абсолютная влажность воздуха (f) – это количество водяных паров по весу, содержащихся в единице объема воздуха. Каждому значению температуры воздуха (при фиксированном его давлении) соответствует максимально возможное при данной температуре значение абсолютной влажности.

Парциальное давление водяного пара (е, Е) – это та часть общего давления воздуха, которая обеспечивается давлением водяного пара. Для каждой температуры воздуха есть свое максимально возможное значение парциального давления водяных паров (Е).

Относительная влажность воздуха (φ) – это отношение фактической массовой доли водяных паров в воздухе к максимально возможной доли при данной температуре воздуха, измеряемое в процентах. Не углубляясь в детали термодинамики, φ можно определять по формулам:

φ = e∙100/ Е max = f∙100 / f max.

Из вышесказанного видно, что основным условием для выпадения конденсата является понижение температуры воздуха до значений точки росы и ниже. Достижение точки росы характеризуется повышением относительной влажности воздуха до 100%, что, в свою очередь, означает достижение равенства фактического и максимально возможного значений, как абсолютной влажности воздуха, так и парциального давления водяных паров в нем.

Проблема конденсата при производстве сжатого воздуха.

Конденсация воды является естественным явлением и побочным эффектом при сжатии воздуха. Количество конденсата, образующегося при работе компрессора, в значительной степени зависит от состояния воздуха на входе, качества атмосферного воздуха и давления.

Проще говоря, температура и влажность воздуха, размер компрессора и требуемое давление определяют количество воды, образующейся в устройстве. Конденсат влияет на всю систему, включая трубопроводы.

33

Поскольку горячий влажный воздух содержит больше влаги, чем холодный, в компрессоре образуется водяной пар.

Рассмотрим пример расчета количества конденсата qc, которое выделится при сжатии воздуха.

где qc – масса выделившегося конденсата V1 – объем до сжатия

V2 – объем после сжатия

f1max – максимальная влажность до сжатия (при определенной температуре) f2max – максимальная влажность после сжатия (при определенной температуре)

φ1 – относительная влажность до сжатия φ2 – относительная влажность после сжатия

Пример 1. Пример основан на условиях жаркого и влажного дня, когда температура составляет +35 °C, а относительная влажность атмосфреного воздуха - 80%. 6,5 м³ воздуха сжимается от давления 0 бар (изб) до давления 10 бар (изб).

изотермический процесс, при котором температура остается постоянной (в данном случае 35°C). Следует помнить, что на практике температура при сжатии растет, и принимать ее изменения во внимание при практических вычислениях - впрочем, обычно, можно сразу же исчислять количество конденсата с учетом охлаждения сжатого воздуха в теплообменнике компрессора.

Т.к. та влага, которая выделяется из воздуха, является избыточной, относительная влажность φ2 сжатого воздуха поднимается до 100%. Таким образом, в приведенном выше примере видно, что при сжатии 6,5 м³ атмосферного воздуха с относительной влажностью 80% и температурой +35 °C до давления 10 бар (изб), в условиях изотермического процесса, выделится 181,108 г конденсата.

Пример 2. Другой, несколько более приближенный к реальным условиям пример: днем 1 сентября 2007 года, когда температура в Москве составляла +12 °C, а относительная влажность 72%, 1 м³ воздуха сжимается компрессором BOGE тип C9 до давления 8 бар (изб) = 9 бар (абс). Сжатый

34

воздух на выходе компрессорной установки будет иметь температуру + 22 °C. Сколько выделится конденсата?

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда.

2.Перед пуском компрессора открыть клапан сброса и убедиться отсутствии избыточного давления в ресивере. Измерить температуру воздуха и давление

в ресивере перед началом работы Т1 и Р1и соответственно. Занести значения в таблицу 1. Определить относительную влажность воздуха в лаборатории φ1 (при отсутствии возможности принять относительную влажность в пределах

40- 50%).

3.Подключить стенд к сети.

Закрыть клапан сброса, открыть клапан подачи и включить компрессор, контролируя давление в ресивере (по манометру) и время работы компрессора t.

4. После достижения давления в ресивере давления P2и = 0,4 МПа (по показаниям манометра) закрыть клапан подачи, выключить компрессор и занести в таблицу 1 значения:

•времени заполнения ресивера воздухом t;

•конечного избыточного давления в ресивере P2и;

•конечной температуры воздуха в ресивере T2;

Затем открыть клапан сброса и продолжить заполнение таблицы 1:

• Р2[Па]=P2и[Па]+ 101325[Па]; Р1[Па]=P1и[Па]+ 101325[Па];

5. Проанализировать результаты, сделать выводы.

35

Лабораторная работа 7. Зависимость изменения давления (Р) рабочего тела в сосуде от воздействия источника теплового излучения.

Цель работы: Изучение зависимости изменения давления (Р) рабочего тела в сосуде от воздействия источника теплового излучения.

Краткая теория: Тепловым излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое телами за счет их внутренней энергии (энергии теплового движения их атомов и молекул).

Равновесным называется тепловое излучение тел, находящихся в термодинамическом равновесии со своим излучением, т. е. когда распределение энергии между телом и его излучением является постоянным для каждой длины электромагнитной волны (частоты). В дальнейшем мы будем рассматривать только равновесное тепловое излучение.

Тепловое излучение имеет непрерывный (сплошной) спектр, распределение электромагнитной энергии в котором характеризуется непрерывной функцией частоты ν или длины волны λ. Введем спектральные характеристики теплового излучения тела при фиксированной температуре T.

Энергетическая светимость тела R (интегральная излучательная способность тела) – поток энергии электромагнитных волн всех частот, испускаемый единицей поверхности излучающего тела по всем направлениям:

По закону Стефана – Больцмана энергетическая светимость R абсолютно черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры Т:

0 = 4 (2)

где σ = 5,670·10–8 Вт/(м2 ·К4) – постоянная Стефана – Больцмана. А светимость серого тела

= 4 (3)

где ε – степень черноты.

Таким образом, для тела в равновесном состоянии

Wпогл= Wизл= RS=S 4 (4)

Wпогл, Wизл – мощность излучения, поглощаемая и излучаемая исследуемым телом.

Из выражения (4) видно, что при увеличении поглощаемой мощности излучения для наступления равновесия должна увеличиться мощность излучаемая, а значит, повыситься температура.

А повышение температуры в замкнутом объеме газа, в соответствии с уравнением Менделеева – Клапейрона, должно вызвать повышение давления.

36

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда.

2.Подключить стенд к сети.

3.Закрыть клапан сброса, открыть клапан подачи и включить компрессор, увеличить давление в ресивере до 3 бар. Выключить компрессор и закрыть клапан подачи.

4.Записать температуру и давление в ресивере Р0 и Т0 в таблицу 1.

5.Включить источник теплового излучения.

6.Дождаться установления теплового равновесия и записать в таблицу 1 значения температуры и давления в ресивере Р1 и Т1.

7.Выключить источник теплового излучения. Открыть клапан сброса.

Таблица 1.

8. Проанализировать результаты, сделать выводы.

37

Лабораторная работа 8. Зависимость изменения Р рабочего тела в сосуде от применения защитных экранов при воздействии источника теплового излучения.

Цель работы: Изучение зависимости изменения Р рабочего тела в сосуде от применения защитных экранов при воздействии источника теплового излучения.

Краткая теория: Одним из самых распространенных способов борьбы с тепловым излучением является экранирование излучающих поверхностей. Различают тепловые экраны трех типов: непрозрачные, прозрачные и полупрозрачные.

В непрозрачных экранах поглощаемая энергия электромагнитных колебаний, взаимодействуя с веществом экрана, превращается в тепловую энергию.

При этом экран нагревается и, как всякое нагретое тело, излучает электромагнитные колебания. Излучение поверхностью экрана, противолежащей экранируемому источнику излучения, условно рассматривается как пропущенное излучение источника. К непрозрачным экранам относятся, например, металлические (в том числе алюминиевые), альфолевые (алюминиевая фольга), футерованные (пенобетон, пеностекло, керамзит, пемза), асбестовые и другие.

Полупрозрачные экраны изготовляют из металлической сетки, цепей, армированного стальной сеткой стекла и применяются: сетки– при интенсивности излучения 350-1000 Вт/м2, цепные завесы и армированное стекло – 700-5000 Вт/м2.

Прозрачные теплопоглощающие экраны изготавливают из различных бесцветных или окрашенных стекол: силикатное – для защиты от источников с температурой 700 °С; органическое – для защиты от источников с температурой 900 °С.

По принципу действия экраны подразделяются на: теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие. Однако, это деление условно так как каждый экран обладает одновременно способностью отражать, поглощать и отводить тепло. Отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того, какая способность более выражена.

Теплоотражающие экраны имеют низкую степень черноты поверхностей, вследствие чего они значительную часть падающей на них лучистой энергии отражают в обратном направлении. В качестве теплоотражающих материалов в конструкции экранов широко используют альфоль, листовой алюминий, оцинкованную сталь, алюминиевую краску.

38

Теплопоглощающими называют экраны, выполненные из материалов с высоким термическим сопротивлением (малым коэффициентом теплопроводности). В качестве теплопоглощающих материалов применяют огнеупорный и теплоизоляционный кирпич, асбест, шлаковату.

В качестве теплоотводящих экранов наиболее широко применяются водяные завесы, свободно падающие в виде пленки, орошающие другую экранирующую поверхность (например, металлическую), либо заключенные в специальный кожух из стекла (аквариальные экраны), металла (змеевики) др.

Оценить эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и водяной завесы можно по формуле:

= − з (1)

где Q – интенсивность теплового излучения без применения защиты, Вт/м2. Qз – интенсивность теплового излучения с применением защиты, Вт/м2.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда.

2.Подключить стенд к сети.

3.Установить защитный экран между ресивером и источником теплового излучения. Закрыть клапан сброса, открыть клапан подачи и включить компрессор, увеличить давление в ресивере до 3 бар. Выключить компрессор и закрыть клапан подачи.

4.Записать температуру и давление в ресивере Р0 и Т0 в таблицу 1.

5.Включить источник теплового излучения.

6.Дождаться установления равновесия и записать в таблицу 1 значения температуры и давления в ресивере Р1 и Т1.

7.Выключить источник теплового излучения. Открыть клапан сброса.

Таблица 1.

8. Сравнить значения Р1 и Т1 с полученными в лабораторной работе 7 (без защитного экрана).

9. Проанализировать результаты, сделать выводы.

39