Основы энергосбережения и нетрадиционные источники энергии

жения), индикации и хранения (архивации) в энергонезависимой памяти прибора параметров теплопотребления.

Рис. 4.29. Принцип работы теплосчетчика:

t1 – температура теплоносителя в подающем трубопроводе, °С; t2 – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, °С; G – расход теплоносителя на объект теплоснабжения, тонн/час; с – теплоемкость теплоносителя, Гкал/(тонн °С)

Рис. 4.30. Общий вид тепловычислителей

Датчики расхода – наиболее важный элемент теплосчетчика (рис. 4.36), который оказывает важное влияние на его технические и потребительские характеристики. В качестве датчика расхода могут применяться функционально завершенное самостоятельное

281

устройство (расходомер, расходомер-счетчик или счетчик), для которого принято обобщенное название – преобразователь расхода (ПР) либо первичный преобразователь расхода (ППР), способный функционировать только совместно с тепловычислителем.

Рис. 4.31. Общий вид датчиков расхода и их установка в теплотехнических системах

Наибольшее распространение получили следующие способы измерения переменного расхода: переменного перепада давления на сужающих устройствах (упоминалось выше); ультразвуковые; электромагнитные; вихревые; тахометрические.

До недавнего времени на источниках теплоты (ТЭЦ, РТС и т. д.) традиционно в основном применяются расходомеры переменного перепада давления на сужающих устройствах (диафрагмах, соплах, трубах Вентури) (рис. 4.32).

трубопровод

лоток

лоток

Рис. 4.32. Схема сужающего устройства (а) и общий вид (б) расходомера переменного перепада давления:

1 – сужение трубопровода; 2 – дифференциальный датчик давления

282

Достоинства: высокая надежность измерений и низкая зависимость качества измерений от физико-химических свойств измеряемой жидкости.

Недостатки: узкий динамический диапазон, нелинейность характеристик, высокое гидравлическое сопротивление и др.

В настоящее время широко применяются ультразвуковые расходомеры (рис. 4.33). Принцип их работы состоит в изменении времени прохождения ультразвукового сигнала от источника до приемника сигналов, которое зависит от скорости потока жидкости. Излучатель посылает сигнал сквозь поток жидкости, а приемник через некоторое время получает его. Время задержки сигнала между моментами его излучения и приема прямо пропорционально скорости потока жидкости в трубе: оно измеряется, и по его величине вычисляется расход жидкости в трубопроводе.

Рис. 4.33. Схема (а) и конструктивные варианты (б) ультразвуковых расходомеров

Ультразвуковые датчики расхода обладают следующими преимуществами: не создают гидравлического сопротивления потоку среды, обеспечивают сравнительно широкий динамический диапазон и высокую линейность измерений, имеют высокую точность и надежность, могут поверяться беспроливными (имитационными) методами без демонтажа с трубопровода.

Недостатки: для монтажа требуются длинные прямые участки трубопровода, чувствительность к «завоздушиванию» среды и к состоянию внутренней поверхности трубопровода (если применяются

283

накладные датчики расхода). Появление многолучевых ультразвуковых расходомеров позволило сократить длины прямых участков в несколько раз.

Принцип действия электромагнитного расходомера (рис. 4.34)

основан на способности измеряемой жидкости возбуждать электрический ток при ее движении в магнитном поле, т. е. в электромагнитных теплосчетчиках используется явление электромагнитной индукции, позволяющее связать среднюю скорость, а следовательно и объемный расход электропроводной жидкости с напряженностью поля в нем и разностью потенциалов, возникающих на диаметрально расположенных электродах.

а

б

Рис. 4.34. Принцип измерения (а) и общий вид (б) электромагнитных расходомеров

284

Достоинства электромагнитного расходомера: достаточная метрологическая стабильность; возможность применения, как в одноканальных, так и в двухканальных тепловых системах.

Недостатки: чувствительность к качеству монтажа, условиям эксплуатации; наличие примесей в воде, особенно соединений железа, резко увеличивают погрешность показаний приборов.

Механические (тахометрические) теплосчетчики (рис. 4.35).

Принцип работы основан на преобразовании поступательного движения потока воды во вращательное движение измеряющей части.

Рис. 4.35. Схема (а) и общий вид (б) механического теплосчетчика

Достоинства механических теплосчетчиков: невысокая стоимость; возможность монтажа в любом положении.

Недостатки: относительно высокое гидравлическое сопротивление; наличие подвижных частей в расходомерном участке; перед механическими преобразователями расхода обязательна установка сетчатого фильтра грубой очистки.

Вихревые теплосчетчики. Вихревые теплосчетчики работают на принципе широко известного природного явления – образование вихрей за препятствием, стоящим на пути потока.

Конструктивно вихревые теплосчетчики (рис. 4.36) состоят из треугольной призмы, вертикально установленной в трубе, измерительного электрода, вставленного в трубу далее по течению жидкости, и установленного снаружи трубы постоянного магнита. Срывное обтекание жидкости протекающей в трубопроводе вызывает пульсации давления в потоке, замер которых и позволяет определить объе-

285

мы протекающей через трубопровод жидкости. Частота образования вихрей при этом прямо пропорциональна скорости потока.

Рис. 4.36. Схема (а) и общий вид (б) вихревых теплосчетчиков

Достоинства вихревых теплосчетчиков: они могут быть установлены на горизонтальных и вертикальных участках трубопроводов, менее требовательны к длине прямых участков до и после расходомера, на результаты измерений не влияют отложения в трубах

имагнитные примеси (железо в воде), дешевле, чем электромагнитные приборы.

Недостатки: теплосчетчики чувствительны к резким изменениям в потоке жидкости, к наличию крупных примесей.

Как видно из рис. 4.37 наиболее широкое применение в настоящее время находят электромагнитные счетчики тепловой энергии.

Как правило, электромагнитные, электронные и ультразвуковые счетчики тепла являются частью автоматизированной системы: они измеряют температуру в трубопроводе, массу, объем, количество

ирасход тепловой энергии, а также объем теплоносителя, регистрируя показания почасово, посуточно или за месяц. Некоторые из устройств могут сохранять данные в памяти и выводить их на монитор компьютера.

286

Использование счетчиков приносит немалую финансовую выгоду потребителю тепловой и электрической энергии, однако реальная экономия достигается совместным применением счетчика и автоматического регулирующего оборудования, признанного поддерживать теплоснабжение и теплопотребление на том уровне, который требуется в данный конкретный момент, и снижать его при необходимости до минимально безопасного уровня (рис. 4.38).

Система

управления

Канал управления 1

Рис 4.38. Схема включения электронного регулятора теплоснабжения в систему отопления

287

4.5.3. Приборы для контроля и учета электрической энергии

Электронные регуляторы позволяют задавать временной график теплоснабжения, поддерживать по графику температуру воды на подаче в зависимости от наружной, ограничивать температуру обратной воды.

Счетчики электроэнергии – многофункциональные электронные приборы, предназначенные для учета расходуемой электроэнергии. Устанавливаются как в жилых и административных зданиях, так и на промышленных объектах: производственных предприятиях, фабриках, заводах, ангарах и т. д. (рис. 4.39).

Рис. 4.39. Варианты установки счетчиков электроэнергии

Наибольшее распространение получили индукционные и ферродинамические счетчики. Первые применяют в цепях переменного тока, вторые – в цепях постоянного тока.

Ферродинамический счетчик (рис. 4.40) имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций.

288

Рис. 4.40. Схема феромагнитного счетчика

Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения – последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника.

Индукционный счетчик (рис. 4.41) состоит из нескольких основных элементов: катушка напряжения, алюминиевый диск, токовая катушка, постоянный магнит и счетный механизм с червячной и зубчатой передачей. Токовая катушка подключается к сети последовательно и предназначена для создания переменного магнитного потока, пропорционального току, катушка напряжения, напротив, подключается параллельно и создает магнитной поток, который пропорционален напряжению. В результате этого, в алюминиевом диске возникают электромеханические силы, образующие крутящий момент. Диск вращается, задевает цифровые барабаны, выводящие информацию.

289

Рис. 4.41. Схема (а) и общий вид (б) индукционного счетчика электроэнергии: 1 – электромагнит последовательной цепи (тока); 2 – электромагнит параллельной цепи (напряжения); 3 – счетный механизм; 4 – тормозной механизм (постоянный магнит); 5 – алюминиевый диск

Недостатки индукционных счетчиков:

–большая ошибка измерений, в основном в пределах 2 %;

–требуются частые поверки прибора;

–отсутствие дистанционного снятия показаний;

–слабая защита от хищения электрической энергии;

–отсутствие возможности многотарифности.

Из-за наличия столь весомых недостатков индукционные счетчики вытесняются электронными, которые имеют следующие преимущества:

–наличие многотарифности (фиксация показаний счетчика в разных временных отрезках, так, например, ночью цена на электроэнергию значительно меньше);

–высокий класс точности;

–возможность измерения как активной, так и реактивной мощности;

–наличие дистанционного снятия показаний;

–улучшенная защита от краж энергии.

Электронный счетчик (рис. 4.42) состоит из электронной схемы, которая преобразует аналогового сигнала в частоту следования импульсов, подсчет которых дает количество потребляемой энергии. Простейшими датчиками напряжения и тока являются прецизионные резистивные датчики.

290