Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Определение тепловых потерь изолированным и неизолированным трубопроводами в системе водяного теплоснабжения. Методические указания к лабораторной раб
.pdf
лабораторного стенда;
o воздухоотводчики ВО1 и ВО2, служащие для отвода воздуха из
циркуляционных контуров систем стенда;
o расширительный бачок РБ, компенсирующий увеличение давления за счет
теплового расширения в трубопроводах стенда;
o запорно-регулирующая арматура B1-B11, предназначенная для сборки
различных схем циркуляции теплоносителя;
o предохранительные клапаны С1 и С2, защищающие оборудование стенда
от избытка давления;
o температурные датчики t1-t5, служащие для измерения температуры
теплоносителя в заданных точках циркуляционного контура.
4.2. Принцип работы
В заполненном водой и подключенном к электропитанию циркуляционном
контуре стенда необходимо обеспечить нагрев теплоносителя и его циркуляцию.
Электрокотел К нагревает воду до заданной температуры и по подающей линии
при помощи насоса котла Н1 теплоноситель может поступать в исследуемые
трубопроводы П1, П2 и к циркуляционному насосу Н2. Направление потока
теплоносителя и его количество регулируется при помощи запорнорегулирующей арматуры В1 – В11. Для измерения расхода используются
ультразвуковые расходомеры V1 и V2. Измерение давления в системе
осуществляется манометрами М1 и М2. После прохождения по исследуемым
трубопроводам теплоноситель остывает и по обратной линии возвращается в
электрокотел К на нагрев. Таким образом формируется циркуляционный контур
лабораторной установки. В исследуемых трубопроводах лабораторной
установки устанавливается циркуляция теплоносителя.
11
4.3 Устройство основного оборудования
4.3.1. Электрокотел
Основным оборудованием экспериментального стенда является
электрокотел. Его внешний вид приведен на рис. 3, а принципиальная схема
показана на рис. 4.
В нагревательный блок 1 впаяны электрические нагреватели (тэны) и
служит для нагрева до заданной температуры циркулирующего теплоносителя.
На выходе из нагревательного блока в трубе установлен датчик протока 2,
предназначенный для остановки электрокотла в случае отсутствия подачи
теплоносителя и дальнейшей сохранности оборудования. Манометр 3 измеряет
давление в циркуляционном контуре. Насос электрокотла 5 формирует
циркуляцию теплоносителя в контуре лабораторной установки. Для защиты
электрокотла от избыточного давления выше допустимого предусмотрен
предохранительный клапан 4. Ограничитель температуры 6 отключает питание
электрокотла по достижении определенной температуры. Теплоноситель
поступает в электрокотел через трубопровод 7 и после нагрева продолжает
движение в циркуляционный контур через трубопровод 8. Блок управления 9
контролирует работу котла: принимает данные с датчиков, анализирует их и
передает команды узлу мощности 10, подключающему тены электрокотла.
Воздухоотводчик 11 удаляет из котла воздух, поступающий в циркуляционный
контур вместе с сетевой водой. Панель управления 12 контролирует работу котла
и показывает действующие параметры системы.
12
Рис. 3. Электрокотел типа EPCO.L
13
Рис. 4. Схема электрокотла типа EPCO.L: 1 – нагревательный блок, 2 – датчик
протока, 3 – манометр, 4 – предохранительный клапан, 5 – циркуляционный
насос, 6 – ограничитель температуры, 7, 8 – трубопроводы, 9 – блок управления,
10 – узел мощности, 11 – воздухоотводчик (автоматический клапан удаления
воздуха), 12 – панель управления, NA – место подключения комнатного датчика
температуры, MR – место подключения радиомодуля, PF – место подключения
фазных проводов, PN – место подключения зануления и заземления, WP – место
ввода проводов в котел, M – место крепления котла
4.3.2. Ультразвуковой расходомер
Для контроля и учёта расхода воды и теплоносителя в лабораторной
установке применены ультразвуковые (акустические) расходомеры.
14
Неоспоримые достоинства ультразвуковых расходомеров: малое или полное
отсутствие гидравлического сопротивления, надежность (так как нет
подвижных механических элементов), высокая точность, быстродействие,
помехозащищенность.
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении
частот импульсно-модулированных ультразвуковых колебаний, направляемых
по потоку теплоносителя и против него.
Структурная схема ультразвукового расходомера приведена на рис.6.
Рис.5. Структурная схема ультразвукового расходомера: Г – генератор, М –
модуляторы, П1 – П4 – пьезоэлементы, РП – регистрирующий прибор, ПС –
пересчетная схема, УП – усилитель-преобразователь.
Генераторы Г (рис. 5) создают синусоидальные колебания высокой
частоты (10 МГц) и подают их через модуляторы М на излучающие
пьезоэлементы П1 и ПЗ, Пьезоэлемент П1 создает направленные
ультразвуковые излучения (с частотой 10 МГц), которые воспринимаются
пьезоэлементом П2. При неподвижной жидкости время распространения
излучений при расстоянии L между пьезоэлементами однаково.
При движении жидкости в трубопроводе происходит снос ультразвуковой
волны, который приводит к изменению времени распространения
ультразвукового сигнала (УЗС): по потоку жидкости (от П1 к П2) время
прохождения уменьшается, а против потока (от П3 к П4) – возрастает. Разность
времен прохождения УЗС через жидкость по и против потока пропорциональна
15
скорости потока ω (м/с), и, следовательно, объемному расходу V (м3/с). По
полученным сигналам с пьезопреобразователей рассчитываются: времена
прохождения сигнала от П1 до П2 и от П2 до П1, расход, накопленный объем
жидкости, и значение частоты выходного сигнала, пропорционального расходу.
Вычисленные таким образом параметры, пропорциональные расходу, объему и
времени подаются на текстовый дисплей для отображения.
Разность частот, определяемая пересчетной схемой, пропорциональна
скорости потока и не зависит от скорости распространения звука в среде. Это
является преимуществом частотного метода, так как исключается воздействие
физических параметров среды (плотность, температура) на показания прибора.
5. Порядок проведения работы
До начала работы систему необходимо заполнить водой из водопроводной
сети и подключить к питанию. В лабораторной работе для определения
температуры теплоносителя и потерь тепловой энергии экспериментальным
путем и сравнения их с аналитическими, необходимо провести измерения и
снять показания: температур до и после теплообменной поверхности (с
изолированного и неизолированного отдельно); удельных потерь тепловой
энергии; расходов теплоносителя, температуру окружающей среды.
Работу проводить в следующей последовательности:
1. Проверить визуально состояние лабораторной установки на наличие
механических повреждений, заземления, в каком положении регуляторы.
При необходимости повысить давление включить подачу воды из
водопроводной сети.
2. Включить питание стенда (трехфазный автоматический переключатель
«Сеть» на стойке управления лабораторным стендом, далее СУ).
3. Установить скорость работы циркуляционного насоса Н1 равной 1. Для
этого перевести регулятор на корпусе насоса в положение 1.
16
4. Убедиться, что все вентили на подающем и обратном трубопроводах
открыты (ручки вдоль трубопроводов).
5. Полностью открыть вентили неизолированного теплообменника В1 и B1*
на распределителе, остальные вентили вдоль распределительных
коллекторов закрыть.
6. Перевести переключатель SA1 в положение «Внутр.», тумблер SA5 в
положение Q1, тумблер SA6 в положение Т1 (см. СУ).
7. Установить требуемую величину задания котла по температуре (с
помощью регулятора температуры или кнопок на передней панели
управления котла). Установившееся значение температуры теплоносителя
на подаче контролируется непосредственно по индикатору Т1. Опыты
начинать проводить при установившейся температуре в системе 40°С.
8. После достижения температуры теплоносителя требуемой величины снять
показания теплосчетчика Q1 с СУ.
9. Снять данные по температуре на входе и выходе неизолированного
трубопровода. Для смены режима индикации температур Т1 и Т2
переключить тумблер SA6 на СУ в соответствующее положение. Данные
занести в таблицу 1 (см. Приложение).
10. Спустя заданный интервал времени снять показания теплосчетчика Q1.
Расходованное тепло найти, как разность показания теплосчетчика в
начале и конце отрезка времени. Данные занести в таблицу 2 (см.
Приложение).
11. Повторять пункты 9 и 10 три раза. Занести данные в таблицы 1 и 2.
12. Задать температуру для нагрева 40°С и подождать, пока теплоноситель
остынет.
13. Открыть вентили В5 и В5* для изолированного участка. Остальные
вентили вдоль распределительных коллекторов закрыть
14. Повторить пункты 6 – 11 для изолированного участка. Данные занести в
таблицы 1 и 2.
17
15. Выключить котел, выключить питание стенда.
16. Измерить температуру окружающей среды и занести ее в табл.3 (см.
Приложения).
6. Обработка и анализ результатов
На основании результатов измерений студенты должны построить
графики зависимостей Q(t1) на выходе из теплообменника (для
неизолированного и изолированного) и суммарных тепловых потерь от времени
проведения измерений.
Для этого следует провести следующие действия:
1. Анализ экспериментальных данных.
Удельные потери qэк и суммарные потери теплоты Qэк за время
эксперимента при установившейся температуре берутся из табл. 1 и 2
(см. Приложения).
2. Расчет аналитическим методом.
Для расчета суммарных тепловых потерь необходимо воспользоваться
формулой:
Qан=Gc∆t (18)
Расход G необходимо взять такой же, как при эксперименте.
Величина ∆t (разница между t1 и t2) должна составлять 2...6°С. В
противном случае рекомендуется повторить расчет.
Теплоемкость теплоносителя является справочной величиной и
принимается равной значению в диапазоне Cт=4,15…4,25 кДж/кг*°С в
зависимости от температуры теплоносителя.
Для расчета удельных потерь qан необходимо сначала вычислить площадь
исследуемого трубопровода.
F = πr
2
l (19)
тр
где r – радиус сечения трубопровода, l – длина трубопровода (заданные
величины в табл. 3, см. Приложения).
18
Затем вычисляются удельные потери теплоты:
Для расчета температуры на выходе из трубопровода необходимо
воспользоваться формулой (6).
3. Расчет ошибки.
qан = , (20)
∆Q = , (21)
где Q
= наибольшее из Qэк и Qан.
наиб
Для большей информативности результаты расчета и результаты
эксперимента следует показать наглядно.
7. Содержание отчета
1. Допуск преподавателя к работе.
2. Теоретический материал.
3. Таблицы 1, 2 и 3 (полностью заполненные экспериментальными данными
и подписанные лаборантом/заведующим лабораторией).
4. Расчет Q
и t2 аналитическим и экспериментальным методами для каждого
п
измерения (согласно теоретическому материалу и указаниям в обработке
данных).
5. Вычисление и сравнение разницы между результатами экспериментов и
аналитических расчетов.
6. Графики зависимостей Q(t) для изолированного и неизолированного
трубопроводов.
7. Выводы.
8. Заключения.
8. Контрольные вопросы
1. Расскажите о устройстве лабораторной установки.
2. Какие виды тепловых потерь вы можете перечислить?
19
3. На чем основан принцип работы ультразвукового расходомера?
4. Как будет влиять на рост потерь увеличение расхода теплоносителя?
5. Для чего нужны в установке воздухоотводчики?
6. Повлияет ли на тепловые потери переустановка змеевиков вертикально?
Ответ пояснить.
7. Приведите этапы расчета потерь аналитическим методом.
8. Чем можно объяснить разницу между результатами расчета и
экспериментальными данными в лабораторной работе?
9. Список рекомендуемой литературы для подготовки.
1. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учеб. для вузов по
направлению «Теплоэнергетика». / Е.Я. Соколов. – Москва: Издательский
дом МЭИ, 2006. – 472 с.
2. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей / под ред.
А. А. Николаева. – Курган: Интеграл, 2007. – 360 с.
3. Манюк, В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей:
Справочник. / В.И. Манюк. – Москва: Стройиздат, 1988. – 432 с.
4. Теплоснабжение: учеб. пос. для вузов / В.Е. Козин [и др.]. – Москва:
Высшая школа, 1980. - 408с.
5. СП 124.13330.2012. «СНиП 41-02-2003 Тепловые сети» [Текст]: утв.
МинРегионом РФ 30.06.2012: введ. с 01.01.2013. – Москва: МинРегион
РФ, 2012. – 78 с.
10. Список литературы.
1. Соколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учеб. для вузов по
направлению «Теплоэнергетика». / Е.Я. Соколов. – Москва: Издательский
дом МЭИ, 2006. – 472 с.
2. Теплоснабжение: учеб. для вузов / А. А. Ионин [и др.]. – Москва: Эколит,
2011. – 336 с.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]