Міністерство освіти та науки України

Криворізький технічний університет

Кафедра теплогазоводопостачання, водовідведення і вентиляції

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до проведення лабораторних робіт

з дисципліни «Теплопостачання»

для студентів спеціальності «Теплопостачання»

напряму підготовки 6.060101 «Будівництво»

усіх форм навчання

м. Кривий Ріг

2011

Укладачі : Деньгуб В.І., к.т.н., доцент

Деньгуб Т.В., асистент

Відповідальний за випуск: Голишев О.М.

Рецензент : Задорожній С.І.

Методичні вказівки написані з метою проведення експериментальних досліджень при виконання лабораторних робіт з дисципліни «Теплопостачання». Глибоке засвоєння тем лабораторних робіт дозволить краще засвоїти особливості гідравлічних режимів теплових мереж, включаючи підготовку гарячої води в закритих системах.

Побудова п`єзометричних графіків динамічного режиму роботи теплових мереж дозволяє виявити вплив відключення або підключення абонентів на забезпечення їх тепловою енергією.

Використання розроблених методичних вказівок полегшує роботу студентів при вивченні дисципліни «Теплопостачання», сприяє розвитку навичок експериментальних досліджень, обробки їх результатів і підготовки майбутніх спеціалістів різного рівня для роботи в галузі «Теплопостачання».

РОЗГЛЯНУТО СХВАЛЕНО

на засіданні кафедри на засіданні вченої ради

теплогазоводопостачання, будівельного факультету

водовідведення і вентиляції Протокол № від 2011р

Протокол № від 2011р.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

Теплотехнічні випробування водо-водяного підігрівача для гарячого водопостачання.

Мета роботи: Закріплення знань по тепловому розрахунку підігрівача, оволодіння методикою експериментального вимірювання параметрів теплоносіїв.

Коротка характеристика водопідігрівачів для гарячого водопостачання.

В системах гарячого водопостачання найбільш широке розповсюдження отримали кожухотрубні швидкісні підігрівачі. Основними конструктивними елементами таких підігрівачів є циліндричний корпус та пучок гладких трубок, що міститься всередині корпуса. Один з теплоносіїв (як правило, водопровідна труба) протікає всередині трубок, другий – вода з подаючої магістралі теплової мережі – рухається у міжтрубному просторі. Як в середині трубок, так і в міжтрубному просторі теплоносії рухаються з певними швидкостями, забезпечуючи активний теплообмін. Тому такі підігрівачі називають швидкісними. Напрямок руху теплоносіїв можуть співпадати (прямохід) або бути зустрічними (протихід).

Швидкісні водонагрівачі для гарячого водопостачання (ГВ) в даний час випускають роз’ємними, що дозволяє збирати на місці підігрівачі з різною кількістю секцій. Секції об’єднуються між собою по ходу гріючої води патрубками на фланцях, по ходу нагріваємої води- калачами.

Корпуси теплообмінників підігрівачів довжиною 2 та 4 м мають зовнішні діаметри від 57 до 530 мм, число трубок від 4 до 450 шт. Трубки, як правило, латунні з діаметром d_н /d_в = 16/14 мм. Підігрівачі розраховані на тиск 1 МПа.

Описання експериментальної установки

Експериментальна установка (рис.1) являє собою 2-х ступінчатий швидкісний водонагрівач для гарячого водопостачання, що приєднаний по змішаній схемі. Кожний ступінь складений з 2-х дільниць по чотири стандартні секції. З’єднання дільниць всередині ступені паралельне.

Кожна секція має слідуючі характеристики:

позначення ГОСТ 27590-88Е; довжина секції l = 4080 мм; зовнішній діаметр корпусу d_н = 325 мм; площа поверхні нагріву однієї секції f = 28 м²

кількість трубок в пучку n = 151 шт.; площа живого перетину міжтрубного

простору f _МТ =0,04464 м² площа живого перетину трубок f_тр = 0,02325 м²

маса секції m = 142 кг еквівалентний діаметр d = 20,9 мм.

Підігрівальний пристрій за допомогою засувок 7 та 8 приєднується до теплової мережі. Гаряча вода з температурою τ₁ С з подаючої магістралі теплової мережі через засувку 7 подається у міжтрубний простір водонагрівача 1. Холодна вода з температурою t_x С з міського водопроводу через лічильник води 3 надходить в трубний пучок першої, а потім і другої секції підігрівача. Рухаючись назустріч водопровідній воді (протихід), вода з мережі відає їй теплоту. При цьому водопровідна вода нагрівається до необхідної температури 55…60 С та може бути використана споживачем, а вода з мережі охолоджується і після підігрівача повертається в зворотну магістраль теплової мережі.

Витрата води з мережі регулюється засувкою регулятора температури - 2, витрата водопровідної води – вентилями на водомірному вузлі.

Рис. 1.1 Схема лабораторної установки

1- підігрівач ГВ; 2- регулятор температури; 3- лічильник води; 4- термометр

5- манометр; 6- підключення споживачів ГВ; 7- засувка.

Нагріта водопровідна вода подається за допомогою насосів до споживачів 6. На вході та на виході з підігрівача встановлені манометри 5 для вимірювання втрат тиску та ртутні термометри 4- для вимірювання температур води.

Проведення вимірювань

Перед початком досліду необхідно оглянути установку та переконатися в цілісності трубопроводів, арматури, теплової ізоляції: перевірити наявність та справність всіх вимірювальних приладів. Пуск установки проводяться у присутності викладача. Після встановлення стаціонарного режиму роботи підігрівача проводять вимірювання таких параметрів:

1.Температура води з мережі на вході τ₁ та виході τ₂ з підігрівача.

2. Тиск води з мережі Р₁ до підігрівача та Р₂ після підігрівача.

3.Температура водопровідної води на вході τ_х та виході τ_г з підігрівача.

Дані вимірювання та результати обчислень слід занести в табл. 1.1.

Таблиця 1.1

Журнал експериментальних та розрахункових даних

Режими водоспоживання

Вода з мережі

Темпера-тура водо провід- ної води

витрата гарячої води

Теплова потуж-ність

Витрата води з мережі

Коефіці-єнт тепло- редачі Вт/( м2 С)

температура С

Тиск, кг/см2

холодної

гарячої

масовий кг/с

об’ємний м3год

по гарячій воді

по воді з мережі

масовий, кг/с

об’ємний, м3/год

τ1

τ2

Р1

Р2

tХ

tГ

Gc

Wc

QГ

Qc

Gr

Wr

Kе

KР

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Обробка результатів експерименту та складання звіту

1.Визначаємо витрату води, що нагрівається, за допомогою водоміра та секундоміра:

а) об’ємна витрата води, що нагрівається, W_г м³/год.

б) масова витрата гарячої води, кг/с

, (1.1)

де ρ – густина водопровідної води при , кг/м³

2) Кількість теплоти, яка передана водопровідній воді (що нагрівається) із міського водопроводу, кВт

Q_г = G_г C₁ (t_г – t_х), (1.2)

де G_{г –} масова витрата водопровідної води , кг/с;

C₁ – питома теплоємність води . C₁ = 4,19 кДж/(кг ° С)

а) оскільки витрата води з мережі не вимірюється, то кількість тепла, яке передано водою з мережі у підігрівачу, може бути орієнтовно визначено, якщо задається ККД підігрівача у межах 0,8…0,9.

Приймаємо η_п = 0,8 , тоді Q_с = Q_г / η_п , кВт

б) масова витрата води з мережі, кг/с :

, (1.3)

в) те ж, об’ємна витрата, м³/год:

. (1.4)

3. За отриманими даними для кожного режиму визначаємо експериментальний коефіцієнт теплопередачі у підігрівачі для гарячого водопостачання, Вт/(м² · °С)

K_е = Q_г /F · ∆ t , (1.5)

де F- загальна площа поверхні нагріву підігрівача, м²

F = f · m , (1.6)

де m – кількість секцій, шт.

∆t_ср – середньо логарифмічна або середньоарифметична ( в залежності від відношення ∆t_б /∆t_м), різність температури. При протиходовій схемі руху: ∆t_б = τ₁ - t₁ , °С ,

∆t_м = τ₂ - t₂ , °С (див.рис. 1.2)

а) б)

Рис. 1.2

Графіки залежності температур теплоносія від загальної довжини секцій теплообмінника: а) при протиході водяних потоків; б) при прямоході водяних потоків; горизонтальні вісі відносна довжина теплообмінника.

, ° С , (1.7)

4. За даними досліду для кожного режиму визначаємо швидкості теплоносіїв у підігрівачі, м/с

а) водопровідної води

, (1.8)

б) води з мережі

, (1.9)

де f_тр f_мт - площа живого перетину відповідно трубного та міжтрубного простору (із характеристики підігрівача), м²

5.Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від мереженої води до стінок трубок α₁ та від трубок до водопровідної води α₂ по загальній залежності, Вт/м² · °С

, (1.10)

. (1.11)

Для міжтрубного простору беремо еквівалентний діаметр

, (1.12)

де D_в – внутрішній діаметр корпусу, мм, n- кількість трубок у пучку, шт., для трубного простору d = d_в .

5. Вираховуємо коефіцієнти теплопередачі на основі виразу (розрахункові)

, Вт/(м²·° С) (1.13)

та співставляємо з дослідними значеннями K_е

тут δ – товщина стінки трубок, δ = 0,1 мм, λ – теплопровідність латунних трубок, λ = 85,5 Вт/ (м² °С).

Звіт по роботі повинен містити

1.Короткий опис роботи та принципову схему установки, схему ЦТП.

2. Таблицю вимірювальних параметрів та опрацювання експериментальних даних (табл.1).

3.Графічні залежності Kе = f(W_г) K_р= f(W_г).

Контрольні запитання

1.Які існують типи підігрівачів для гарячого водопостачання?

2.Чому в кожухотрубних підігрівачах для ГВ лінзові компенсатори відсутні, а в підігрівачах для систем опалення вони є?

3.По яких схемах підключаються підігрівачі для ГВ?

4.Який із коефіцієнтів тепловіддачі α₁ чи α₂ чинить більший вплив на коефіцієнт теплопередачі?

5.Як впливає схема підключення підігрівачів для ГВ на витрату гріючого теплоносія?

6.Зобразіть графічно зміну температур гріючого та нагрівального теплоносія при прямоході та протиході?

7.В якому випадку різність температур визначається як середньологарифмічна, а в якому – як середньоарифметична?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2