Расчетно-экспериментальное исследование работы децентрализованной системы отопления

Тип:
Добавлен:

ВВЕДЕНИЕ

Данная выпускная квалификационная работа посвящена созданию методики оценки эффективности работы децентрализованной системы теплоснабжения (ДСТ) с целью определения оптимальных геометрических и термодинамических параметров ДСТ. С этой целью в выпускной квалификационной работе представлены исследования основных энергетических (тепло-, гидродинамических) процессов с использованием современных информационных технологий. При этом работа выполняются как многофакторные исследования, осуществляется в динамике и дополняется элементами математического моделирования.

В рамках дипломной работы, проводится экспериментально-расчетное исследование процессов и изучение способов работы инновационной теплоэнергетической установки.

Для изучения процессов энергообмена используются методы неравновесной термодинамики. Задача решается экспериментальным способом на модернизированном современном лабораторно-экспериментальном стенде, включающем современное оборудование и измерительную базу.

Основной целью дипломной работы является изучение физических процессов протекающих в энергопреобразователе с позиции неравновесной термодинамики [1, 2]. Ознакомление с лабораторными приборами, закрепление теоретических знаний по физическим дисциплинам. В работе изучаются вопросы, связанные с энергообменом, формопреобразованием энергии, оценки энергетического состояния объекта для разных режимов, вычисляются коэффициенты преобразования, трансформации.

На основании полученных экспериментальных результатов процессов протекающих в установке разрабатывается модель математическая модель для определения всех параметров в системе через потоки силы и свойства. Изучение поведения модели и ее эффективности под влиянием воздействующих параметров системы.

Результаты исследования основных параметров системы полученных экспериментальным путем сравниваются с результатами из литературы в области гидравлики и тепломассопереноса, нормативных документов.

Новизной работы является, то что работа представлена с позиции неравновесной термодинамики. Исследуемая система описывается методами потоков и сил, которые позволяют оценивать энергетическое состояние на микроуровне, сравнивать различные системы и производить настройку оптимального режима работы системы.

В анализируемой модели изучается источник энергии электротермогидравлического типа. Множественность формопреобразований позволяет отнести его к сложным термодинамическим системам преобразователям энергии. Иллюстрация описанной априорной модели энергообмена предусматривает наличие некоторых результатов экспериментального характера. Опытным путем происходит сбор информации об объекте исследования. Диссипационные составляющие суммарного потока энергии, регулируется через условия принуждения, с целью удержания оптимального производства энергии в форме теплоты и работы.

Целью дипломной работы является разработка следующих вопросов:

изучение экспериментальной установки децентрализованной тепловой сети;

проведение опытов на экспериментальном стенде по изучению процессов протекающих в децентрализованной системе теплоснабжения;

выполнение сравнительного анализа экспериментальных и расчетных гидротермических параметров аппарата с использованием формул взятых у других авторов;

построение характеристики сети опытным путем;

использование методов неравновесной термодинамики через потоки и силы для изучения энергетического состояния системы;

решение гидравлической задачи. Определение механической работы и потерь напора в децентрализованной системе теплоснабжения.

1. Структуризация теплоэнергетической системы в рамках ее модельного представления

конвектор децентрализованный система отопление

1.1 Представление об объекте исследования

В связи с требующимся широким внедрением новых инновационных технологий в разнообразные технически организованные системы общественного воспроизводства требуются новые модели, учитывающие оптимальным образом диссипационные потери энергии, непрерывно производимой и уходящей в окружающую среду. Данная работа посвящена построению методики моделирования, объекта системы теплоснабжения, которая реализуется на первом этапе исследований оценкой усредненных по поверхности и времени потоков, проиллюстрированы результаты части расчетно-экспериментальных исследований термодинамических процессов формопреобразования энергии в электродном котле.

Изучим модельную диссипативную реальность [3] термодинамической системы открытого типа, в которой идут процессы преобразования и рассеивания энергии, применительно к изначально неравновесному необратимому элементарному циклическому объекту, в котором существуют условно «горячий» и «холодный» источники теплоты, то можно записать следующие формулы, в некоторой степени, условно совместимые с гипотезой целлюлярного равновесия.

Запишем уравнение которое справедливо для элементарной термодинамической системы, работающей по прямому (тепловой двигатель) с производством работы и обратному циклу с затратами работы (тепловой насос). Поскольку энтропия функция состояния системы и характеризует количество суммарной энергии находящейся в исследуемой системе в единицу времени, имеем соответственно формуле (1.1):

,(1.1)

учитывая, что , - есть суммарная теплота эквивалентная энергии .

Где -работа проталкивания и расширения, Дж;

- потери механической энергии, Дж;

- изменение внутренней энергии, Дж;

- потери с поверхности корпуса теплогенератора, Дж.

В конечном счете, высокопотенциальная взятая тем или иным образом из окружающей среды энергия после разнообразных утилизационных и диссипационных эффектов ее превращения в формах внутренней энергии , и работы , , рассеивается в окружающей среде , но с другим более низким потенциалом.

Действительно, говоря о структуризации изучаемой или проектируемой установки невозможно не затронуть вопросы идентификации при построении модели систем. Под идентификацией понимают выделение свойств именно этой системы относительно свойств других систем.

Такая задача ставиться не только при создании новой системы, но и при модернизации старой. В любом случае при внесении нового элемента в систему она меняет свои свойства, поэтому надо идентифицировать и выяснить параметры ее работы. Под параметрами работы системы можно так же понимать энергетический потенциал энергосбережения.

Пусть мы имеем вектор который представлен группой параметров (a,b,c….)0 . Становиться задача получить вектор модернизируемой системы с параметрами (a,b,c…)m . Алгоритм идентификации учитывает последовательность действий по двум направлениям.

Первое - это учет существующей априорной информации системы, которая включает в себя физические законы, с помощью которых можно вести анализ параметров системы. Чаще всего эта информация есть в соответствующих материалах, с помощью которых и были спроектированы подобные системы или их модели

При создании новой системы заново рассматривается априорно существующая часть информации, которая сравнивается с апостериорно полученной ее частью. Т.е. частью, которая получена в результате экспериментальных работ. На рисунке 1.1 показано движение и преобразование информации в процедуре идентификации.

Рисунок 1.1 - Движение и преобразование информации в процедуре идентификации

Путем итерационной переработки информации получается структура объекта, которая имеет порядок (или количество подструктур). Выяснена оценка параметров энергетического состояния для каждого элемента структуры и для всей структуры в целом. Зная вектора и получаем разницу по формуле (1.2):

=(1.2)

Методом последовательных приближений устремляем , к 0. Считается, что - невязка или степень адекватности представлений модели и моделируемого объекта.

Графически удобно представить каждый из рассматриваемых векторов в виде множеств рассматриваемых параметров в виде областей и , тогда выглядит в виде заштрихованной области. В результате проведения итерационного процесса, в котором модель уточняется и приближается в своем энергетическом состоянии к экспериментальным данным заштрихованная область уменьшается до нуля. На рисунке 1.2 показано графическое представление степени адекватности.

Рисунок1.2 - Графическое представление степени адекватности

Требуемая степень адекватности допускает различие в результатах в 5-15% , что позволяет закончить итерационный процесс. Иногда получается так, что информация на границах рассматриваемых областей, с помощью, которой мы получаем структуру системы, задается с большей погрешностью, которая достигает величины в 50%. Именно поэтому степень адекватности в 5-15% является допустимой величиной.

На инновационном экспериментальном стенде из опытов производим сбор информации для исследования основных процессов энергообмена в диссипационном устройстве - трансзвуковом теплогенераторе Фисенко для построения модели объекта и определения его степени адекватности с оригинальной установкой. Внедрение лабораторных работ по курсу энергоэффективные установки в учебный вопрос представляет собой научную и методическую ценность. В научных целях заключается в дальнейшем более тщательном исследовании процессов тепломассобмена в преобразователе энергии, построение модели и определение эффективности. Лабораторная работа является тем небольшим элементом практики, которая так необходима для реализации творческого потенциала студента, способности мыслить широко и свободно, получению навыков работы с измерительной базой приборов, развитию научно-исследовательской мысли в общем. Данная работа позволяет студенту укрепить знания и понять на практике основные законы гидродинамики, тепломассобмена, энергообмена, освоить применение компьютерных программ. Отсутствует методика экспериментально-расчетного исследования и подбора данных устройств.

Данный вопрос является актуальным для проведения исследования с научной точки зрения. Необходимо попытаться изучить протекающие процессы в таких устройствах и наложить на них классическую теорию тепломассообмена и гидродинамики. Направление проводимых исследований по изучению принципов работы электротеплогенератора гидродинамического типа было выбрано не случайно. По мнению их конструкторов и исследователей, гидродинамические теплогенераторы отличаются необычно высокой эффективностью - отношением производимой теплоты к потребляемой энергии. Поэтому внедрение таких установок в систему централизованного и местного теплоснабжения позволит решить проблему гигантских тепловых потерь и энергоэффективности работы источников теплоснабжения. Модельное представление объекта позволяет более подробно изучить протекающие процессы в основе его работы. До настоящего времени много существует мнений о принципах работы теплогенераторов. К их числу относятся использования энергии из окружающей среды, то ли за счет активации среды ведущей к изменению ее свойств на молекулярном уровне получают повышенную эффективность установки. Рассмотрим более подробно ценность лабораторной работы. Применим вышеприведенную теорию для научных исследований электродного котла на экспериментальном стенде.

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

На рисунке 2.1 представлена схема лабораторно-экспериментального стенда в виде системы теплоснабжения децентрализованного типа. Описание и фотография лабораторно-вычислительного комплекса описаны [2, 3].

Рисунок 2.1 - Схема экспериментальной установки: ТГ - теплогенератор, ВК - воздушный клапан,З1-11- запорно-регулирующая арматура; К1-3 - конвекторы; P1-2 - манометры; ЭН - электрический насос; ВС - водяные счетчики; БА1-2- баки-аккумуляторы

Принцип работы системы: струя воды входит в теплообменный аппарат(1) через входной патрубок, расширяется из-за увеличения геометрического размера, при этом давление внутри жидкости увеличивается, а скорость ее движения падает. После прохождения входного патрубка струя ударяется о внутреннюю стенку теплогенератора(1), поворачивает и продолжает движение вдоль вертикальной оси к выходному патрубку.

Выходной патрубок имеет значительно меньший диаметр, поэтому происходит уменьшение давления в струе воды и скорость ее движения значительно возрастает.

Внутри теплогенератора установлены электроды, которые нагреваются за счет действия электрического тока, и отдают теплоту струе воды, находящейся в теплогенераторе. Жидкая среда получает теплоту, и часть ее отдает воздуху, нагревая при этом стенку теплогенератора. Теплоноситель во время прохождения в теплогенераторе достигает температуры 90 градусов, и уже нагретый далее движется по всей гидравлической системе.

После теплогенератора нагретая вода при открытых кранах 2н и 2ж проходит по трубопроводу к отопительным приборам - конвекторам марки Комфорт 2. К трубопроводу параллельно присоединен участок со стеклянной трубой(15), движение жидкости в котором регулируется с помощью кранов 2о и 2р. Назначение участка - наглядное представление режима движения жидкости в трубопроводе.

После отопительных приборов(7) отработавшая вода при открытых 2е и 2и кранах проходит по трубопроводу через сетевой насос(4), который необходим для создания нужного давления теплоносителя перед попаданием его в теплогенератор(1). Сетевой насос(4) подключается обязательно в обвязке с запорной арматурой (краны 2д и 2в) и предохраняющей (обратный клапан 10), для отключения в случае происшествия или аварии, перед насосом устанавливается фильтр 9, для очистки воды от примесей, которые могут повредить работе насоса.

После насоса при открытых кранах (2в) и (2б) вода движется по трубопроводу через теплосчетчик (11), далее поступает в теплогенератор при открытом кране (2а). После выхода из лопаток сетевого насоса(4) жидкость имеет большие скорости и давление, созданные насосом, что объясняет возникновение завихрений и турбулизации режима движения воды во внутреннем сечении патрубка генератора.

В системе установлено 3 манометра: манометр 3а установлен для измерения давления жидкости после насоса перед электротеплогенератором, 3в - для измерения давления после теплогенератора в подающем трубопроводе, 3б - для измерения давления в обратной сети трубопроводов после конвекторов

Потоковый граф энергетической системы установка-помещение.

На рисунке 2.3 изображен граф энергетической системы в виде блок схемы с потоковыми энергетическими связями. Схема тепловой энергосистемы разбита на блоки, которые рассмотрены в следующем порядке:

Блок №1- электродный источник теплоты от электрического тока.

Блок №2- тепловая сеть.

Блок №3 -потребители теплоты (конвекторы, баки аккумуляторы).

Блок №4- электрический насос для перемещения теплоносителя с электроприводом.

Блок №5- электрический щит.

Блок №6- рабочее помещение из ограждающих конструкций.

На рисунке 2.2 представлен потоковый график энергосистемы.

Рисунок 2.2 - Потоковый график энергосистемы

За счет подвода электрической энергии в блоках 1 и 4 осуществляется вынужденная циркуляция термомеханической энергии через блоки 2-3-2-4-2 и затем опять поступает в электродный теплогенератор. Таким образом осуществляется циркуляция теплоносителя. Теплота конвективным путем выделяется от блоков 1, 2, 3 в помещение и часть ее рассеивается в окружающую среду, т.к. происходят трансмиссионные и инфильтрационные теплопотери.

Стоит задача измерить начальные и динамические параметры всей системы за время, отведенное для эксперимента. Измерить температуры, затем в этих же точках плотности тепловых потоков ограждающих поверхностей установки и помещения с присутствующими в нем источниками теплоты без включенного, а затем с включенным теплогенератором.

К ограждающим поверхностям отнесены стены, пол, потолок, стеклянная поверхность окна помещения, а также внешние поверхности, всех элементов установки и источников теплоты которые находятся в помещении.

Физический процесс совершается следующим образом рис.1.1 рис. 1.2: с помощью насоса теплоноситель в виде воды попадает в проточную часть (электродный теплогенератор) ЭТГ, где получает теплоту от (тепловыделяющих элементов) ТВЭ. Нагреваясь до соответствующей температуры, теплоноситель движется через проточную часть корпуса, тепловые сети и через конвекторы возвращается обратно проточную часть.

В зависимости от постановки задачи исследований конвекторы включаются по последовательной или параллельной схемам, тепловая сеть собирается в виде тупиковой, разветвленной или кольцевой гидравлической сети с баками аккумуляторами или без. В данном эксперименте движение теплоносителя происходило только в конвекторе №3 (см. рис. 2.2).

2.1 Электродный котел

В задачу исследования энергетического состояния блока №1 (теплогенератор) входят следующие экспериментальные работы: измерение температур и теплового потока с наружной поверхности теплогенератора с помощью пирометра и измерителя теплового потока ИПП-2 и измерение температуры жидкости в проточной части теплогенератора в 8 точках с помощью термопар.

Электродный теплогенератор позволяет получить необходимую тепловую энергию с меньшими затратами. По паспортным характеристикам теплогенератор с системой автоматики дает возможность получения тепловой энергии в импульсном режиме, что позволяет рационально осуществлять подвод теплоты к теплоносителю.

В основе работы теплогенерирующей установки лежит феномен повышенной сжимаемости однородных двухфазных потоков. Использование названного выше феномена позволяет создавать оборудование, устройства и технологии с минимальными массогабаритными характеристиками и с минимальной затратой энергии на их работу, по сравнению с существующими мировыми аналогами в различных областях их использования (от пищевых технологий до атомной энергетики). При этом дополнительное тепло получается за счет внутренней энергии воды, выделяющейся из нее при реализации сверхзвукового режима течения однородной двухфазной среды внутри устройства и фиксированном скачке давления на выходе из

Горячим источником (1) (рисунок 2.3) является преобразователь электрической энергии в тепловую, теплогенератор (ТГ) «Фисенко» (рисунок 2.4). Технические характеристики ТГ сведены в таблицу 2.1.

Рисунок 2.3 - Фотосхема блока №1 - теплогенератор с указанными местами установки термопар: 1 - теплогенератор; 21, 22, 23, 24, - термопары;3 - блок АЦП; 4 - компьютер;T11, T12, T13, T14 - точки съема аналоговых сигналов термопарами с целью преобразования в цифровой сигнал и передачи в компьютер в виде температуры

Электротеплогенератор трансзвуковой "Фисенко" (рисунок 2.4) предназначен для нагревания воды и применяется для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, как в закрытых, так и в открытых отопительных системах. Кроме того теплогенератор может применяться на строительных площадках, промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, где требуется горячая вода с температурой до 950С для технологических процессов.

Работа теплогенератора, мощностью 6 кВт основана на прямом нагреве воды электрическим током, который протекает через, движущийся в теплогенераторе поток воды, представляющей в данных конструкциях активное сопротивление.

В днище корпуса теплогенератора на определённой окружности выполнено три специальных ввода, в которых смонтированы фазные электроды.

Фазный электрод представляет собой цилиндрический стержень определенной длины и диаметра, к которому подводится напряжение по токоведущей шпильке, изолированной от корпуса теплогенератора проходными изоляторами. «Ноль» подключается к болту крепления нижнего фланца корпуса теплогенератора.

Корпус теплогенератора выполнен из стали и имеет входной и выходной патрубки для нагреваемой воды.

Таблица 2.1 - Характеристики теплогенератора

Наименование параметраУсл. обозначениеЕд. измеренияЗначениеТехническиеТип--ТТФ-6Номинальная мощность Рном-кВт6Теплопроизводительность-Гкал/ч0,014Номинальное напряжение-В380Номинальная токовая нагрузка (в фазе)-А10Электропроводность воды-мСм/см0,11Расчётное давление воды-кг/см22,0Температура воды на выходе-0С90Ёмкость теплогенератора-л2ГеометрическиеВнутренний диаметр входного и выходного патрубка теплогенератораdвн.патр.м0.021Площадь живого сечения открытого пространства (при регулировке)fж.с.т.м23.5E-10Внутренний диаметр теплогенератора без ТВЭлdвн.т.1м0.08Внутренний диаметр теплогенератора с ТВЭлdвн.т.2м0.032Толщина стенки теплогенератораSст.т.м0.0045Эквивалентная шероховатостьКэ.т.м0.00015Высота теплогенератораhтм0.16

2.2 Тепловая сеть

Перемещение теплоносителя от горячего источника к холодному осуществляется за счет, сконструированных определенным образом, теплопередающих устройств в виде блока №2 - тепловой сети (ТеС). Блоком №2 рассматриваемой установки является тепловая сеть, изображенная схематично на рисунке 2.5 ТeС ЭТГК условно разбита на 13 участков.

На рисунке 2.4 представлена схема блока №2 - тепловая сеть.

Рисунок. 2.4 - Схема блока №2 - тепловая сеть: ТГ - теплогенератор, ВК - воздушный клапан,З1-11- запорно-регулирующая арматура; К1-3 - конвекторы; P1-2 - манометры; ЭН - электрический насос; ВС - водяные счетчики; БА1-2- баки-аккумуляторы

Основными участками тепловой сети для 1-го гидравлического контура (при циркуляции теплоносителя только через 1-й и 2-й конвектор)являются 7 участков:

.Блок 1 (ТГ): Вход в теплогенератор-выход из теплогенератора (участок 0-1);

.Блок 2.1 (участок ТeС №1): Выход из теплогенератора-вход в конвектор 1 (участок 1-2);

.Блок 3.1 (К1): Вход в конвектор 1-выход из конвектора 1 (участок 2-3);

.Блок 3.2 (К2): Вход в конвектор 2-выход из конвектора 2 (участок 3-4);

.Блок 2.2 (участок ТeС №2): Выход из конвектора 2-вход в насос (участок 4-15);

.Блок 4 (ЭН): Входной патрубок электрического насоса-выходной патрубок насоса (участок 15-16).

.Блок 2.3 (участок ТeС №3): Выходной патрубок из насоса-входной патрубок в теплогенератор (участок 16-0);

Геометрические характеристики тепловой сети сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Характеристики тепловой сети

Наименование параметраУсл. обозначениеЕд. измеренияЗначениеКонтур 0-1 (теплогенератор)l1м0.35Контур 1-2 (теплогенератор- ответвление А конвектора 3)l2м3Контур 2-3 (ответвление конвектора 3-конвектор 1)l3м0.7Контур 2-3 (конвектор 1)l4м0.7Контур конвектор 1-конвектор 2l5м0.7Контур 3-4 (конвектор 2)l6м1.2Контур 4-15 (конвектор 2-электрический насос)l7м2.3Контур 7-0 (электрический насос-теплогенератор)l8м1,5Сортамент трубопровода в тепловой сети-ммСталь 15x1.2, полипропилен PP-R PN 20 DN 20x3,4 SPKУсловный диаметр трубопровода в тепловой сетиdконв.м0.15Ширина стенки трубопровода в тепловой сетиSст.труб.тепл.с.м0.00012

На рисунке 2.5 представлены 3 варианта работы лабораторного стенда «децентрализованная система отопления с электродным котлом»

Рисунок 2.5 - Возможные варианты циркуляции теплоносителя в лабораторном стенде: 1) последовательная схема циркуляции теплоносителя через 2 конвектора, 2) циркуляция теплоносителя через 1 конвектор, 3) последовательно- параллельная схема циркуляция теплоносителя через 3-х конвектора

2.3 Конвектор

Потребителями (горячим/холодным источником) (7) (рисунок.2.3) рассматриваемой системы отопления являются конвекторы (К1, К2 и К3 - блок №3) в виде трех конвекторов марки Комфорт М-20 (рисунок. 2.6). Конвекторы установлены в системе по последовательной (конвекторы 1 и 2) и параллельной (конвектор 3) схемах.

Геометрические характеристики конвекторов сведены в таблицу 2.3.

Рисунок.2.6 - Фотосхема блока №3 - потребители теплоты с указанными местами установки термопар: 1 - конвекторы Комфорт М-20; 2 - схема циркуляции теплоносителя; 31, 32, 33, 34, - термопары; 4 - блок АЦП; 5 - компьютер; T31, T32, T33, T34- точки съема информации

Таблица 2.3 - Геометрические характеристики потребителей теплоты

Наименование параметраУсл. обозначениеЕд. измеренияЗначениеДлина пластиныlпл.м0.06Ширина пластиныSпл.м0.005Высота пластиныhпл.м0.3Сортамент трубопровода в конвекторах-ммСталь 15x1.2Условный диаметр трубопровода в конвекторахdконв.м0.15Ширина стенки трубопровода в конвекторахSст.труб.кон.м0.00012Количество труб, проходящих в конвектореNтр.шт.2Конвекторы 1-2Длина трубопровода проходящего в конвектореlтр.кон.м0.45Количество пластинNпл.шт.50Конвектор 3Длина трубопровода проходящего в конвектореlтр.кон.м0.88Количество пластинNпл.шт.100

В задачи исследования энергетического состояния блока №4 входят следующие экспериментальные работы: измерение температур и плотности теплового потока с конвектора по 5 точкам, которые обозначены на установке в виде Т1, Т2, Т3, Т4, Т5 (рисунок. 3.19). Для измерения плотности теплового потока использовался ИПП-2(п.2,табл.2.1), а для измерения температуры на наружной поверхности пирометр Testo 625(п.2,табл.2.1)

На рисунке 2.7 изображены наружные температуры на конвекторах, измеренные с помощью пирометров.

Рисунок. 2.7 - Принципиальная схема расположения точек (Т1; Т2; Т3; Т4; Т5)

На конвекторе, в которых проводились измерения температуры пирометром.

Таблица 2.4 - Расчет сечения конвектора

S1=0,000452М2S2=0,000452М2S3=0,000452М2

Графическое изображение расположения сечений конвектора представлено на рисунке 2.8

Рисунок. 2.8 - Схема расположения сечений в проточной части конвектора №3,

Результаты измерений приведены в таблице 3.30 и на рис.

На рисунке 2.9 представлена фотосхема блока№4.

Рисунок 2.9 - Фотосхема блока №4 - потребители теплоты с указанными местами установки термопар.1 - конвекторы комфорт м-20; 2 - схема циркуляции теплоносителя; 31, 32, 33, 34,35,36,37 - термопары; 4 - блок АЦП; 5 - компьютер; Т31, Т32, Т33, Т34- точки съема информации

На рисунке 2.10 представлено - расположение точек измерения вдоль ограждающей поверхности блока №4 «конвектор».

Рисунок 2.10 - Расположение точек измерения вдоль ограждающей поверхности блока №4 «конвектор»

Конвекторы установлены в системе по последовательной (конвекторы 1 и 2) и параллельной (конвектор 3) схемах.

Температурное состояние теплоносителя внутри конвекторов определяется посредством вмонтированных термопар (рисунок 3.10)

В таблице 2.5 представлены геометрические характеристики конвекторов.

Таблица 2.5 - Геометрические характеристики конвекторов

Наименование параметраУсл. обозначениеЕд. измеренияЗначениеДлина пластиныlпл.м0,06Ширина пластиныSпл.м0,005Высота пластиныhпл.м0,3Сортамент трубопровода в конвекторах-ммСталь 15x1.2Условный диаметр трубопровода в конвекторахdконв.м0,15Ширина стенок трубопровода в конвекторахSст.труб.кон.м0,00012Конвекторы 1-2Сортамент трубопровода в конвекторах-ммСталь 15x1.2Условный диаметр трубопровода в конвекторахdконв.м0,15Ширина стенки трубопровода в конвекторахSст.труб.кон.м0,00012Длина трубопровода проходящего в конвектореlтр.кон.м0,45Количество пластинNпл.шт.50Количество труб, проходящих в конвектореNтр.шт.2Конвектор 3Сортамент трубопровода в конвекторах-ммСталь 15x1.2Условный диаметр трубопровода в конвекторахdконв.м0,15Длина трубопровода, проходящего в конвектореSст.труб.кон.м0,00012Длина трубопровода, проходящего в конвектореlтр.кон.м0,45Количество пластинNпл.шт.100Количество труб, проходящих в конвектореNтр.шт.2

2.4 Электрический насос

Трехскоростные циркуляционные насосы Grundfos (см. рис) с 'мокрым ротором' серии UPS 100 предназначены для работы в системах отопления. Циркуляционные насосы Grundfos UPS 100 также применяются в системах охлаждения и кондиционирования воздуха, в специальном исполнении - в системах горячего водоснабжения. На рисунке 2.12 представлен электрический насос Grudnfos UPS 25-60.

Рисунок 2.11 - Grudnfos UPS 25-60

В применении циркуляционные насосы Grundfos UPS 100 удобны тем, что в зависимости от потребности с помощью простого и удобного переключателя можно установить необходимую частоту вращения вала двигателя. В таблице 2.6 представлены паспортные данные электрического насоса Grundfos UPS 100.

Таблица 2.6 - Паспортные данные

Насос выбирается по двум параметрам производительности и напору которые зависят друг от друга. Эта зависимость отображается графически в виде характеристики насоса. Вертикальная ось (ось ординат) отражает напор насоса (H), выраженный в метрах [м]. Экспериментальным путем построим характеристику насоса и сети применительно к лабораторной установке при разных условиях принуждения.

2.5 Помещение

В качестве приемника энергии в рассматриваемой ТС примем климатизируемое пространство в виде помещения 4 аудитории ВоГТУ (корпус №3). На рисунке 2.12 изображен план помещения в координатных осях.

Рис.2.12 - План климатизируемого помещения: А1, А2, А3, А4- ограждающие конструкции; Пл - пол; Пт - потолок; 1 - теплогенератор «Фисенко»; 2 - расширительный бак; 31 , 32- отопительные приборы «Комфорт» и «МС-140» соответственно; 4 - два теплоаккумулирующих бака; 5 - осветительные приборы; 6 - ПЭВМ; 7 - группа учебных парт; 8 -раковина сантехническая; 9 - учебная доска; 10 - блок автоматики

Геометрические размеры (площади) взаимодействующих поверхностей , м2, приведены в табл. 2.7.

Таблица 2.7 - Матрица площадей элементов в помещении

Усл.о.A1A2A3A4ПлПтДОДвS,м218,24252517,220201,82,8123132456780,040,030,780,781,780,841,10,610,1

Геометрические характеристики ограждающих конструкций определялись в соответствии с правилами обмера ограждающих конструкций. Расстояние от уровня чистого пола первого этажа до уровня чистого пола второго этажа - 5 м2; расстояние между осями внутренних стен - 4 м2; площадь окна и двери определялись по наименьшему размеру проемов в свету. Съем информации о геометрических показателей остальных элементов, осуществлялся с помощью линейки и лазерного дальномера «MakitaLD060P».

На рисунке 2.13 приведена схема координатных точек в помещении, в которых проводятся измерения температуры и плотности теплового потока с помощью приборов описанных в разделе приборная база.

Рисунок 2.13 - Схема координатных точек в помещении

В задачи исследования энергетического состояния блока №6 входят следующие экспериментальные работы: измерение влажности и температуры воздуха в помещении и температур поверхностей его ограждающих конструкций - Tст1, Tст2, Tст3, Tст4, потолка Tпт., пола Tпл. и наружных поверхностей стенки радиатора Tрад1 и Tрад2 (см. рис2.14). Выше перечисленные параметры были измерены с помощью термогигрометра Testo 625 и пирометра Testo 845, тепломера ИПП2 (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.8 -Время включения и выключения установки

Наименование операцииВремяНачалоокончаниеЦиркуляция теплоносителя по контуру экспериментальной установки без источника12:3513:10Циркуляция теплоносителя по контуру экспериментальной установки с источником13:1014:30

Таблица 2.9 - Изменение тепловлажностных параметров помещения во времени

τφпомTпом.tст1tст2tст3tст4Tпл.Tпт.Tбат.1Tбат.2φнарTнар.мин.%ºCºCºCºCºCºCºCºCºC%ºC038,326,92323,521,52424,52255,555,548,36,9038,326,92323,521,52424,52255,555,548,36,91537,727,323,523,521,52424,522565647,77,331538,727,523,52421,52423,521,5565648,77,561540,527,6242421,52423,521,5565650,57,664040,227,424242224,52422,556,55650,27,4Примечания:

Влажность воздуха в помещении определяется гигрометром;

Температура воздуха в помещении определяется с помощью встроенного термометра в гигрометр;

Температура поверхностей элементов помещения определяется с помощью пирометра.

Ход эксперимента:

.Производились измерения в начальный момент времени τ=0с при отключенном состоянии установки

.Производились измерения при работающем электрическом насосе, на котором заранее выставлен режим работы (I/II/III скорость)

.Включается подача электрического тока на электродный теплогенератор. За время нагрева τ=15с три работающих ТВэЛа нагревают воду до выставленного на электрическом автомате уровня t=50град. После чего автомат отключается и производятся измерения.

.Производились измерения после остывания установки через промежуток времени τ=300с

.Включается подача электрического тока на электродный теплогенератор. За время нагрева τ=25с три работающих ТВэЛа нагревают воду до выставленного на электрическом автомате уровня t=90град. После чего автомат отключается и производятся измерения.

.Производились измерения после остывания установки через промежуток времени τ=300с

.В итоге длительность эксперимента составляет 640 с (таб.3.43)

По данным таблицы 2.9 построены графики и их аппроксимационные зависимости, рисунок (2.15, 2.16).

Результаты эксперимента также представлены на рисунках.

На рисунке 2.14 приведен график зависимости температуры воздуха помещения от времени. По графику видно, что с течением времени температура воздуха возрастает. Это можно объяснить присутствием людей в количестве 11 человек и работой установки.

Рисунок 2.14 - Функция температуры воздуха в помещении от времени. Время эксперимента τ=640с. Диапазон изменения температуры от 25,2 до 26,7ºС

Линия тренда I=f(τ): y = -3E-15x6 + 6E-12x5 - 5E-09x4 + 2E-06x3 - 0,0004x2 + +0,0311x + 25,32

R² = 0,9601

На рисунке 2.15 приведен график зависимости влажности воздуха в помещении от времени. По графику видно, что с течением времени влажность воздуха в помещении возрастает. Это объясняется присутствием людей в помещении.

Рисунок 2.15 - Функция влажности воздуха в помещении от времени. Время эксперимента τ=640с. Диапазон изменения вл. воздуха от 26 до 38%

Линия тренда I=f(τ): y = -2E-14x6 + 4E-11x5 - 3E-08x4 + 1E-05x3 - 0,0023x2 + 0,195x+29,471 R² = 0,9029

.6 Приборная база

.6.1 Тепловые параметры

Теплосчетчик СТ 10 (в дальнейшем теплосчетчик) предназначен для учета тепловой энергии (количества теплоты), параметров и расхода (объема) теплоносителя в системах теплоснабжения.

Теплосчетчик служит для обеспечения хозрасчетных операций (коммерческого учета) за теплоснабжение, горячее и холодное водоснабжение. Питание вычислителя теплосчетчиков осуществляется от автономного источника - литиевой батареи. Характеристики теплосчетчика указаны в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Технические характеристики

НаименованиеЗначениеТеплоносительВода по СНиП 2.04.07-86Диапазон температур теплоносителя (t) oC5-150Диапазон разности температур теплоносителя. оС5-145Давление воды не более. МПа1,6Напряжение питания литиевой батареи. В3,65Работоспособность от одной батареи. летДо 5Условный диаметр счетчика воды, мм15+500Класс точности при измерении тепловой энергии по ГОСТ Р 51649-2000 при Δtн=3 oCКласс СПределы допускаемой относительной погрешности при измерении объема (Qt ≤Q≤Qmax),%+-2Пределы допускаемой абсолютной погрешности теплосчетчика при измерении температуры теплоносителя, оС-+1,2Средний срок службы не менее ,лет12

Устройство и работа теплосчетчика.

Принцип работы теплосчетчика состоит в измерении расхода (объема) водосчетчиками, а также температур теплоносителя термопреобразователями в подающем и (или) обратном трубопроводах систем теплоснабжения, и последующем определении тепловой энергии, объема и других параметров теплоносителя путем обработки результатов измерений вычислителем.

В зависимости от заказа выбирается тип вычислителя, а также количество счетчиков и термопреобразователей, обеспечивающих определение теплосчетчиком всех требуемых параметров. Вычислители имеют автономное питание от литиевой батареи.

Перед началом эксплуатации необходимо запрограммировать тепловычислитель либо с помощью ПК, либо вручную, непосредственно на объекте, где он будет использоваться. Затем нужно проверить правильность монтажа в соответствии с РЭ на составные части теплосчетчика. При опробовании теплосчетчика проверяют функционирование задействованных каналов измерения расхода, температуры. Во время введения в действие счетчиков (расходомеров-счётчиков) воды удаление воздуха и заполнение системы следует выполнять постепенно, не допуская гидравлических ударов, которые могут вызвать повреждение счетчиков воды.

Теплосчетчик начинает работу с момента окончания всех монтажных операций и начала циркуляции теплоносителя. Опробование теолосчетчика проводят в рабочих режимах, при которых измеряемые параметры находятся в пределах диапазонов, указанных в РЭ на теплосчетчик, в условиях узла учета тепловой энергии. В систему подают теплоноситель и контролируют по показаниям тепловычислителя значения тепловой энергии, объема, расхода, температуры и разности температур. Теплосчетчик считают работоспособным, если выполняются условия работоспособности каждой его составной части, показания контролируемых параметров расхода, температуры и разности температур устойчивы и находятся в пределах диапазонов показаний, указанных в РЭ, а показания значений тепловой энергии и объема увеличиваются в нарастающем порядке.

Аналогово- цифровой преобразователь

Устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал <#"justify">Таблица 2.11 - Технические характеристики АЦП

НаименованиеЗначениеТип модуляАЦПКоличество аналоговых входов АЦП2Тип аналоговых входов АЦПдифференциальные (1 по напряжению, 1 по току)Максимальная частота выборки10 ГцРазрешение АЦП16 битНапряжение изоляции аналоговых входов3000 ВВходной диапазон по напряжениюот -150 ~ +150 мВ до -10 ~ +10 ВВходной диапазон по току-20 ~ +20 мАПолоса пропускания5.24 ГцТочность аналогового ввода0.05%Входной импеданс при измерении напряжения30 кОмВходной импеданс при измерении тока125 Ом (необходим внешний шунт 125 Ом)Каналы цифрового ввода1Изоляция цифрового вводанетКоличество каналов цифрового вывода2 с ОКИзоляция цифрового выводанетНаименованиеЗначениеНапряжение логического "0"+1 В (макс)Напряжение логической "1"+3.5 ~ +30 ВМаксимальная нагрузка30 В, 30 мАНапряжение питания+10 ~ +30 ВПотребляемая мощность1.9 ВтЖК индикатор1/2 цифр

Термоэлектрический преобразователь

В данном подразделе приведены основные технические характеристики преобразователя термоэлектрического (далее ТП), а также рекомендации по правильному выбору термопреобразователей, их установке, подключению и обслуживанию. На рисунке представлен термоэлектрический преобразователь.

Рисунок 2.16 - Термоэлектрический преобразователь

Термоэлектрический эффект - генерирование термоэлектродвижущей силы, возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи. Термопара - два проводника из разнородных материалов, соединенных на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Основные технические характеристики хромель-алюмелевой термопары приведены в таблице 2.12.

Таблица 2.12 - Технические характеристики хромель-алюмелевой термопары

Тип ТПКласс допускаДиапазон измеряемых температур, °СПредел допускаемого отклонения от НСХ, °СХромель-алюмелевый ХА (K)1-40…+375 +375…+1000±1,5 ±0,0042-40…+333 +333…+1200±2,5 ±0,00753-200…-167 -167…+40±2,5 ±0,0075

Термопара хромель-алюмель ХА(K) обладает наиболее близкой, к прямой термоэлектрической, характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9...10%Сг; 0,6...1,2%Со; алюмель (НМцАК) - 1,6...2.4%Al, 0,85...1,5%Si, 1,8...2,7%Mn, 0.6...1.2%Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля. Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термо-ЭДС термопары хромель - алюмель от температуры в диапазоне 0...1000°С, ее часто применяют в терморегуляторах [15].

2.6.2 Гидравлические параметры

Счетчики воды крыльчатые модернизированные ВСКМ 90, с диаметром условного прохода 15 и 20 мм, изготовленные по ТУ 4213-001 - 77986247-2005, предназначены для измерения объема сетевой и питьевой воды, протекающей в подающих и обратных трубопроводах закрытых и открытых систем теплоснабжения, системах холодного и горячего водоснабжения при температуре от 5 до 90°С, и давлении до 1,0 МПа (10 кгс / См кв.).

Примечание: Пределы допускаемой относительной погрешности счетчика не должны превышать:

+-5% от минимального расхода до переходного расхода

+-2% от переходного до максимального расхода.

Таблица 2.13 - Технические характеристики счетчика воды ВСКМ 90

Технические характеристикиИзмеряемая средапитьевая вода по ГОСТ Р 51232давление измеряемой средыне более 1 МПа (10 кгс/см2)Температура окружающего воздухаот 5 до 60°Сотносительная влажность окружающего воздухадо 98 %.Потеря давленияне более 0,1 МПа

Таблица 2.14 - Основные параметры

. Под минимальным расходом qmin понимается расход, на котором счетчик имеет относительную погрешность 5% и ниже которого относительная погрешность не нормируется.

. Под переходным расходом qt понимается расход, на котором счетчик имеет погрешность 2,0%, а ниже которого 5,0%.

. Под номинальным расходом понимается расход, равный 0,5 с.

. Под максимальным расходом qmax понимается расход, при котором счетчик может работать не более 1 часа в сутки с погрешностью +-2%.

. Под порогом чувствительности понимается расход, на котором крыльчатка приходит в непрерывное вращение.

. Значения минимального и переходного расходов даны для счетчика, устанавливаемого на горизонтальном трубопроводе циферблатом вверх (вертикальное расположение оси крыльчатки).

Устройство и принцип действия.

. Принцип работы счетчика состоит в измерении числа оборотов крыльчатки, вращающейся под действием протекшей воды.

. Поток воды подается в корпус счетчика, поступает в измерительную полость, внутри которой на специальных опорах вращается крыльчатка. Вода, пройдя зону вращения крыльчатки, поступает через выходное отверстие в выходной патрубок. Количество оборотов крыльчатки пропорционально количеству протекшей воды. Непосредственно на оси крыльчатки закреплена ведущая магнитная муфта передающая вращение ведомой муфте, которая находится в счетном механизме. Ведомая муфта и счетный механизм отделены от измеряемой среды разделительным стаканом. Масштабирующий редуктор счетного механизма приводит число оборотов крыльчатки к значениям протекшей воды в м3. Счетный механизм имеет восемь барабанчиков для указания количества м3 и долей и один стрелочный указатель для определения долей м3. На шкале счетного механизма имеется сигнальная звездочка, обеспечивающая повышение разрешающей способности счетчика.

. Счетный механизм герметичен и защищен от воздействия магнитного поля.

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.