Расчетно-экспериментальное исследование работы электродного котла

Тип:
Добавлен:

Содержание

Введение

1. Обзор электродных котлов

1.1 Общие сведения

1.2 Обзор электродных водонагревателей

2. Описание лабораторно-вычислительного комплекса

2.1 Электродный котел

2.2 Тепловая сеть

2.3 Конвектор

2.4 Электрический насос

2.5 Помещение

2.6 Приборная база

2.6.1 Тепловые параметры

2.6.2 Аналогово - цифровой преобразователь

2.6.3 Термоэлектрический преобразователь

2.6.4 Гидравлические параметры

2.6.5 Электрические параметры

3. Исследование тепломеханической энергии в проточной части котла

3.1 Аналитический расчет

3.1.1 Определение эквивалентного количества теплоты, выделяемое одним ТВэЛом

4. Общие сведения о проведении лабораторного практикума

4.1 Инструкция по проведению опытов

4.2 Алгоритм включения ЭТКГ в работу

4.3 Механическая энергия теплоносителя в сечениях ЭТГ

4.4 Тепловой баланс котла

4.5 Расчет коэффициента эффективности электродного котла

4.6 Исследование зависимости КПД электрического насоса от расхода жидкости

5. Компьютерное моделирование

5.1 Описание программы Ansys Fluent

5.1.1 Последовательность моделирования, граничные условия

5.2 Выводы

6. Экономическая часть

6.1 Постановка проблемы

7. Автоматизация

7.1 Описание схемы электропитания лабораторного стенда

7.2 Оценка погрешности измерения

7.3 Вероятная ошибка отдельного измерения

7.4 Средняя абсолютная арифметическая ошибка отдельного измерения

8. Безопасность жизнидеятельности при проведении лабораторных работ

Заключение

Список использованных источников

Введение

Принцип получения энергии в виде электрической и тепловой ее форм страдают недостатком в том, что термический К. П, Д, находится на уровне 30-40 % для самых разнообразных установок с помощью которых осуществляется выработка тепловой и электрической энергии. Для цикла Ренкина для перегретого пара теоретический к. п. д. составляет 60%, а в действительности 40%. То есть в среднем до 60 % выбрасываем в окружающую среду. Чтобы понять почему, так происходит надо более эффективно изучать происходящие процессы, применяя новые теории моделирования систем.

Предлагается методика численного эксперимента, посвященного сравнению электротеплогидравлических и электротепловых систем отопления посредством коэффициента, характеризующего их удельное энергоценовое состояние, позволяющего определить наиболее выгодную для потребителя систему децентрализованного отопления.

В моей дипломной работе рассматривается определение эффективности работы электродных котлов в децентрализованной системе теплоснабжения. В ходе экспериментальных исследований единовременно снимаются показания с термопар, пирометров, термоманометров, гигрометра, цифровых амперметров, вольтметров и электронных счетчиков электрической энергии. Так же приводится описание системы децентрализованного теплоснабжения с электродным источником, основные этапы обработки экспериментальной информации, аналитическое выражение, обобщающее первый и второй начала термодинамики и методика определения коэффициентов Куэс Вт/ (м2*град) - удельный коэффициент энергетического пространства состояния. Рассматриваемые коэффициенты позволят оценить эффективность работы блоков системы на каждом этапе преобразования и трансформации энергии и всего устройства в целом, а также оценить удельные материальные затраты на единицу выработанной тепловой энергии.

Основные задачи работы:

провести обзор существующих электродных котлов

произвести описание лабораторно вычислительного комплекса.

Определить тепломеханическую энергию в проточной части котла по сечениям

Определить эквивалентное количество теплоты, выделяемое одним ТВэЛом

Провести натурные испытания

Сделать компьютерное моделирование

В ходе выполнения работы экспериментально-расчетным путем изучаются основные виды преобразования энергии в электродном котле, энергетическое состояние каждого элемента рабочей схемы и их взаимодействие, приборная база и методы получения и обработки экспериментальной информации для определения не только основных термодинамических параметров установки, но и помещения в которой она помещена. Структурируемый блочный подход позволяет охарактеризовать эффективность работы не только каждого элемента и установки в целом, но и отследить межблочные связи и связи с параметрами помещения, а следовательно и с параметрами наружной среды, в которой помещение находится.

Особенностью исследования является, то что основная приборная потоковая и температурная идентификация энергетического состояния установки ведется с помощью контактных измерителей плотности потоков теплоты и температуры. Практически отсутствуют измерения температуры элементов установки с помощью термопар. Обработка численных экспериментальных результатов ведется аналитическими, графическими, и численными методами. Поля потоков теплоты от каждого блока энергетической установки на основании интегрирования или осреднения в пространстве и во времени позволяют определять обобщенные удельные тепловые характеристики каждого блока и всей системы в целом. Гидравлические и аэромеханические характеристики системы измеряются с помощью манометров и термоанемометров. Затраты электрической энергии на диссипационные процессы в теплогенераторе и на привод насоса измеряются с помощью цифровых электрических счетчиков, амперметров и вольтметров.

электродный котел проточная часть

1. Обзор электродных котлов

Проблемой оптимизации работы электродных водонагревателей, повышением их надежности занимались А.М. Шувалов, Н.Г. Шишинина, А.П. Ильин, Д.Н. Кунков, Е.Н. Горенко, С.А. Побегалов, С.А. Корчегин, Е.Б. Миронов, В.В. Фисенко.

октября 2009 г. Президентом РФ подписан Федеральный закон № 261 - ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" [87]. Данный документ является основой политики страны в области энергосбережения во всех отраслях экономики, в том числе и в строительстве.

К важным документам по рассматриваемому вопросу следует отнести "Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года", утверждённые распоряжением Правительства Российской Федерации от 8 января 2009 г. N 1 - р [89]. В соответствии с этим документом устанавливаются следующие значения целевых показателей объема производства и потребления электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии (кроме гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт):

в 2010 году - 1,5 процента;

в 2015 году - 2,5 процента;

в 2020 году - 4,5 процента.

1.1 Общие сведения

Для отопления индивидуальных жилых домов и для нагрева воды в сельском хозяйстве широко используют электродные котлы и электродные водонагреватели. Основные их достоинства:

постоянная готовность к действию;

возможность получения различной производительности;

возможность автоматического управления параметрами воды.

Электродные нагреватели.

Электродный нагреватель представляет собой систему электродов, предназначенных для ввода электрического тока в нагреваемую среду при прямом электронагреве материалов.

Электродный нагрев применяют для ионных проводников (проводников второго рода): воды, молока, соков, сочных кормов, почвы, бетона и др.

Достоинством прямого электродного нагрева является простота устройства, объемный нагрев материала, большая скорость нагрева и высокий КПД. Недостаток - повышенная электроопасность и зависимость производительности от электропроводности среды. Электроды изготавливают из углеродистой и нержавеющей стали, а также графита или угля. Во избежание электролиза нагреваемой среды используют только переменный ток. Наибольшее распространение в сельском хозяйстве электродный нагрев получил в водогрейных и паровых котлах, а также для нагрева сельскохозяйственных продуктов, содержащих воду.

Вода без примесей практически не проводит электрический ток. Проводимость "обычной" воды обусловлена наличием растворенных солей, кислот и щелочей, молекулы которых в воде диссоциируют на ионы.

Элементные нагреватели.

Элементное нагревательное устройство представляет собой трубчатый электронагреватель (ТЭН), предназначенный для преобразования электрической энергии в тепловую.

Трубчатый электронагреватель состоит из металлической трубки, внутри которой в электроизоляционном наполнителе запрессована нихромовая спираль. Концы спирали привариваются к выводным контактным стержням. Материал трубок выбирают в зависимости от назначения нагревателя. Так, для нагревания воздуха используются стальные трубки, а для нагревания воды - трубки из красной меди, латуни или нержавеющей стали.

Наполнители трубчатых элементов служат для электрической изоляции спирали от металлической трубки и являются проводниками тепла. В качестве наполнителей применяются электроизоляционные материалы, обладающие достаточной теплопроводностью для передачи тепла от проволочной спирали к стенкам трубки. К таким материалам относятся кварцевый песок (применяется при рабочей температуре трубки до 450 "С) и периклаз (при температуре свыше 450°С). После засыпки наполнителя трубку спрессовывают. Под большим давлением наполнитель превращается в твердый монолитный материал, надежно фиксирующий и изолирующий спираль внутри трубки.

Спрессованная трубка может быть изогнута для придания нагревателю необходимой формы. В частности, в водонагревателях применяются ТЭНы U-образной формы. Торцы трубки герметизируются огнеупорным составом и изолирующими пробками. При включении ТЭНа нихромовая спираль раскаляется и отдает тепло металлической трубке и далее нагреваемой среде, т.е. осуществляется косвенный нагрев среды. Срок службы ТЭНов заводского изготовления составляет более 10000 ч. Наибольшая рабочая температура наружной поверхности ТЭНов около 700°С.

1.2 Обзор электродных водонагревателей

В России и в ближнем зарубежье электродные котлы выпускаются фирмами:

. "Галан" мощностью от 0.5 до 50 кВт, которые предназначены для отопления зданий и сооружений (рисунок 1.1).

. "Электрокотлы" мощностью от 2 до 120 кВт (рисунок 1.2).

. "Луч" (Украина) мощностью от 2 до 27 кВт (рисунок 1.3).

. Водонагреватели типа ЭПЗ мощностью 3; 6; 25; 100; 250 кВт, которые предназначены специально для сельского хозяйства (рисунок 1.4). В данных ЭВН обеспеченно регулирование мощности в большом диапазоне от 25 до 100% номинального значения

. Парогенераторы электродные ЭПГ фирмы ООО НПП "Теплотехника".

. Электродные котлы компании "ION" (Украина)

. Электродные котлы фирмы ООО "Градиент". В данной работе исследуется электродные теплогенератор фирмы "Фисенко" (рисунок 1.5).

Теоретические основы работы аппаратов Фисоник, как новое научное направление в термодинамике двухфазных потоков, были разработаны профессором Фисенко В.В. в начале 70-х годов (см. статью "Новое в термодинамике двухфазных потоков" в разделе профессора Фисенко В.В.).

Рисунок 1.1 - Электродный котел фирмы "Галан"

Рисунок 1.2 - Электродный котел фирмы "Электрокотлы"

Рисунок 1.3 - Электродный котел фирмы "Луч"

Рисунок 1.4 - Электродный котел Водонагреватели типа ЭПЗ

Рисунок 1.5 - Электродный котел фирмы "Фисенко"

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

Рисунок 1.3 - Фотография электродного котла: 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.

Потоковый граф энергетической системы установка-помещение.

На рисунке 1.4 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.

Рисунок 1.4 Потоковый граф 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.

Измерения температуры и влагосодержания воздуха в помещении проводятся при закрытой двери.

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.1.2).

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 в тепловую энергиютеплогенератор (ТГ)"Фисенко" (рисунок 2.5). Технические характеристики ТГ сведены в таблицу 2.1.

Рисунок 2.1 - 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" (см. рис.2.1) 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.

На рисунке 2.2 показан поперечный разрез схемы электродного котла с термопарами, с помощью которых ведется оценка его термического состояния в системе координат ХОУ. Система координат позволяет разместить в поперечном сечении конечноразностную сетку "шаблон" с целью решения краевых задач тепломассопереноса для жидкого теплоносителя внутри металлического корпуса, стенки, воздушной среды, в которую он помещен

Схема теплогенератора с указанием контрольных точек для термопар, геометрических высот по сечениям теплогенератора и принципиальная схема тепловыделяющих элементов представлены на рисунках3.1-3.6 Результаты измерений приведены в таблице 2.1.

Рисунок 2.2 - Схема расположения точек, в которых проводились измерения температуры и плотности теплового потока на ТТ

Рисунок 2.3 - Геометрические параметры теплогенератора - Геометрические характеристики блок №1 "Теплогенератор" представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1 Технические характеристики ТГ

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

Рисунок 2.4 - Принципиальная схема тепловыделяющих элементов

Полученные экспериментальные данные по температурам на наружной поверхности корпуса теплогенератора оформляются в виде таблицы.

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.

Рисунок 2.5 - 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

2.3 Конвектор

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; тT31, T32, T33, T34 - точки съема информации

Геометрические характеристики конвекторов сведены в таблицу 2.3.

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).

Рисунок 2.7 а). Принципиальная схема расположения точек (Т1; Т2; Т3; Т4; Т5) на конвекторе, в которых проводились измерения температуры пирометром

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 3.19 изображены наружные температуры на конвекторах, измеренные с помощью пирометров.

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 2.5 и на рисунках 2.9,2.10.

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

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 3.20)

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.

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.

Таблица 2.6 - Паспортные данные

МаркаGrunfos UPS 25-60Корпус насосачугунРабочее колесо: Составной, PES/PPДиапазон температур жидкости,°C2.110монтажМакс. окр. среды при темп-ре жидкости 80 oC,°CМакс. рабочее давление, бар. 10Соединение трубG 1 1/2Допустимое давлениеPN 10Монтажная длина, мм. 180Данные электрооборудованияПодводимая мощность, Вт: при скорости 1: при скорости 2: при скорости 3: 50 60 70Промышленная частота, Hzм50Номинальное напряжение, В1 x 230 VТок при частоте вращения 1, А0.22Ток при частоте вращения 2, А0.27Макс. Ток, А0.3Размер конденсатора - работа, мкФ. 2.5Класс защиты (IEC 34-5) IP44Класс изоляции (IEC 85) FМаркировка энергоэффективностиC

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

На рисунке 2.12 приведена схема координатных точек в помещении, в которых проводятся измерения температуры и плотности теплового потока с помощью приборов описанных в разделе приборная база.

Рисунок 2.12 - 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.

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. рис. 3.35). Выше перечисленные параметры были измерены с помощью термогигрометра Testo 625 и пирометра Testo 845, тепломера ИПП2 (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.7 - 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 2.8 - Изменение тепловлажностных параметров помещения во времени

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

Примечания:

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 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.2.8)

По данным таблицы 2.8 построены графики и их аппроксимационные зависимости, рисунки (2.14,2.15).

Результаты эксперимента также представлены на рисунках.

На рисунке 3.36приведен 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

2.6 Приборная база

2.6.1 Тепловые параметры

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

Рисунок 2.16 - Теплосчетчик СТ10

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 2.9.

Таблица 2.9 - 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 теплосчетчика 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.

2.6.2 Аналогово - цифровой преобразователь

Устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал) - аналогово-цифровой преобразователь.

В качестве устройства преобразующего электрические импульсы идущие от термопреобразователей сопротивления применяется аналогово-цифровой преобразователь ICPCON I-7014 (4.11). После получения потока данных модуль выполняет следующие действия:

Рисунок 2.17 - Аналогово-цифровой преобразователь

. Выделяет из потока данных пакеты данных, т.е. данные которые возвращает компьютер.

. Проверяет ответ компьютера на наличие признаков начала и/или окончания пакета данных, а также его длину.

. Если включена контрольная сумма, то проверяет ее.

. Проверяет время ожидания ответа. Если время ожидания превышено, то игнорирует пакет данных.

. Если пакет данных прошел проверку, то модуль разделяет пакет данных на переменные.

Модуль управляется удаленно с помощью набора команд, которые называются протоколом DCON. Обмен данными между модулем и управляющим компьютером (хостом) осуществляется в формате ASCII через двунаправленную линию связи стандарта RS-485.

Этот модуль запроса и обработки данных позволяет считывать и обрабатывать текущие значение из различных DAQ модулей. Модуль обработки данных может проверять контрольную сумму пакетов данных и преобразовывать пакеты данных в переменные.

Описание технических характеристик, возможностей и необходимых минимальных условий для полноценной работы преобразователя термоэлектрических импульсов приведено в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - 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 выводанетНапряжение логического "0"+1 В (макс) Окончание табл.4.9НаименованиеЗначениеНапряжение логической "1"+3.5 ~ +30 ВМаксимальная нагрузка30 В, 30 мАНапряжение питания+10 ~ +30 ВПотребляемая мощность1.9 ВтЖК индикатор1/2 цифр

2.6.3 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.

Рисунок 2.18 - 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 2.11.

Таблица 2.11 - 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].

2.6.4 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 2.12 - 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 2.13 - Основные параметры

Наименование основных параметров и размеровНорма для счетчика диаметром условного прохода Ду=20 ммРасход воды, м3/ч20минимальный,qmin0,05переходный,qt0, 20номинальный,qn2,50

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.