Устройство для измерения теплового потока теплообменников
DEVICE FOR MEASURING HEAT FLOW OF HEAT EXCHANGERS

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения теплового потока.
Известен электродный котел (см. патент на изобретение №2279605 С1, F22B 1/30, 10.07.2006, Бюл. №19), включающий теплоизолированный корпус с крышкой, изоляторы с электродами, теплообменник с трубопроводами и расширительную емкость с манометром, соединенную патрубком с нижней частью электродного котла. Измерение теплового потока производится измерительным прибором (амперметром) при стационарной теплоотдаче в условиях баланса генерируемой и потребляемой мощности. Для повышения точности измерений производится компенсация падения давления в системе посредством компрессора.
Известно устройство для измерения теплового потока (см. патент на изобретение №2352925, G01N 25/18, 20.04.2009, Бюл. №11), включающее теплоизолированный корпус с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса, расширительную и нагревательную емкости, измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами и датчиком давления, установленным в теплоизолированном корпусе, причем теплоизолированный корпус является расширительной емкостью, в которой расположена нагревательная емкость с возможностью перетока жидкости.
Недостатком устройств, как измерителей теплового потока, является низкая производительность вследствие необходимости переустановки теплообменников при измерении теплового потока, имеющих конструктивные или технологические различия. Другим недостатком этих устройств является наличие тепловых и иных потерь, возникающих в процессе переустановки теплообменников (горячая вода, электроэнергия).
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности устройства, а именно процедуры измерения и сравнения теплового потока при необходимости испытания теплообменников с конструктивно-технологическими различиями, а так же ресурсосбережение.
Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения теплового потока теплообменников, включающее теплоизолированный корпус парогенератора с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса парогенератора, расширительную емкость, измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами, содержит, по крайней мере, два теплообменника, входы которых установлены на одном уровне и соединены напорными трубопроводами с крышкой через коллектор, установленный вертикально выше уровня крышки, причем напорные трубопроводы снабжены запорными вентилями, а трубопроводы, соединяющие выходы теплообменников и нижнюю часть корпуса парогенератора, являются обратными.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства.
Заявляемое устройство, представляющее собой теплофикационную систему, содержит теплоизолированный корпус 1 с крышкой 2, изоляторы 3 и электроды 4, коллектор 5, теплообменники Т1 и Т2, напорные 6.1, 6.2 и обратные 7.1, 7.2 трубопроводы, запорные вентили 8.1 и 8.2, расширительную емкость 9 с манометром 10, крышкой 11 и вентилем 12, источник питания 13, измерительный блок 14.
Теплоизолированный корпус 1 для заполнения водой снабжен патрубком с вентилем 15, а для вытеснения воздуха в верхней части коллектора 5 (выше уровня теплообменников Т1 и Т2) имеется вентиль 16. Теплообменники Т1 и Т2 соединены с напорными и обратными трубопроводами посредством фланцевых соединений 17.1-17.4 с герметизирующими прокладками (возможны другие варианты герметичного соединения). Все элементы устройства, за исключением теплообменников, покрыты слоем теплоизоляции 18. При необходимости, для моделирования режима течения внешнего теплоносителя возможно использование вентиляторов с регулируемым электроприводом 19. Устройство работает следующим образом.
Перед работой теплообменники Т1 и Т2 закрепляются посредством фланцевых соединений 17.1-17.4 к напорным 6.1, 6.2 и обратным 7.1, 7.2 трубопроводам устройства. Запорные вентили 8.1 и 8.2 находятся в открытом состоянии. Спускной вентиль 16 и вентиль 12 в расширительной емкости так же находятся в открытом состоянии. С помощью патрубка с вентилем 15 система заполняется технической водой. После заполнения системы водой и вытеснения воздуха водой вентили 15 и 16 закрывают. С помощью источника питания 13 на электроды 4 подают рабочее переменное напряжение 220 (380) В, в результате чего происходит нагрев воды. Блок измерения 14 будет показывать постепенное увеличение мощности электродного узла. При достижении водой температуры кипения, дальнейший прогрев элементов устройства будет производиться в пароконденсатном режиме, о чем свидетельствует резкое расширение ее объема и вытеснение в расширительную емкость 9, где уровень заполнения можно контролировать по водомерному стеклу, а так же заметное колебание и снижение мощности по показаниям блока измерения 14. В результате прогрева теплофикационной системы за счет циркуляции нагреваемой воды и последующим ее парообразованием постепенно установится динамическое равновесие между паровой и конденсированной фазой в объеме теплоизолированного корпуса 1. В состоянии баланса генерируемой мощности электродного узла и рассеиваемым тепловым потоком в окружающую среду наружными поверхностями теплообмена теплообменников Т1 и Т2 блок измерения 14 покажет неизменное значение (стационарный режим) теплового потока в условиях естественной теплоотдачи при температурном напоре, создаваемом разницей температуры кипения (конденсации) и температуры окружающей среды. Причем температура кипения может быть установлена по табличным данным при создании соответствующего избыточного давления, регистрируемого манометром 10. Устройство готово к работе.
Для измерения теплового потока конкретного теплообменника, например, Т1, необходимо запорный вентиль 8.2 перевести в закрытое положение. При этом циркуляция теплоносителя по контуру теплообменника Т2 будет прекращена. Отсчет показаний теплового потока, реализуемого теплообменником Т1, производится на блоке измерения 14 в момент установления теплового равновесия (стационарный режим) при неизменных условиях эксперимента.
Измерение теплового потока теплообменника Т2 производится аналогичным образом. В этом случае вентиль 8.1 закрыт, а 8.2 открыт.
Сравнение тепловых потоков испытуемых теплообменников Т1 и Т2 осуществляется по разнице показаний блока измерения 14.
При необходимости измерения и сравнения тепловых потоков для других режимов течения внешнего теплоносителя (воздуха или другой среды, например, в условиях вынужденной конвекции) производится их моделирование за счет электровентиляторов 19. Методика измерения, при этом, принципиально не изменяется от вышеописанной.
Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемое устройство существенно повышает производительность устройства, а именно процедуры измерения теплового потока двух и более теплообменников, а так же сокращает потери ресурсов, обеспечивающих эти измерения.