УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛООБМЕННИКОВ
DEVICE FOR HEAT EXCHANGER OPERATION PARAMETER MEASUREMENT

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения рабочих характеристик теплообменников.
Известен электродный котел (см. патент РФ №2279605, опуб. 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 генерируемого и рассеиваемого теплового потока. Для повышения точности измерений производится компенсация падения давления в системе посредством компрессора. Недостатком данного изобретения является низкая производительность процесса измерения и вычисления параметров теплопередачи и ограниченность измеряемых им параметров и диапазонов.
Известно устройство для измерения теплоэффективности теплообменников (Патент на изобретение РФ №2352925 C1, 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 данного изобретения также является ограниченность измеряемых им параметров и диапазонов.
Технический результат изобретения - повышение производительности процесса, увеличение диапазонов измеряемых величин и расширение функциональных возможностей устройства.
Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения рабочих характеристик 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 циркуляционный насос, выход которого связан со входом теплообменника, а вход циркуляционного насоса связан с выходом парогенератора, расходомеры жидкости и газа, установленные на входных трубопроводах, датчики давления и температуры теплоносителей, установленные на входе и выходе теплообменника, функционально соединенные с измерительно-вычислительным блоком, причем выход теплообменника связан со входом парогенератора.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения рабочих характеристик теплообменников.
Устройство содержит корпус парогенератора 1 с крышкой 2, покрытые слоем теплоизоляции 3, электроды 4 с проходными изоляторами 5, теплообменник 6, вход которого соединен трубопроводом 7 с выходом корпуса парогенератора 1, а выход - трубопроводом 8 со входом корпуса парогенератора 1. К нижней части корпуса парогенератора 1 присоединена расширительная емкость 9 с вентилями для заправки контура водой 10.1 и подачи или выпуска воздуха 10.2. Расширительная емкость 9 расположена выше уровня спускного воздушного вентиля 10.3, расположенного на теплообменнике 6. Нижняя часть корпуса парогенератора 1 снабжена вентилем 10.4 для слива воды из контура, а крышка 2 имеет отверстие, соединенное с вентилем 10.5 для спуска воздуха из верхней части корпуса парогенератора 1. Электропитание и управление элементов устройства, а именно: электродов 4, циркуляционного насоса 11, вентилятора 12, осуществляется со шкафа управления 13, а регистрация и вычисление параметров рабочего процесса теплообменника 6 осуществляется посредством измерительно-вычислительного блока 14, соединенного электрически со шкафом управления 13, электродами 4, датчиками давления 15.1-15.5, датчиками температуры 16.1-16.4, расходомерами теплоносителей 17.1 и 17.2. Датчики давления 15.1-15.5 и датчики температуры 16.1-16.4 установлены на входе и выходе теплообменника 6.
Устройство для измерения рабочих характеристик теплообменников работает следующим образом. Перед началом работы с помощью вентиля 10.1 систему, состоящую из элементов 1, 6, 7, 8, и 9, заполняют водой, причем вентили 10,2, 10.3 и 10,5 остаются в открытом состоянии. Сливной вентиль 10.4 при этом закрыт. После вытеснения воздуха водой из элементов системы вентили в последовательности - 10.5, 10.3, 10.1 и 10.2 закрывают. Вентиль 10.6 остается открытым и служит для регулирования давления в системе в зависимости от требуемого давления (разрежения), которое достигается при помощи внешних устройств (на чертеже не указаны). Электропитание (переменное напряжение 220 (380) В) со шкафа управления 13 подают на электроды 4 и электропривод циркуляционного насоса 11, в результате чего происходит нагрев воды в замкнутом контуре и элементов конструкции. Электрическая мощность (тепловой поток), развиваемая электродным узлом, должна быть больше, чем максимальная тепловая нагрузка на теплообменнике 6 (вентилятор 12 включен с максимальной производительностью). После прогрева устройства для измерения рабочих характеристик теплообменников до температуры кипения происходит парообразование, в результате чего паровая фаза П (тепловая нагрузка минимальная, вентилятор 12 выключен) вытесняет жидкую фазу воды Ж в расширительную емкость 9 (объем которой существенно больше объема образовавшейся паровой фазы). Постоянство тепловой нагрузки на теплообменнике 6 предлагаемого устройства приводит к установлению баланса генерируемой и рассеиваемой мощности (теплового потока) в условиях стационарной теплоотдачи при постоянной разности температур между достаточно большим объемом охлаждаемой среды (замеры можно проводить на открытом воздухе, вне помещения) и нагретыми до рабочей температуры поверхностями устройства.
1
1
Для измерения теплового потока при изменении характера движения охлаждающей среды, происходящего при моделировании заданной тепловой нагрузки посредством вентилятора 12, необходимо включить привод вентилятора (это может быть двигатель постоянного тока или другой привод с возможностью изменения частоты вращения), выдержать предлагаемое устройство до момента достижения им баланса рассеиваемой и генерируемой мощности и произвести регистрацию полученных значений q=P.
0
0
1
1
W
L
W
L
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mi>W</mi><mrow><mtext>вх</mtext></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mtext>W</mtext><mrow><mtext>вых</mtext></mrow></msubsup><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mi>L</mi><mrow><mtext>вх</mtext></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mtext>L</mtext><mrow><mtext>вых</mtext></mrow></msubsup></mrow>
Посредством измерительно-вычислительного блока 14 производят измерение и регистрацию значения теплового потока q=P, q=Р рассеиваемого теплообменником 6 по показанию ваттметра W; значение гидравлического и аэродинамического напоров теплоносителей Δp и Δp; температур: воды на входе
и выходе
а также охлаждающего воздуха на входе
и выходе
теплообменника 6. Дополнительно измеряют и регистрируют значения расходов воды G и воздуха G.
Измерение значений тепловых потоков и других параметров при других тепловых нагрузках и режимах движения теплоносителей производится аналогично.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемое устройство позволяет повысить производительность процесса за счет регистрации параметров и их обработку измерительно-вычислительным блоком, увеличить диапазон измеряемых величин и расширить функциональные возможности устройства, т.е. измерить тепловой поток при различных режимах гидравлического и аэродинамического движения теплоносителей и в интервалах исследуемых характеристик.