ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД

Предлагаемая полезная модель теплогидравлического испытательного стенда относится к гелиотехнике, в частности может быть использована при создании теплогидравлических испытательных стендов, предназначенных для экспериментального определения теплотехнических характеристик солнечных коллекторов: их оптического кпд и обобщенного коэффициента тепловых потерь.
Известна схема теплогидравлического стенда с замкнутым контуром, включающая последовательно гидравлически соединенные между собой испытуемый солнечный коллектор, теплообменник-охладитель, обеспечивающий сброс тепла переданного к теплоносителю в солнечном коллекторе, циркуляционный насос, проточный термостат, вентиль для регулирования гидравлического сопротивления контура и соответственно расхода теплоносителя в нем [W.B.Gillett, J.E.Moon. Solar collectors. Test methods and design guidelines. Solar Energy R&D in the European Community. Series A, Volume 6. 1995. D.Reidel Publishing Company. Boston, стр.41]. Использование данной схемы стенда для натурных испытаний солнечных коллекторов ограничивается жесткими требованиями к системе автоматического управления работой термостата, который должен обеспечивать стабилизацию температуры теплоносителя с большой точностью. Серьезной проблемой является также поддержание стабильного с заданной погрешностью расхода теплоносителя в процессе испытаний.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является схема испытательного теплогидравлического стенда с разомкнутым контуром, содержащая испытуемый солнечный коллектор, бак постоянного уровня с переливной трубой, расположенный выше солнечного коллектора, сливной бак, расположенный ниже солнечного коллектора, в который поступает
теплоноситель из бака постоянного уровня через переливную трубу, циркуляционный насос в контуре, соединяющем сливной бак с баком постоянного уровня и обеспечивающий перекачку теплоносителя из сливного бака в верхний бак с расходом превышающим расход теплоносителя через солнечный коллектор, теплообменник-охладитель, вентиль для регулировки гидравлического сопротивления и расхода теплоносителя и проточный термостат, установленные в разомкнутом контуре подачи теплоносителя из бака постоянного уровня на вход солнечного коллектора. Участок трубы между проточным термостатом и входом в солнечный коллектор теплоизолирован. После прохождения через солнечный коллектор теплоноситель поступает в сливной бак [w.B.Gillett, J.E.Moon. Solar collectors. Test methods and design guidelines. Solar Energy R&D in the European Community. Series A, Volume 6.1995. D.Reidel Publishing Company. Boston, стр.40, прототип].
В данной схеме за счет использования напорного бака постоянного уровня расход теплоносителя через солнечный коллектор может поддерживаться с требуемой высокой точностью. Вместе с тем остается проблема поддержания стабильной температуры теплоносителя на входе в солнечный коллектор. Как правило, требуется специальная разработка термостата и системы автоматического регулирования температуры с высокой точностью, соответствующей требуемой точности поддержания температуры на входе в солнечный коллектор. Это в значительной степени удорожает стендовое оборудование и усложняет эксплуатацию стенда.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу стабилизации температуры теплоносителя на входе в солнечный коллектор в теплогидравлическом стенде с разомкнутым контуром с применением проточного термостата, обеспечивающего термостатирование теплоносителя с погрешностью большей, чем требуемая погрешность поддержания температуры на входе в солнечный коллектор.
Поставленная техническая задача решается тем, что в тепло-гидравлическом испытательном стенде с разомкнутым контуром,
2
1
содержащем испытуемый солнечный коллектор, бак постоянного уровня с переливной трубой, расположенный выше солнечного коллектора, сливной бак, расположенный ниже солнечного коллектора, в который поступает теплоноситель из бака постоянного уровня через переливную трубу, циркуляционный насос в контуре, соединяющем сливной бак с баком постоянного уровня и обеспечивающий перекачку теплоносителя из сливного бака в верхний бак с расходом, превышающим расход теплоносителя через солнечный коллектор для обеспечения постоянного уровня теплоносителя в баке, вентиль для регулировки гидравлического сопротивления и расхода теплоносителя, установленный в разомкнутом контуре подачи теплоносителя из бака постоянного уровня на вход солнечного коллектора, и проточный термостат, обеспечивающий термостатирование теплоносителя с точностью меньшей, чем требуемая точность поддержания температуры на входе в солнечный коллектор, установлен на участке перекачки теплоносителя из сливного бака в бак постоянного уровня, труба, соединяющая бак постоянного уровня со входом солнечного коллектора и бак постоянного уровня теплоизолированы, причем последний имеет полезный объем V не менее чем , где G - максимальный расход теплоносителя через испытуемый солнечный коллектор в процессе испытаний, л/ч, τ - длительность испытаний в течение дня, ч, δ - погрешность поддержания температуры термостатом, °С, δ - требуемая погрешность поддержания постоянной температуры на входе в солнечный коллектор, °С.
Такое конструктивное выполнение теплогидравлического испытательного стенда позволяет решить поставленную техническую задачу за счет того, что установка проточного термостата стабилизирующего температуру теплоносителя с меньшей точностью, чем это требуется для поддержания температуры на входе в солнечный коллектор, на участке
перекачки теплоносителя из сливного бака в бак постоянного уровня, то есть не перед входом в солнечный коллектор, а перед баком постоянного уровня, обеспечивает демпфирование возможных колебаний температуры после термостата в самом баке постоянного уровня. При этом в отличие от прототипа устанавливается требование к объему этого бака, который должен быть не менее . Требуемый объем бака увеличивается с увеличением расхода теплоносителя через испытуемый солнечный коллектор, с увеличением продолжительности периода испытаний, а также отношения погрешностей поддержания температуры термостатом к требуемой погрешности поддержания постоянной температуры на входе в солнечный коллектор. Для обеспечения стабилизации температуры в отличие от прототипа требуется эффективная теплоизоляция бака постоянного уровня и трубы соединяющей бак постоянного уровня со входом солнечного коллектора.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой на фиг.1.
Теплогидравлический стенд содержит испытуемый солнечный коллектор 1, бак постоянного уровня 2 с переливной трубой 3, сливной бак 4, циркуляционный насос 5, вентиль для регулировки гидравлического сопротивления и расхода теплоносителя 6, проточный термостат 7 и теплоизолированную трубу 8, соединяющую бак 2 с входом солнечного коллектора 1.
Теплогидравлический стенд работает следующим образом. Перед началом испытаний теплоноситель в баке постоянного уровня 2 нагревается до требуемой температуры с помощью проточного термостата 7 в результате циркуляции воды в контуре, соединяющем бак постоянного уровня 2 и сливной бак 4. Теплоноситель в баке постоянного уровня перемешивается, чем достигается равномерность распределения температуры по объему бака. При этом вентиль 6 закрыт и циркуляция теплоносителя через солнечный коллектор отсутствует.
В начале испытаний вентиль 6 открывается и теплоноситель из бака 2 самотеком подается по теплоизолированной трубе 8 на вход солнечного коллектора 1. Из солнечного коллектора теплоноситель поступает в сливной бак 4. Из сливного бака 4 с помощью циркуляционного насоса 5 теплоноситель возвращается через проточный термостат 7 в бак 2. Избыток теплоносителя через переливную трубу 3 сливается в сливной бак 4, при этом обеспечивается постоянство уровня теплоносителя в баке 2 и тем самым постоянство расхода теплоносителя через солнечный коллектор 1. Регулировка требуемого постоянного расхода теплоносителя через солнечный коллектор обеспечивается вентилем 6. В процессе испытаний температура теплоносителя в баке постоянного уровня поддерживается с помощью проточного термостата 7. При использовании термостата 7 с точностью поддержания температуры меньшей, чем требуемая точность поддержания температуры на входе в солнечный коллектор 1, колебания температуры на выходе термостата 7 демпфируются за счет тепловой инерционности теплоносителя, заполняющего бак постоянного уровня 2.
2
1
2
В качестве примера, поясняющего суть предлагаемой полезной модели рассмотрим параметры теплогидравлического стенда для испытания солнечных коллекторов с площадью теплоприемной поверхности 2 м. Необходимый расход теплоносителя (воды) через солнечный коллектор G - 100 л/ч. Продолжительность дневных испытаний τ - 2 часа. Требуемая погрешность поддержания температуры на входе в солнечный коллектор - не более δ не более 0,1°С. Для термостатирования используется стандартный промышленный проточный термостат с погрешностью поддержания температуры δ не более 1°С. Для обеспечения поддержания температуры воды на входе в солнечный коллектор с указанной погрешностью необходимо создание бака постоянного уровня с полезным объемом
Изготовленный образец теплогидравлического стенда прошел необходимые испытания с использованием серийного проточного термостата с повышенной погрешностью поддержания температуры, в результате которых показано, что предлагаемая полезная модель успешно решает поставленную техническую задачу стабилизации температуры теплоносителя на входе в солнечный коллектор. При этом существенно сокращаются затраты на стендовое оборудование и упрощается процесс проведения испытаний в соответствии международными и национальными стандартами.