Лабораторные испытания макетного образца ГЭТУ-25
Аппаратура и испытательный стенд
Для исследования работы ГЭТУ-25 разработан испытательный стенд (рисунок 10). В стенде имеются три замкнутых контура, по которым циркулируют теплоносители.
Первый контур содержит соединённые последовательно гелионагреватель 35, бойлер 23 горячей воды, циркуляционный насос 32, расходомер воды 34, обратный клапан 33 и вентили 29,30,38.
Второй контур образуют соединенные последовательно электродный парогенератор 1, пароводяной теплообменник 25 бойлера 23, расходомер пара 16 и вентили 17, 22. Третий контур включает встроенный в корпус парогенератора теплообменник 2, радиаторы 55, циркуляционный насос 56, расходомер теплоносителя 53.
При проведении экспериментальных исследований необходимо регистрировать следующие параметры: потребляемую мощность (от 0 до 40 кВт), напряжение (от 0 до 380 В), ток (от 0 до 60А), температуру воды (от 0 до 100°С), температуру наружного воздуха (от -25 до +35°С), удельное сопротивление воды (от 2 до 70 Ом.м), расход воды (от 0 до 20 кг/с), температуру (от 5 до 25°С) и относительную влажность воздуха в помещениях (от 30 до 85%), расход электрической энергии (от 0 до 30000 кВт.ч).
1-электродный парогенератор; 2 - встроенный теплообменник; 3,6,7,8, 11,17,27,28,29,38,40,44,59 - вентили; 10 - обратный клапан; 4 - электроды; 5,9,18,22,30 - электромагнитные вентили; 12 - вытеснительный бачок; 13,14 - датчики контроля нижнего и верхнего уровней; 15 - проходной изолятор; 16 - расходомер пара; 19,34 - предохранительный клапан; 20 - электроконтактный манометр; 21,21',37,39,49,51,54,57,58 - термометры электрические; 23 - бойлер-аккумулятор для горячей воды; 24 - теплоизоляция бойлера; 25 - пароводяной теплообменник; 26 - подставка; 30 - мембранный расширительный бачок; 31 - манометр; 32,56 - циркуляционные насосы; 33,50 - обратные клапаны; 34,53 - расходомеры горячей воды; 35 - гелионагреватель; 36 -коллектор; 40 - патрубок для горячей воды; 41 - счетчик электрической энергии; 42 - система автоматического управления; 43 - комплект электроизмерительных приборов; 45 - расширительный бачок; 46 - поплавковый регулятор уровня; 47- измеритель-регулятор температуры; 48 - подпиточная труба; 52 - расходомер холодной воды; 55 - радиатор отопления; 60 - пиранометр; a,b,c,d,e,f,k,g,x,y - места установки термопар.
|
|
|
Рисунок 10- Принципиальная схема испытательного стенда для лабораторных исследований ГЭТУ-25
Для измерения токов, напряжений и мощности применялись комплекты измерительных приборов К-51 и К-505, класс точности - 0,5. Расход электрической энергии регистрировался трехфазным счетчиком Дала СА4У-Э704-ТХ-1-Н-01, класс точности - 2,5.
Удельное сопротивление определялось методом амперметра-вольтметра в электролитической ячейке согласно ОСТ 10.31.05-86 с использованием мультиметра UT 803, погрешность ±0,5%.
|
|
|
Измерение расхода воды проводилось расходомерами типа ОХТА ХА/ГА и СГВ-15, порог чувствительности не более 0,015 м3/ч., с ценой оцифрованного деленияконтрольной шкалы стрелочного указателя0,0001м³.
Регистрация температуры воды производилась ртутными термометрами ТЛ-2 с ценой деления 0,5°С и погрешностью ±0,2°, а также восьмиканальным измерителем-регулятором ОВЕН ТРМ138, погрешность ±1%.
Температура и влажность наружного воздуха измерялись прибором CENTER 311, погрешность ±3%.
Измерение электрических и теплотехнических величин проводилось в соответствии с методиками, приведенными в [10,11].
Исследования проводятся однофакторным методом, опыты ставятся в 3-х кратной повторности по известным методикам [12,13].
Экспериментальные исследования парогенератора проводится в соответствии с ОСТ 10.31.5-86 [14].
3.4.2 Исследование работы ГЭТУ в режиме пароснабжения технологических процессов
В режиме пароснабжения весь пар, вырабатываемый парогенератором, подается потребителям для выполнения технологических процессов, связанных с термической обработкой пищевых и кормовых продуктов и дезинфекции и стерилизации различного технологического оборудования.
|
|
|
Поскольку количество пара, поступающего потребителю, зависит от технических характеристик электродного парогенераторов, то необходимо исследовать его работу и определить основные параметры.
Перед запуском парогенератор был заполнен водой с удельным сопротивлением ρ20 = 28,4 Ом·м, до верхних торцов электродов.
После подачи напряжения на электроды происходит нагрев котловой воды и рост мощности.
На рисунке 11 показана динамика изменения мощности ЭПГ и в переходном и установившемся режимах работы парогенератора.
Полученные данные показывают, что за время переходного процесса мощность ЭПГ возрастает от начального значения 11 кВт до максимального значения 29,1 кВт. Температура котловой воды возрастает от 20 до 96 0С (в условиях г. Алматы вода закипает при температуре 96 0С), и после чего начинается интенсивное кипение, при котором получается пар с температурой до 1010С.
Вследствие образования пароводяной смеси в межэлектродном пространстве, увеличивающей электрическое сопротивление между электродами, происходит снижение мощности до 25,1 кВт, т.е. до значения, близкого номинальному.
Рисунок 11 - Динамика изменения мощности электродного
|
|
|
парогенератора в переходном режиме
При этом время переходного процесса (время выхода ЭПГ в установившийся режим) составляет 14 мин.
В дальнейшей продолжительной работе ЭПГ мощность поддерживается в пределах 25 кВт работой системы автоматики, которая обеспечивает требуемый уровень котловой воды с учетом количества удаляемой воды в виде пара и повышения удельной проводимости котловой воды из-за увеличения ее солесодержания.
На рисунке 12 показаны графики, характеризующие динамики изменения мощности и высоты уровня котловой воды при длительной работе ЭПГ. При этом система автоматики стремилась поддерживать мощность на уровне 25 кВт.
Рисунок 12 - Динамика изменения мощности и высоты уровня котловой воды при длительной работе ЭПГ
Как видно из рисунка 12, с течением времени высота уровня котловой воды плавно уменшается, но при этом мощность колеблется около среднего значения.
Это объясняется повышением удельной проводимости котловой воды, в результате чего мощность достигает заданного значения при меньшей высоте уровня котловой воды.
Во время эксперимента замерялись значения тока, напряжения, мощности, расхода подпиточной воды, расхода электроэнергии и времени, которые в дальнейшем использовались для определния технических параметров ЭПГ.
Опытные данные и результаты расчетов сведены в таблицу 2.
Паропроизводительность определяют в установившемся режиме работы, по формуле [14]:
(1)
Gпод - расход подпиточной (питательной) воды, кг/ч.;
Gпр- расход продувочной воды, кг/ч.
Расход подпиточной (питательной) воды определяется по показанию счетчика
ΔWв=Wв(τ)- Wв(τ-1) (2)
Таблица 2 - Опытные данные
| Время, ч τ | Показание счетчика подпиточной воды, л, Wв | Показание счетчика расхода электроэнергии, кВт·ч, Wэ | Расход подпиточной воды (паропроизводительность установки), кг/ч ΔWв=Wв(τ)- Wв(τ-1) | Расход энергии, кВт·ч ΔWэ=Wэ(τ)- Wэ(τ-1) | Удельный расход электроэнергии на парообразование, кВт·ч/кг Wуд= ΔWэ / ΔWв |
| 0 | 191 | 606,22 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 222,5 | 632,36 | 31,5 | 26,14 | 0,83 |
| 2 | 254,5 | 658,01 | 32,0 | 25,65 | 0,801 |
| 3 | 287,5 | 683,01 | 33,0 | 25,0 | 0,758 |
| 4 | 321,8 | 708,65 | 34,3 | 25,64 | 0,748 |
| 5 | 355,6 | 734,47 | 33,8 | 25,82 | 0,764 |
| 6 | 389,2 | 759,97 | 33,6 | 25,5 | 0,759 |
| 7 | 427,2 | 788,0 | 38 | 28,03 | 0,738 |
| 8 | 465,0 | 815,96 | 37,8 | 27,96 | 0,740 |
| 9 | 498,6 | 841,16 | 33,6 | 25,2 | 0,743 |
| 10 | 531,7 | 865,96 | 33,1 | 24,8 | 0,749 |
| 11 | 564,5 | 890,36 | 32,8 | 24,4 | 0,744 |
Благодаря новой конструкции электродной системы за 11 часов работы парогенератора необходимость в продувке котловой воды не возникла, т.е Gпр =0.
Среднее значение паропроизводительности за 11 часов работы парогенератора
кг/ч (3)
Среднее значение мощности парогенератора 11 часов работы парогенератора по показаниям приборов
кВт (4)
Номинальную мощность рассчитывают по показаниям приборов, по формуле [14]:
кВт (5)
где Рном - номинальная мощность, кВт;
Рср - потребляемая мощность ЭП по показаниям ваттметра, кВт;
UAB,, UBC,, UCA,, - линейные напряжения, В;
При данной номинальной мощности номинальная паропроизводительность установки составляет 30,4 кг/ч.
Полученное фактическое значение (23,14 кВт при ρ20 = 28,4 Ом·м) номинальной мощности макетного образца ЭПГ на 8% меньше ее расчетного значения (25 кВт при ρ20 = 30 Ом·м), что указывает на необходимость корректировки конструктивных размеров электродной системы.
Коэффициент полезного действия парогенератора [14]:
, (6)
где iкип - теплосодержание кипящей воды при ее температуре, кДж/кг;
iпод.в- теплосодержание подпиточной воды при ее температуре, кДж/кг;
r - теплота парообразования при температуре, кДж/кг.
Принимаем:
iкип= 403,1 кДж/кг при температуре 96 °С (в условиях г. Алматы);
iпод.в= 75,911 кДж/кг при температуре 18°С;
r = 2256,8 кДж/кг при температуре 100 °С.
(7)
Полученное значение (0,943) к.п.д. несколько ниже его расчетного значение (0,96), следовательно, необходимо принять меры по улучшению теплоизоляции корпуса ЭПГ.
Среднее значение удельного расхода электроэнергии на парообразование за 11 часов работы парогенератора:
кВт·ч/кг (8)
При оценке работы электродной системы определяют плотность тока по формуле:
, (9)
где j - плотность тока, А/см2;
I - фазный рабочий ток, А;
S - площадь рабочей поверхности электрода, м2.
Напряженность электрического поля определяют по формуле:
, (10)
где U - напряжение между электродами, В;
l - расстояние между электродами, см.
Наибольшие значения плотность тока и напряженности электрического поля наблюдаются в конце длительной беспрерывной работы ЭПГ, когда удельная проводимость котловой воды высокая, а площадь активной поверхности электродов существенно уменьшается из-за снижения уровня котловой воды. Именно для этого случая определяем j и Е.
В момент окончания работы ЭПГ площадь активной рабочей поверхности электрода прямоугольной трапециадальной формы составила:
(11)
Поскольку электроды соединены по схеме «двойная звезда», то фазный ток проходящий через один электрод составит I=Iл/2= 37,2/2=18,6 А.
Тогда
(12)
Расстояние l между электродами на уровне электродной системы h=9,5 см составит l = 7 см. Тогда напряженность электрического поля:
(13)
Полученные значения j и Еэл находятся в допустимыхпределах и не обусловливают возникновения аварийных ситуаций.
Замерялось значение удельного сопротивления ρ20 котловой воды в конце 11- часовой работы ЭПГ. Оно было равно ρ20 =4,2 Ом·м.
Таким образом, за время эксперимента ρ20 изменилось в пределах диапазона 28,4…4,05 Ом·м.
Выводы. Результаты экспериментальных исследований показали, что технические параметры макетного образца ЭПГ незначительно отличаются от параметров, заложенных в техническом задании. Требуется корректировка конструктивных размеров электродной системы и улучшение теплоизоляции корпуса ЭПГ.
3.4.2 Исследование работы встроенного теплообменника
Для обеспечения возможности получения пара и горячей воды в одной установке парогенератор снабжен пароводяным теплообменником, установленным в паровом пространстве над электродами (рисунок 10). Он выполнен в виде спирали и имеет теплообменную поверхность с площадью Fт=0,414 м2.
При технологической необходимости получения горячей воды в пароводяной теплообменник подается проточная холодная вода, которая нагревается за счет теплового потока, передаваемого от пара через теплообменную поверхность.
В целях определения коэффициента теплопередачи (К)теплообменника и его производительности по горячей воде в теплообменник подавалась проточная вода. При этом измерялись следующие параметры:
- температура воды на входе (tв.вх) теплообменника;
- температура воды на выходе (tв.вых) из теплообменника;
-количество воды (Vв), проходящей через теплообменник за определенный промежуток времени, л;
- линейный ток (Iл), А;
- линейное напряжение (Uл), В;
- мощность P, потребляемая парогенератором, Вт;
- расход электроэнергии (Wэ), кВт·ч.
Измерения проводились в установившимся режиме, т.е. когда температуры на входе и выходе, перепад температур и расход воды практически стабилизировались.
Результаты замеров сведены в таблицу 3.
Таблица 3 - Экспериментальные данные для определения коэффициента К
| № опыта | τ, с | Vв, л | tв.вх, ºС | tв.вых, ºС | Uл, В | Iл А | P, Вт | Wэ, кВт·ч |
| 1 | 0 | 0 | 20 | 69,9 | 404 | 15,35 | 10800 | 0 |
| 2 | 200 | 10 | 20 | 69,7 | 404 | 15,5 | 10870 | 0,60 |
| 3 | 400 | 20 | 20 | 70 | 403 | 15,54 | 10900 | 1,2 |
| 4 | 600 | 30 | 20 | 69,7 | 403 | 15,94 | 11000 | 1,79 |
| 5 | 800 | 40 | 20 | 70 | 403 | 16,15 | 11080 | 2,4 |
| 6 | 1000 | 50 | 20 | 70,4 | 404 | 16,54 | 11150 | 3,03 |
Определялись средние значения перепада температур (Δtср= tв.вых -tв.вх), количества воды, напряжения, тока, мощности и расхода энергии за одинаковые интервалы времени. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.
| № опыта | τинт, с | Vв, л | Δ = tв.вых -tв.вх,ºС | tср.в,ºС | Uл.ср, В | Iл.ср А | Pср, Вт | Wинт, кВт·ч | К, Вт/м2·ºС | Кср Вт/м2·ºС |
| 1 | 200 | 10 | 49,8 | 44,9 | 404 | 15,42 | 10835 | 0,60 | 474,98 |
480,8 |
| 2 | 200 | 10 | 49,85 | 44,87 | 404 | 15,52 | 10885 | 0,60 | 476,91 | |
| 3 | 200 | 10 | 49,85 | 44,87 | 403 | 15,74 | 10950 | 0,59 | 479,76 | |
| 4 | 200 | 10 | 49,85 | 44,88 | 403 | 16,04 | 11040 | 0,61 | 483,79 | |
| 5 | 200 | 10 | 50,20 | 45,1 | 403,5 | 16,35 | 11105 | 0,63 | 488,59 |
Таблица 4 - Результаты расчетов параметров
Производительность теплообменника по горячей воде при перепаде температур Δtср= 49,91 ºС
(13)
Таким образом, G=180 л/ч.
Удельный расход электроэнергии:
(14)
Коэффициент теплопередачи теплообменника определяется по формуле:
(15)
где Кт.пг - коэффициент теплопередачи теплообменника;
Рср - средняя мощность за соответствующий интервал времени, Вт;
Fт - площадь поверхности теплообменника (Fт=0,414 м2);
tп - температура пара (tп = 100 ºС);
tср.в- средняя температуры воды в теплообменнике, tср.в=( tв.вых + tв.вх)/2.
Результаты расчетов значения коэффициента теплопередачи Кт.пг для каждого интервала времени приведены в таблице 5.
Таблица 5 - Результаты расчетов
| № опыта | tв.вх,ºС | tв.вых ºС, | tср.в,ºС, | Р,Вт | Кт.пг |
| 1 | 64,7 | 79,6 | 72,15 | 11400 | 988,73 |
| 2 | 65,4 | 80,0 | 72,7 | 11250 | 995,38 |
| 3 | 66,4 | 80,6 | 73,5 | 11100 | 1011,76 |
| 4 | 68,4 | 82 | 75,2 | 10500 | 1022,62 |
| 5 | 71,4 | 84,2 | 77,8 | 9900 | 1077,16 |
| 6 | 74,5 | 86,3 | 80,4 | 9300 | 1146,13 |
| 7 | 76,5 | 87,5 | 82,0 | 8550 | 1147,32 |
| 8 | 77,7 | 88,0 | 82,85 | 8100 | 1140,84 |
| 9 | 78,6 | 88,4 | 83,5 | 7860 | 1150,61 |
Как показали результаты обработки экспериментальных данных, при данной конструкции стального теплообменника при средней температуре воды в теплообменнике 44,8 ºС (или расходе проточной воды G=180 л/ч) его коэффициент теплопередачи Кт.пг равен 480,8 Вт/м2· ºС. При этом среднее значение потребляемой мощности равно Р=10963 Вт.
Следует подчеркнуть, что чем меньше tв.вых по сравнению с температурой 70 ºС, тем больше становится значение Кт.пг. Это вытекает из выше приведенной формулы для Кт.пг.
Для данного проекта определенный практический интерес представляет использование встроенного теплообменника в системе отопления, работающей с перепадом температур 95/70, т.е. со средней температурой циркулирующей в системе воды tср=82,5 ºС.
Проведены эксперименты, имитирующие условия работы системы отопления. При этом измерялись температура воды на входе теплообменника (tв.вх), температура воды на выходе (tв.вых) из теплообменника, мощность Р, потребляемой парогенератором. Расход воды, проходящей через теплообменник поддерживался постоянным и был равен 0,178 л/с (10,7 л/мин или 642 л/ч).
Коэффициент теплопередачи Кт.пг определялся расчетным путем.
В таблице 5 приведены экспериментальные данные и результаты расчетов.
Анализ приведенных данных показывает, что встроенный теплообменник может передавать системе отопления тепловую мощность 8,1 кВт при средней температуре воды tср=82,85 ºС и расходе, равном 0,178 л/с.
Выводы. Результаты экспериментальных исследований встроенного теплообменника показали, что при данных конструктивных размерах он способен передавать тепловую мощность, достаточную для системы отопления молочного блока. Рекомендуется изготовить теплообменник из медной трубки, отличающаяся сравнительно высоким коэффициентом теплопередачи и коррозионной стойкостью.
Дата добавления: 2018-05-31; просмотров: 336; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!