Введение к работе
Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью снижения непроизводительного расхода пара в теплообменных аппаратах, используемых в энергетических и промышленных установках.
Конденсатоотводчик — это устройство для автоматического удаления конденсата с одновременным запиранием пара. Полнота использования скрытой теплоты конденсации греющего теплоносителя в теплообменнике полностью определяется эффективностью конденсатоотводчика, установленного за данным теплообменником.
Вновь устанавливаемый или функционирующий продолжительное время конденсатоотводчик нуждается в первичном и периодическом контроле эффективности. Даже корректно подобранный новый отводчик может стать причиной утечки греющего пара, если при монтаже устройство было повреждено или неправильно сориентировано относительно вертикали. Постепенный износ внутренних элементов парозапирающего устройства определяется высокой температурой первичного пара и конденсата, а также значительной скоростью истечения конденсата через запирающий клапан. Помимо механического износа конденсатоотводчика утечке теплоносителя способствуют также отложения шлама на шарнирных соединениях и запорном органе отводчика, а также крупные твердые частицы (например, сварочные капли), которые полностью нарушают работу устройства.
В данном исследовании разработана методика определения эффективности конденсатоотводчика. В основе методики лежит определение разности температур греющего пара и конденсата, прошедшего через клапан отводчика, а также разность коэффициентов теплоотдачи этих сред к стенке конденсатопровода.
Помимо создания предлагаемой методики в диссертационной работе решалась проблема повышения точности существующих критериальных уравнений теплоотдачи при течении пара в горизонтальных трубах.
Моделирование физических процессов в разнообразных областях науки в настоящее время переживает бурное развитие. Создаются программные комплексы, с помощью которых становится возможным в короткие сроки решать многие научные и технические задачи. Благодаря этому процесс создания новых технологий проходит с меньшими трудовыми, финансовыми и временными затратами.
Математические модели, используемые в программных комплексах для моделирования процессов теплообмена, основываются на экспериментальных данных, представленных в виде критериальных и теоретических зависимостей, полученных, в основном, во второй половине прошлого века. В связи с отсутствием в то время достаточно эффективного метрологического обеспечения экспериментальных исследований, позволявшего с высокой точностью определять параметры всех физических величин, входящих в соответствующие критериальныеи теоретические уравнения, имеющиеся в настоящее время зависимости нуждаются в уточнении.
Высокая погрешность моделирования теплообменных процессов приводит к перерасходу материала, идущего на изготовление различных теплообменников, непроизводительному расходу теплоносителя, повышенному гидравлическому сопротивлению теплообменных аппаратов, ухудшению их эксплуатационных качеств.
Выполненные в данной работе экспериментальные исследования с использованием наиболее точных на сегодняшний день измерительных приборов охватывают относительно широкий диапазон изменения критерия Рейнольдса.
Целью диссертационной работы является разработка методики определения эффективности конденсатоотводчиков, а также уточнение критериального уравнения теплообмена при течении водяного пара в горизонтальных каналах путем уменьшения погрешности экспериментального определения коэффициента теплоотдачи. Задачи диссертационной работы:
-
Анализ известных методик определения эффективности конденсатоотводчиков;
-
Анализ основных методов и результатов экспериментального определения коэффициента теплоотдачи при течении жидкости в трубах;
-
Выполнение экспериментального исследования теплоотдачи при течении пара в трубах;
-
Разработка уточненного критериального уравнения теплоотдачи;
-
Разработка методики определения эффективности конденсатоотводчика;
-
Оценка экономической эффективности использования результатов исследования.
Объектом исследования является энергосбережение в системах потребления пара.
Предметом исследования является контроль эффективности использования пара в аппаратах с паровым обогревом. Методы исследований:
а) расчетно-экспериментальный метод определения эффективности конденсатоотводчиков, разработанный автором работы;
б) теоретические методы: анализ, синтез, моделирование, теория подобия, теория планирования эксперимента;
в) эксперимент физический, численный, натурные испытания.
Достоверность полученных результатов обеспечивается
метрологическими характеристиками применяемых измерительных приборов, использованием теории подобия и теории планирования эксперимента, а также натурными обследованиями паровых теплообменных аппаратов, оснащенных конденсатоотводчиками различных типов.
Научная новизна работы определяется следующим:
-
разработана методика определения эффективности конденсатоотводчика на основе измерения температуры стенки конденсатопровода за отводчиком;
-
получены экспериментальные данные по теплоотдаче при течении пара в горизонтальной трубе;
-
получено уточненное критериальное уравнение теплоотдачи при течении пара в горизонтальных каналах путем экспериментальных исследований с использованием эталонного датчика плотности теплового потока, имеющего погрешность не более 1,5%.
Практическая значимость работы.
Разработанная методика определения эффективности
конденсатоотводчика позволяет выявить нерациональные потери теплоносителя в пароиспользующих теплообменниках. Благодаря уменьшению погрешности критериальных уравнений теплоотдачи при движении пара в горизонтальных трубах, становится возможным с высокой точностью решить данную прикладную задачу.
На защиту выносятся:
-
методика определения эффективности работы конденсатоотводчиков;
-
результаты экспериментальногоопределения коэффициента теплоотдачи при течении водяного пара в трубе;
-
уточненное критериальное уравнение теплоотдачи при течении жидкостей в горизонтальных трубах.
Практическая реализация работы.
Результаты исследований используются на ООО «АЗ Горьковский автомобильный завод» при обследованиях аппаратов с паровым обогревом, оснащенных конденсатоотводчиками, а также в учебном процессе при подготовке студентов, обучающихся в ННГАСУ по направлению 140100 Теплоэнергетика и теплотехника. Акты внедрения результатов исследования представлены в приложении к диссертации.
Апробация работы.
Результаты исследований докладывались в 2008 г. в г. Иркутске на Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием «Проблемы безопасности современного мира: средства и технологии «Безопасность - 08»: XIII»; в 2008 г. в г. Волгограде на Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды: VI»; в 2008 г. в г. Самаре на Межвузовской студенческой научно-технической конференции «Студенческая наука. Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды: 27»; в 2011 г. в г. Пензе на Международной научно-технической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии в системах теплогазоснабжения и вентиляции».
Личный вклад автора.
Все приведенные в диссертации результаты, имеющие научную новизну, были получены автором лично. Автору принадлежат формулировка основной цели исследования, разработка подхода к решению поставленных задач, выполнение теоретических и экспериментальных исследований, натурных испытаний. Автор внедрил результаты своих исследований в производство и учебный процесс.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 14 работ. В их числе 2 статьи в журналах,входящих в перечень ВАК, 1 учебное пособие, 11 статей и тезисов докладов в научных сборниках трудов Международных и Всероссийских научных и научно-технических конференций.
