Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и постановка задачи исследования 14
1.1. Номинальные параметры 29
1.1.1. Реализация на ЭВМ аэродинамического расчета котельного агрегата 29
1.1.2. Использование ЭВМ для расчета теплообменных аппаратов 30
1.2. Отклонение параметров от номинальных значений 31
Краткие выводы и постановка задачи 35
2. Определение номинальных аэродинамических параметров котлоагрегатов 36
2.1. Методика аэродинамического расчета котлоагрегатов 36 *
2.1.1. Определение общих исходных данных 38
2.1.2. Расчет газового тракта 39
2.1.3. Расчет воздушного тракта 40
2.1.4. Самотяга 41
2.1.5. Перепад полных давлений 42
2.2. Программа «Аэрокотел» для аэродинамического расчета котлоагрега тов '. 44
2.2.1. Описание программы «АэроКотел» 45
2.2.2. Алгоритм программы 58
2.3. Методика расчета теплообменных аппаратов 59
2.3.1. Выбор скорости движения теплоносителя 59
2.3.2. Определение среднего температурного напора 60
2.3.3. Определение коэффициента теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости 61
2.3.4. Определение коэффициента теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке 61
2.3.5. Определение коэффициента теплопередачи 62
2.3.6. Определение поверхности теплообмена и размеров теплообменника 63
2.3.7. Гидравлический расчет 63
2.3.8. Расчет энергетического коэффициента 65
2.4. Программа теплового расчета теплообменных аппаратов 69
2.4.1. Алгоритм программы «Теплообменник» 70
3.3 Отклонения исходных данных 73
Классификация отклонений , 73
Основные сведения из теории вероятностей и математической статистики 75
Законы распределения исходных данных 77
3.1. Методы определения исходных данных 89
3.1.1. Оценка точности результатов измерений 89
3.1.2. Обработка результатов прямых измерений 90
3.1.3. Обработка результатов косвенных и совокупных измерений 94
3.2. Отклонения аэродинамических параметров котлоагрегатов 96
3.3. Отклонения параметров тепломассообменных аппаратов 100
3.4. Аэродинамические параметры котлоагрегатов 105
3.5. Выбор тяго дутьевого оборудования, рабочей точки 106
3.6. Тепломассообменные аппараты 112
3.6.1. Отклонения от номинальных значений параметров секционного во-доводяного подогревателя 112
3.6.2. Отклонения производительности и поверхности нагрева при противотоке и прямотоке воды и газов в водяном гладкотрубном экономайзере. 119
3.6.3. Расчет отклонений величин вертикального пароводяного кожухот-рубного подогревателя 122
3.6.4. Расчет параметров компрессорной станции 135
3.6.5. Отклонения суточного расхода газа замерной линии 139
3.6.5. Расчет экономайзера котла ПК-19 141
3.6.6. Отклонения параметров линейной части газопроводов от номинальных значений 144
3.6.7. Расчет отклонения величины поверхности нагрева воздухоподогревателя котлоагрегата 148
3.6.8. Расчет пароперегревателя 151
3.6.9. Расчет экономайзера'котлоагрегата 153
4. Испытания тягодутьевых машин и газовоздушных трактов котельных установок 156
4.1. Задачи испытаний и их организация 156
4.2. Подготовительные работы 159
4.3. Измерения при испытаниях 161
4.4. Порядок проведения испытаний тягодутьевых машин 168
4.5. Снятие характеристик газового и воздушного трактов 171
4.6. Обработка материалов испытаний и их анализ 173
4.7. Погрешности определения КПД вентилятора (дымососа) 181
5. Сравнительный анализ полученных отклонений в ходе расчета с литературными источниками 183
Заключение 185
Литература
- Использование ЭВМ для расчета теплообменных аппаратов
- Программа «Аэрокотел» для аэродинамического расчета котлоагрега тов
- Обработка результатов прямых измерений
- Порядок проведения испытаний тягодутьевых машин
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие энергетики приводит к необходимости наращивания мощностей теплоэнергетических установок и их количества, следовательно, необходимо улучшать качество проектирования, с целью повысить надежность работы и эффективность теплоэнергетического оборудования. При проектировании и испытаниях ТЭУ выполняют сложные, объемные тепловые, гидравлические, аэродинамические, прочностные и другие расчеты, на основе различных нормативных материалов, ГОСТов, СНиПов, РТМ, которые определяют номинальные параметры, являющиеся основными показателями работы установок, поэтому очевидной является задача повысить точность, сократить время, трудоемкость этих расчетов - использовать современные возможности компьютерной техники.
На основании получаемых, таким образом, результатов определяются номинальные характеристики работы оборудования, однако, при создании ТЭУ номинальные параметры реализовываться не будут (вероятность их реализации составляет ~ 50%), поскольку исходные данные, используемые при вычислениях, могут случайным образом отклоняться от справочных значений в силу их стохастической природы. Отклонения исходных значений определяются различными факторами, такими, как допуски на изготовление элементов агрегата, эксплуатационные отклонения режимов и параметров работы, погрешности используемых в расчетах экспериментальных зависимостей, неточности расчетных моделей и т. д. По этой причине необходимо определять не только значения номинальных выходных параметров теплоэнергетического оборудования, но и их возможные отклонения, которые будут иметь вид случайных функций с определенными вероятностными характеристиками, однако, для того чтобы их рассчитать, необходимо знать вероятностные законы распределения исходных данных и их отклонения. Это приводит к необходимости создания методик расчета параметров ТЭУ с учетом стохастичности процессов, имеющих место при разработке и эксплуатации установок. Этот подход частично реализован созда-
7 телями ядерных установок, которые разработали соответствующие методики
определения наиболее важных параметров ядерных реакторов - температур тепловыделяющих элементов. Решение подобной задачи для ТЭУ позволит существенно улучшить качество их разработки, следовательно, повысить надежность и эффективность.
Указанные методики начали создаваться на кафедре ПТЭ КубГТУ: реализована программа расчета на ЭВМ номинальных значений теплотехнических параметров котлоагрегатов, а также их отклонений от номинальных значений.
Развитием этих работ является настоящее исследование, связанное с разработкой методик определения номинальных параметров и их отклонений при теплотехническом расчете теплообменных аппаратов и аэродинамики котлоагрегатов, а также создание соответствующих компьютерных программ.
Настоящая работа является составной частью крупной научно-технической темы: «Разработка методик расчета оборудования ТЭУ с применением ЭВМ и с учетом стохастических условий функционирования установки, взаимодействующей с окружающей средой и управляемой реальным персоналом». Дальнейшее развитие этой темы потребует разработки соответствующих методик технико-экономических расчетов теплоэнергетических установок и расчетов их надежности для различных видов энергооборудования.
Цель работы. Разработка компьютерных программ расчета номинальных параметров и их отклонений основного оборудования ТЭУ: котельных агрегатов и тепломассообменных аппаратов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в рамках указанной темы в диссертационной работе решены следующие основные задачи:
1. Разработать алгоритмы и реализовать программы аэродинамических расчетов котельных агрегатов и расчетов теплотехнических номинальных параметров тепломассообменных аппаратов на ЭВМ;
Разработать методики расчетов отклонений аэродинамических параметров котельных агрегатов с учетом их стохастического функционирования, а также отклонений теплотехнических параметров теплообменных аппаратов;
Разработать и определить вероятностные законы распределения исходных данных для таких расчетов, а также программы на ЭВМ;
Сопоставить результаты расчетов основных параметров указанного оборудования ТЭУ, с результатами, получаемыми из общепринятых нормативных документов.
Методы исследований. Исследования проводились с помощью аналитических, вероятностно-статистических методов; объектно-ориентированного программирования на ЭВМ; путем сопоставления расчетных результатов и данных, приводимых в литературных источниках.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием законов и уравнений тепломассообмена, гидравлики, теории вероятностей; корректной математической постановкой задач, применением в ходе исследований современных численных и аналитических математических Методов, подтверждается удовлетворительным согласованием полученных зависимостей и расчетных значений с имеющимися в литературе экспериментальными данными и результатами других авторов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Создание комплекса отклонений и законов распределений исходных данных, требуемых для определения вероятностных отклонений параметров от номинальных значений при теплотехническом расчете теплообменных аппаратов и аэродинамическом - котельных агрегатов.
Разработка алгоритмов расчета номинальных параметров и их реализация на ЭВМ.
9 Теоретическая ценность. В разработке методик расчета и создании комплекса законов распределения и отклонений исходных данных, которые должны быть использованы в аэродинамическом расчете котельных агрегатов и теплотехническом расчете теплообменных аппаратов, для возможности нахождения вероятностных зависимостей основных параметров, определяющих фактические распределения основных рабочих параметров указанного оборудования ТЭУ. В создании программ для ЭВМ для расчета номинальных параметров и их отклонений с учетом стохастических условий функционирования оборудования ТЭУ, взаимодействующего с окружающей средой и управляемым реальным персоналом.
Практическая ценность. Разработанные в работе методики и созданные программы позволяют:
в дополнение к общепринятому нормативному методу аэродинамического расчета котлоагрегата проводить расчет его аэродинамики на ЭВМ;
проводить расчет теплообменных аппаратов на ЭВМ;
выполнять расчет отклонений аэродинамических параметров котлоагре-гатов и теплотехнические расчеты теплообменных аппаратов с использованием ЭВМ.
Положения, выносимые на защиту.
Разработка методики расчета отклонений от номинальных значений аэродинамических параметров котлоагрегатов и теплотехнических параметров теплообменных аппаратов, в том числе законов распределения и отклонений исходных данных для этого расчета.
Разработка программ для ЭВМ расчета номинальных параметров элементов ТЭУ: аэродинамики КА и теплогидравлики т/о аппаратов.
Разработка методики сопоставления результатов расчета с данными литературных источников.
10 Апробация работы.
Основные положения докладывались и обсуждались на VI международной петрозаводской конференции «Вероятностные методы в дискретной математике» на Пятом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (г. Кисловодск, 2004), на Третьей межвузовской научной конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (г. Краснодар, 2004), на XV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева 23-27 мая 2005г. (г. Калуга).
Диссертационная работа обсуждалась и получила одобрение на заседании кафедры Промышленной теплоэнергетики и ТЭС Кубанского государственного технологического университета.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 120 наименований и 2 приложений. Общий объем диссертационной работы 203 страницы машинописного текста, включая 30 таблиц, 25 рисунков.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, определена цель исследований, представлена научная новизна полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава диссертационной работы посвящена обзору отечественной и зарубежной литературы, постановке задач исследования.
Наиболее крупными и важными теоретическими и прикладными исследованиями в этой области выполнялись д.т.н., профессором Андрющенко А.И. [75], д.т.н., профессором Л.С. Попыриным [83]. Вопросами, связанными с вероятностной методикой расчета ядерных реакторов, занимался применительно к АЭС д.т.н., профессор Клемин А.И. [57, 58]. Применительно к котельным уста-
новкам вероятностной методикой расчета аэродинамики занимался д.т.н., профессор Трофимов А.С. [100].
Во второй главе подробно рассмотрены методики аэродинамического расчета КА и теплового расчета теплообменных аппаратов. По Нормативному методу создан алгоритм расчета аэродинамики котлоагрегата на ЭВМ «Аэро-Котел» в современной среде объектно-ориентированного программирования Delphi, 6.0 на языке Borland Pascal. Пользователю представлен удобный интерфейс, который позволяет работать с программой, не имея особых навыков. Расчет каждого участка тракта можно произвести путем выбора, наведением на него курсора; затем необходимо ввести значения изменяемых параметров и нажать кнопку «вычислить». Программа «АэроКотел» позволяет сократить время расчетов, повысить точность и качество проектирования, удобна и проста в использовании. Все рисунки трактов, местных сопротивлений выполнены в AutoCAD, 2006.
Для определения номинальных параметров теплообменных аппаратов создан программный продукт «Теплообменник», написан в Delphi, 6.0. Достоверность программы «АэроКотел» подтверждается сопоставлением с нормативным методом - расхождение в полученных результатах составляет по всем трактам суммарно 0,13%. Расхождения программы «Теплообменник» с примером конструктивного расчета составляет 0,012%.
В третьей главе рассмотрены отклонения параметров от номинала и вероятность их реализации. Отмечено, что методика поверочного и конструктивного расчетов является в основном общей. Различие заключается в задачах расчета и исходных величинах. Отклонения исходных данных определяются различными факторами, такими, как допуски на изготовление элементов котла, эксплуатационные отклонения режимов и параметров работы и т.д. Очевидно, что эти отклонения имеют стохастическую природу, и будут носить случайный характер. По этой причине необходимо определять не только значения всех этих параметров, но и законы их распределения и вероятность их реализации.
12 Изложенная методика позволяет получить информацию о качестве рассматриваемой системы и рассмотреть возможные вероятности реализации заданных параметров.
В четвертой главе приведена методика испытания тягодутьевых машин и газовоздушных трактов котлоагрегатов. Перечисляются приборы, используемые для замеров, их погрешности.
В пятой главе приведен пример подбора тягодутьевого оборудования по результатам расчета с учетом отклонений исходных данных. Данными, необходимыми для подбора тягодутьевых машин, являются расчетные значения производительности Qp и соответствующего полного давления Рр. Учитывается плотность перемещаемой среды и барометрическое давление в месте предполагаемой установки машины.
Заводские стендовые и ожидаемые приведенные аэродинамические характеристики дутьевых вентиляторов, построены для кбаР = 760 мм рт. ст. и t = 30С, характеристики дымососов - для h&p - 760 мм рт. ст. и t = 100 или 200С. А коэффициенты запаса по производительности и по полному давлению принимаются условно. В результате расчетов данного исследования выяснилось, что коэффициент запаса по давлению должен быть, с учетом всех погрешностей и отклонений, не 10%, как рекомендовано нормативом, а 16,4% при 2а.
При подборе выбирается тот типоразмер, который позволяет обеспечить требуемые параметры Qp и Рр на оптимальном режиме работы. Если данное задание может быть обеспечено машинами разных серий, то при прочих равных условиях (сравнимых окружных скоростях, массах, габаритных размерах и т. д.) предпочтительной является та машина, которая имеет большее значение максимального к.п.д. В особенности это требование относится к тягодутьевым машинам, предназначенным для длительной работы при номинальных режимах. Кроме величины максимального к.п.д., определяющим экономическим показателем тягодутьевых машин является их эксплуатационная экономичность, зависящая от способа и глубины регулирования.
13 В нормативном методе аэродинамического расчета, в методике подбора
тяго дутьевого оборудования запас по давлению берется 10%. В результате данного исследования максимальные отклонения при За в «наихудшую» сторону составляют 23,5%, при вероятности реализации данных условий при 2а - коэффициент запаса - 16,4%), при la - 7,4%», что превышает указанные в нормативах. В соответствии с этим можно утверждать, что для стабильной работы тяго-дутьевого оборудования необходимо учитывать отклонения от номинальных значений аэродинамических параметров агрегатов. А для выбора коэффициента запаса необходимо выполнить технико-экономический анализ, который должен учитывать оптимальное соотношение между надежностью оборудования и его стоимостью. В зависимости от величины коэффициента запаса рабочая точка тягодутьевого оборудования будет смещаться. Сделаны основные выводы в заключении.
Использование ЭВМ для расчета теплообменных аппаратов
Номинальные параметры теплообменных аппаратов можно найти в [6,69], где приводится методика. Для расчета теплообменных аппаратов с высокой степенью точности и с целью повысить скорость расчета логично применить возможности современных компьютеров. Этой проблемой занимались в Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева на кафедре теоретических основ теплотехники Матвеев Ю.В. и Филин В.А. Они создали программу для теплогидравлического расчета пластин теплообменных аппаратов в диалоговом режиме работы, на языке программирования Бейсик. Работает в операционной системе MS DOS. Совершенно ясно, что данная программа морально устарела и не может использоваться для проектирования, к тому же вид t теплообменников ограничен.
В «Научно-технических разработках России» [77] дается информация о программе проектного расчета кожухотрубчатого теплообменного аппарата с сегментными перегородками для жидкостей, которая предназначена для автоматизации проектных расчетов теплообменников, работающих на жидких теплоносителях, не меняющих своего агрегатного состояния. В ходе выполненного обзора можно заключить, что расчет выполнен только для теплообменных аппаратов, не меняющих своего агрегатного состояния и не может считаться универсальным, следовательно, он уступает программе, выполненной в данной диссертационной работе.
Вероятностная методика позволяет: 1) дать научно обоснованную погрешность определения проектных пара-метров котлоагрегат и теплообменного аппарата; 2) задаваясь вероятностью (невыхода за заданный предел искомого параметра или поверхности), вести проектирование с определенным гарантированным запасом, обеспечивающим изменение данного параметра в допустимом проектном интервале; 3) проанализировать существующие отклонения исходных данных и дать рекомендации по уменьшению "допусков" на те из них, которые вносят наибольший вклад в результирующее отклонение; 4) проводить количественное сопоставление проектных результатов с дан-ными промышленных испытаний агрегата.
Такой подход широко используется при разработке ядерных реакторов, что обусловлено необходимостью иметь большую надежность этих наиболее дорогих и сложных элементов ядерных энергетических установок. Подобная постановка представляется целесообразной и при разработке паровых котлов на органическом топливе и других элементов теплоэнергетических систем, поскольку стоимость этих агрегатов тоже высока, а случайные отклонения пара метров в нежелательную сторону могут заметно сказаться на эффективности и надежности их работы. Расчёт отклонений функций f от их номинальных значений можно проводить по принятой в ядерной технике вероятностной методике [87], по формуле: где К, =—-, Kz=— - коэффициенты рассеивания, учитывающие отличие за кона распределения і-го и суммарного параметров от нормального закона; o-/s jj.,crH- средние квадратичные отклонения і-го, суммарного и нормального распределений; ру- коэффициенты корреляции между случайными величинами Ах, и Ахj. Ввиду сложности их определения часто считают допустимым прибли дх дх жением рц= О при —- 0, р = 1 при — - 0. В этом случае оценки будут завы сь . dXj шены, т.е. выполнены «в запас»;«по аналогии с [57,58] р = О, т.е. предполагается независимость случайных отклонений Дх, между собой.
Для определения результирующего отклонения Д/ необходимо знать, помимо Дх,, законы их распределения, из которых можно определить т, и Кг Функция /в нашем случае представляет собой многопараметрическую зависимость / = /(x,,x2,x3,...,x„), отклонения параметров которой, имеют один порядок.
При достаточно большом числе аргументов (« 7- 10) и независимых или слабозависимых Xj справедлив закон больших чисел [12, 38, 42], из которого следует, что случайная величина /распределена асимптотически нормально, если Дх и Ду в данном наборе отсутствуют доминирующие значения —— « ]— -. В этом X ,=i xt случае в (1.1) можно принять Kz = 1 и расчётная формула будет иметь вид:
В соответствии с (1.13) последовательность выполнения расчётов отклонений сводится к следующему: -по номинальным значениям (т.е. вероятность реализации, которых составляет 50%) параметров х, рассчитывается номинальное значение определяемого параметра f = f(xl,x2,x3,...,xn), т.е. выполняется обычный тепловой расчёт по (1.12); -исходя из технических условий, задаются допустимой вероятностью отклонений А/ от номинального значения в «худшую» сторону; -по законам распределения х, определяют значения К, (для большинства имеющих техническое приложение законов есть справочные данные), отклонения Ах, берутся в соответствии с заданной вероятностью параметра / в сторону, которая ведёт к «ухудшению» значения /; -по соотношению (1.2) проводится расчёт абсолютной величины отклонения А/ от номинального значения; -зная А/ и принятую вероятность отклонения, можно определить результирующее значение тг. Сложность данной постановки заключается в анализе отклонений AXj, их законов распределений К„ поскольку отсутствуют соответствующие исследования, требующие большого объёма работ и специальных методик. В практике теплогидравлических расчётов ядерных реакторов расчёт отклонений параметров по (1.1) или (1.2) используется с 60-х годов [57] имеются нормативные данные по отклонениям соответствующего набора исходных параметров Дх, и К,. Часть из них можно использовать для расчёта котлоагрегатов. Однако, для выполнения полноценных расчётов, необходимо выполнить соответствующие исследования.
Программа «Аэрокотел» для аэродинамического расчета котлоагрега тов
По изложенной выше методике для расчета аэродинамики котлоагрегата был создан программный продукт «АэроКотел». В процессе инженерного аэродинамического расчета котлоагрегата [47] определяются скорости, местные сопротивления, сопротивления трения, перепады полных давлений, по которым произведут выбор тягодутьевого оборудования. При этом используется нормативный метод [1,2], в котором обобщены многочисленные результаты по исследованию течения газа, воздуха в воздуховодах, сопротивления в различных элементах котла и приводятся все необходимые аналитические и графические зависимости, дается методика.
Однако расчет «вручную» по нормативному методу имеет существенные недостатки: длительность и трудоемкость процесса, которые объективны и закономерны при рекомендуемой методике, так как в процессе работы приходится определять огромное количество различных параметров по специальным таблицам и номограммам (коэффициенты сопротивления, трения, сопротивление поперечно омываемых пучков труб, различные поправочные коэффициенты в формулах), что значительно увеличивает время расчета, повышает трудоемкость и снижает точность расчетов. При нахождении различных параметров по номограммам и таблицам высока погрешность определения величины, а в таблицах значения параметров представлены, как правило, дискретно, что приводит к необходимости интерполяции, числа, находящегося внутри отрезка, ограниченного точками представленных значений.
Все эти проблемы устраняются при использовании ПК для аэродинамического расчета котлоагрегатов. Необходимо отметить, что большая часть различных таблиц, номограмм и графиков - лишь графическое представление различных аналитических зависимостей, которые могут быть сложны и трудоемки для расчета вручную, но очень удобны при обсчете их на ПК. Остальные таблицы, номограммы и графики, для которых аналитические зависимости не
представлены в литературе, можно аппроксимировать методами пакета математических расчетов MathCAD 2003. Таким образом, применение современных возможностей компьютеров существенно ускоряет процесс расчета аэродинамики котельных агрегатов, устраняет возможность случайных погрешностей при определении различных параметров, что делает расчеты более точными. Кроме того, применение ПК при расчете котлов неоценимо в случае многократных повторных пересчетов, когда, для получения уточненных данных вручную, приходится проделывать долгую трудоемкую механическую работу. Расчет на ПК существенно экономит время и силы проектировщика, оптимизирует процесс работы и повышает точность расчета. Программа «АэроКотел» написана в современной среде программирования Borland Delphi
Объектно - ориентированное программирование на языке Object Pascal [39,44]. При разработке представленной программы были учтены замечания по разработанным ранее подобным программам. В частности, решена проблема постоянного обращения программы к пользователю с просьбой ввести тот или иной параметр, необходимый для дальнейших расчетов, что заставляло пользователя определять с произвольной погрешностью значения запрашиваемых величин по различным номограммам, графикам и таблицам. При необходимости, нужные для дальнейшего расчета параметры автоматически просчитываются программой по аналитическим зависимостям или путем аппроксимации значений, представленных в соответствующих графиках, номограммах и таблицах. Это существенно экономит время расчета и повышает точность полученных значений. Диалоговый режим работы программы [ПО, 120] позволяет пользователю контролировать процесс расчета котельного агрегата, задавать различные исходные значения, менять некоторые параметры, за исключением величин, зафиксированных нормативным методом аэродинамического расчета кот-лоагрегатов.
Программа «АэроКотел» создана для выполнения аэродинамического расчета котлоагрегата. Сервисная оболочка облегчает работу пользователя. При запуске программы на экран выводится Таблица №1 с исходными данными, некоторые из которых берутся из теплового расчета котла, см. рисунок 2.1.
Расход топлива, температуры сред, коэффициенты избытка воздуха можно внести в таблицу исходных данных нажатием на цифру, которую нужно изменить. Появится окно с надписью «Введите значение». На рисунке 2.2. можно увидеть окна программы с первоначальными данными.
Обработка результатов прямых измерений
Измерения при испытаниях, как бы тщательно и точно они ни выполнялись, всегда содержат погрешности. Искажения результатов измерения могут быть вызваны недостатками измерительной аппаратуры, примененных методов измерения, субъективными особенностями наблюдателя и др. Все погрешности при проведении измерений разделяются на три категории. К первой категории относятся погрешности систематические с постоянным знаком (плюс или минус), возникающие из-за несовершенства измерительного прибора, неправильного выбора метода измерений и др. При обработке полученных данных систематические погрешности могут быть устранены введением в расчет поправок, учитывающих по 91 грешности в измерениях. Вторая категория включает грубые ошибки измерений, значения которых больше допустимых при данных условиях. Причинами этого могут быть ошибки отсчета по шкале, неверное определение цены деления, неисправность или ошибки в схеме включения прибора, а также неправильная методика измерений. Грубые погрешности, так же как и систематические, подлежат устранению (тренировка наблюдателей, поверка и тарировка измерительных приборов в рабочих условиях и т. п.). Они могут быть обнаружены при наличии достаточного ряда измерений. К третьей категории относятся случайные погрешности измерений, проявляющиеся в разбросе результатов измерения одной и той же величины в одинаковых условиях. Они вызываются причинами, которые не могут быть учтены при измерении и на которые нельзя оказать влияния. Кроме того, указанные погрешности измерений непостоянны по значению и знаку. Случайные погрешности можно обнаружить только при многократных измерениях. Влияние случайных погрешностей на результаты измерений может быть оценено статистическими методами на основе теории вероятности.
Поскольку систематические погрешности поддаются устранению путем внесения соответствующих поправок, а промахи исключают из ряда измерений в процессе обработки результатов испытаний, точность результатов испытаний оценивают значением случайной погрешности. При наличии случайных погрешностей за наиболее вероятное измеряемое значение щ, принимают среднее арифметическое х результатов всех п измерений, а среднюю арифметическую погрешность отдельного измерения определяют как среднее арифметическое абсолютных значений Aaj всех случайных погрешностей из п измерений: г=ЕК/п (зло) при этом для п 15 рекомендуется применять формулу x = f\Lz.\l \) (3.11) Точность и надежность измерений [4, 7] оценивают по значениям относительных погрешностей путем сопоставления абсолютной погрешности измерения с самой измеряемой величиной с учетом доверительной вероятности. Абсолютная погрешность отдельного измерения . Аа: = а; -х (3.12) при этом учитывают, что возможности получения погрешностей со знаком плюс и со знаком минус одинаковы и сумма всех случайных погрешностей близка к нулю.
Отклонение отдельных результатов от среднего арифметического характеризуется средней квадратической погрешностью отдельного измерения: a = Aai2/(n-l) (3.13) п где ]ГДа;2 - сумма квадратов отклонений результатов отдельных измере ний от их среднего арифметического значения, т. е. (а, -х)2, (а2 -х)2, (а3 -х)2, (а4-х)2,..., (ав-х)2. Между г или г и а существует зависимость: r(r )=0,8 а. Вероятную погрешность отдельного измерения находят в предположении, что все случайные погрешности данного ряда п измерений разделены на две равные части: в одной погрешности R, в другой R: 11 = 0,6745д/Да;2/(п-г) (3.14) где 0,6745 - коэффициент перехода от а к R.
На практике [9] вероятной погрешностью принято пользоваться в качестве меры точности измерений, ее можно оценивать и по значениям любой из рассмотренных погрешностей: a, R, г (или г ), поскольку в случае достаточно большого п при нормальном законе распределения погрешностей они связаны между собой указанными выше коэффициентами перехода. Если при измерениях средняя квадратическая погрешность превышает инструментальную (приборную), то для повышения точности целесообразно увеличивать число измерений. Если же средняя квадратическая погрешность среднего арифметического меньше приборной, то за погрешность результат та следует принять приборную погреш 93 ность.
Чем меньше абсолютная средняя квадратическая погрешность, тем выше точность измерений. Смысл средней квадратическои погрешности при нормальном законе распределения сводится к тому, что для большого ряда измерений 68 % всех погрешностей лежит ниже ст, а 32 % погрешностей — выше ее, при этом доверительная вероятность равна 0,68, а для 2ст 0,95 и для За 0,997. Знание этих предельных значений достаточно, чтобы ориентироваться в оценке надежности измерений, если известна их средняя квадратическая погрешность или коэффициент вариации. Согласно теории вероятности частота появления случайных погрешностей в зависимости от их размеров уже при квадратическои погрешности, равной Зст, имеет вероятность появления, равную 0,3 %, т. е. 1 раз на 370 измерений. Так как в практике типовых испытаний число измерений не превышает нескольких десятков, то появление предельной погрешности в интервале от ст до 3 ст мало вероятно.
Порядок проведения испытаний тягодутьевых машин
Перед испытаниями должны проводиться следующие работы: проверка исправности всех деталей установки [72, 73] и при необходимости устранение обнаруженных дефектов (увеличенные более чем в 1,5 раза зазоры между рабочим колесом и входным патрубком у радиальной или обечайкой у осевой машины, неправильная установка лопаток рабочего колеса - отклонение угла установки лопаток от проектного выше 2-2,5, несоответствие фактических размеров колеса и корпуса и пр.); контроль плотности газовоздушного тракта и состояния регулирующих запорных органов (направляющие аппараты и заслонки). Должны проверяться осмотром по месту возможность полного открытия направляющих аппаратов [74, 75], правильность положения лопаток параллельно геометрической оси потока, надежность крепления лопаток направляющих аппаратов и правильность закручивания ими среды по отношению к направлению вращения ротора. Закручивание потока направляющими аппаратами должно происходить в том же направлении, что и вращением ротора;
Рисунок 4.4 - Пример схемы расстановки приборов при испытании дымососной установки: а - для радиальной машины: 1 - газоход от воздушного подогревателя к золоуловителю; 2 - дроссельная заслонка; 3 - золоуловитель; 4 -дымосос; 5 - штуцера для измерения статического давления; 6 - кольца для установки напорных трубок; б - для осевой машины: 1 - статическое давление на входе и выходе; 2 - перепад давлений в расходомере; 3 - машина; А - А, Б - Б, В - В - сечения измерений на всасывающей и нагнетательной сторонах. опробование и проверка привоДных механизмов дистанционного управления заслонок и направляющих аппаратов (штанги, электродвигатели и пр.). Направляющие аппараты во всасывающих коробах с обеих сторон дымососа должны открываться одинаково. Угол установки их лопаток до начала испытаний проверяют угломером. В тех случаях, когда в тракте отсутствуют заслонки, необ ходимые для дросселирования потока при испытаниях, их необходимо специально изготовить и смонтировать. У вентиляторов, имеющих на стороне всасывания достаточно длинные воздухопроводы, предназначенные для вентиляции котельной, может быть применено дросселирование всасывающих отверстий (стальными или толстыми фанерными листами); составление полной схемы установки, подлежащей испытаниям, с указанием на ней расположения органов регулирования и контрольно-измерительной аппаратуры рисунок 6.4; изготовление и установка необходимых вспомогательных приспособлений (штуцера, сальники, кольца, гильзы и т.д.); проверка и установка необходимой для испытаний контрольно-измерительной аппаратуры; тарировка сечений, принятых для измерений скоростей среды; составление программы испытаний.
Перечень основных измерений и определений [78, 80], проводимых при испытаниях тягодутьевых машин, приведен в таблице 6.1. Измерение подачи перемещаемой среды (воздуха, газа) удобнее всего осуществлять комбинированными приемниками давления или напорными трубками Прандля, устанавливая их на прямом участке всасывающего короба или за нагнетательным патрубком вентилятора, но обязательно до воздушного подогревателя. Сечение для измерения подачи перемещаемой среды на прямом участке ограниченной длины должно находиться не на середине этого участка, а ближе к его концу в направлении движения среды, так как возмущения в начале участка в значительно большей степени влияют на поле скоростей.
Согласно при испытаниях вентиляторов осевого типа [85, 88] с диаметрами рабочих колес 2000 - 5000 мм измерение расхода перемещаемой среды до пускается производить на всасывающей стороне вентилятора смотри рисунок 4.4, б, но при этом напорные трубки должны быть установлены перед входным направляющим аппаратом вентилятора в кольцевом цилиндрическом участке проточной части за выходным коллектором всасывающего кармана. Разбивку кольцевого сечения для тарировки проводят в соответствии с таблицей 4.2.
Измерение расхода воздуха [89, 90] за воздушным подогревателем недопустимо из-за возможных утечек воздуха в нем через неплотности. Кроме того, при изменении расхода воздуха в коробах за воздушным подогревателем, имеющих обычно большое живое сечение, получаются весьма малые динамические давления, что понижает точность измерений. Поэтому для вентиляторов с открытым всасом и в случае, когда непосредственно за нагнетательным патрубком не имеется подходящего участка для установки напорных трубок, целесообразно устанавливать на стороне всасывания специальную горизонтальную или вертикальную трубу круглого или прямоугольного сечения.
