АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

 

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

 

Методические указания  к лабораторным работам

(для студентов, обучающихся по  специальности 220440 – Промышленная теплоэнергетика)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2004

СОСТАВИТЕЛЬ: Н.Г. Борисова Системы производства и распределения энергоносителей. Методические указания к лабораторным работам (для студентов, обучающихся по специальности 220440 - Промышленная теплоэнергетика).- Алматы: АИЭС, 2004.- 27 с.

 

Методические указания содержат описания лабораторных работ по основным разделам курса «Системы производства и распределения энергоносителей». Даны краткие сведения о способах экспериментального изучения систем производства и распределения энергоносителей, описания лабораторных стендов, рекомендации по выполнению работ, обработке результатов эксперимента и оформлению отчета, контрольные вопросы и перечень рекомендуемой литературы для самостоятельной работы.

Методические рекомендации предназначены для студентов специальности Промышленная теплоэнергетика.

Ил. 7 , табл. 4  , библиогр. 17  назв.

 

 

 

 

 

 

 

Рецензент:  доцент кафедры ТЭУ  А.И. Соколов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на  2002 г.

 

 

 

 

© Алматинский институт энергетики и связи, 2004 г.

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Целью выполнения лабораторных работ по курсу «Системы производства и распределения энергоносителей» является:

- закрепление теоретических знаний, полученных на лекционных и практических занятиях;

- знакомство с методами и способами измерений характеристик энергоносителей;

- приобретение навыков измерения параметров энергоносителей, расчета установок и систем производства и распределения энергоносителей на лабораторных стендах;

-  экспериментальная  проверка закономерностей, характерных для систем производства и распределения энергоносителей, сопоставление результатов лабораторных работ   с  теоретическими данными;

- обработка, анализ и представление результатов экспериментов.

При выполнении  работ необходимо строго соблюдать правила техники безопасности в  учебной лаборатории.

 

1  Лабораторная работа «Исследование системы воздухоснабжения»

 

1.1  Цель лабораторной работы

 

Приобретение практических навыков исследования системы воздухоснабжения:

- испытание модели  и определение параметров  системы воздухоснабжения;

- измерение падения давления в воздухопроводе;

- изучение  работы компрессора в сети;

- применение метода наложения характеристик сети и компрессора.

 

1.2  Теоретические сведения

 

Технологии промышленных производств  расходуют значительные объемы сжатого воздуха.

Системы воздухоснабжения на промышленных предприятиях предназначены для централизованного обеспечения разнообразных промышленных потребителей сжатым воздухом требуемых параметров в соответствии с заданным графиком потребления.

Система воздухоснабжения включает: компрессорную станцию - источник сжатого воздуха; систему воздухопроводов для транспортировки  и распределения сжатого воздуха; объекты воздухоснабжения – цеха и участки с  группами пневмоинструментов или пневмооборудования.

 

 

 

Режим работы компрессора существенно зависит от конструктивных и аэродинамических свойств сети, в которой он должен работать, поскольку

 

                                             р_С = р_К                                                         (1.1)

 

  Уравнение, определяющее давление  в сети, имеет вид

 

                                                     р_С = р_П + р_О + Dр ,                                     (1.2)

 

где р_С – избыточное давление в сети; 

р_П – избыточное давление  у потребителя (в простейшем случае в емкости, куда нагнетается сжатый воздух);

р_О – гидростатическое давление; 

Dр  – потери давления в сети.

Потери давления в сети (воздухопроводе) складываются  из потерь на линейное трение и  местные сопротивления

 

    Dр = Dр_Т + Dр_М =  λ (L/d) (rv²/2) + Sx _i (rv²/2) = λ (L_ПР/d) (rv²)/2         (1.3)

                                                               ⁱ

                                         L_ПР = L + Sx _i d/L = L + L_Э,                                   (1.4)

                                                                                           ⁱ

где λ – коэффициент линейного трения;

x– коэффициент местного сопротивления;

ρ -  плотность воздуха, кг/м3;

v - скорость  движения  потока воздуха по трубопроводу, м/с;

d - внутренний  диаметр воздухопровода, м.

L – геометрическая  длина воздухопровода, м;

L_ПР – приведенная  длина воздухопровода, м;

L_Э – эквивалентная  длина воздухопровода, м.

                           

Найдем связь между потерями давления и расходом воздуха в трубопроводе 

                       

                                         G = vpd²/4                                                       (1.5)

 

                                         Dр = (lrG²L_ПР16)/2 p²d⁵                                 (1.6)

 

Используя уравнение массового расхода газа М = ρG, соотношение (1.6) можно представить так

 

                                      ∆p = (8λL_ПР М²)/d⁵p²ρ                                        (1.7)

 

Комплекс (8λL_ПР)/d⁵ p²ρ является постоянной величиной для данного воздухопровода, поэтому обозначим его К.  Получим параболическую зависимость падения давления в сети от массового расхода – характеристику сети

                                                ∆p = К М².                                              (1.8)

 

Плотность газа на участке трубопровода с геометрической длиной  L рассчитывается при давлении до 10 МПа  по уравнению состояния несжимаемого газа

                                           ρ = р/ R*T,                                                    (1.9)

 

где р – абсолютное давление воздуха.

Из уравнений (1.1), (1.2) и (1.8) получим

          

                           р_К  = р_С  = р_П + р_О +∆р = р_П + р_О + К М².                (1.10)

 

При исследовании работы  компрессора в сети   используется метод  наложения характеристик сети и компрессора,    графически  представленный на рисунке 1.

Точка пересечения характеристики компрессора и характеристики системы трубопроводов - сети  – рабочая точка. Рабочая точка определяет условия материального и энергетического баланса, то есть производительность

 

                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              М_А

Рисунок 1  - Характеристики сети и компрессора (метод наложения)

 

компрессора равна расходу воздуха в сети, а напор компрессора равен потерям давления в сети.   Рабочей  точке А  соответствует максимальный  или близкий к максимальному  кпд  компрессора.

 

 

1.3                  Описание лабораторной установки

 

Принципиальная схема лабораторной установки, моделирующей систему воздухоснабжения, представлена на рисунке 2.

 

 

 

1 - фильтр, 2 - компрессор, 3 - электропривод, 4 - ресивер, 5,18 - манометры, 6-9 – местные сопротивления, 10 - потребитель, 11-15 - вентили, 16 -продувочный кран,  М1  -  М4   - U - образные манометры  падения давления на местных сопротивлениях, М5 - U-образный манометр потребителя.

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема лабораторной установки

 

Атмосферный воздух из помещения компрессорной (учебной лаборатории) засасывается через фильтр 1 поршневым компрессором 2, имеющим привод от электродвигателя 3. Сжатый воздух через обратный клапан 17, ресивер 4 и запорно-регулирующий вентиль 11 поступает на воздухопроводную сеть. Сеть состоит из местных сопротивлений 6-9, с одной стороны объединенных общим коллектором, а с другой соединенных посредством вентилей 12-15. Сжатый воздух из сети направляется к потребителю 10. Переключение вентилей позволяет получить одну из  схем воздухопроводной сети, представленных на рисунке 3.

 

 

 

 

 

Перепад давления на каждом местном сопротивлении измеряется соответствующим U-образным манометром. Объемный расход воздуха,  поступающий к потребителю, определяется по тарировочному графику  дифманометра.

 

 

 

 

 

 

 

                         

                                 1                                                                      2

 

 

 

                                                        

 

 

 

 

                3                                               4                                          5

 

Рисунок 3 – Варианты схем воздухопроводной сети

 

 1.4  Порядок проведения работы

 

 Перед началом выполнения лабораторной работы  необходимо изучить теоретические сведения по вопросу [1-7],  познакомиться с принципиальной схемой установки, с расположением измерительных приборов и регулирующих органов, способами измерений, а также подготовить таблицы для записи результатов измерений.

 Опыты по снятию характеристик компрессора  и сети необходимо провести в следующем порядке:

-         включается электродвигатель компрессора;

-         полностью открываются вентили 11,12,13,14,15;

-         записываются параметры  режима работы компрессора -  показания манометров 5,18 и показания U-образного манометра М5;

-         последовательно изменяются схемы воздухопровода и снимаются характеристики сети - показания U-образных манометров М1-М4;

-         вентилем 11 устанавливается несколько режимов для каждой схемы включения;

-         результаты измерений заносятся в таблицу.

 

 

1.5  Обработка результатов

 

Для определения массового расхода необходимо знать объемный расход и плотность воздуха

                                                      М = ρG.                                                 (1.11)

 

По результатам проведенных измерений, используя уравнение (1.8), находят для  каждой схемы значение К. На основании полученных данных и уравнений (1.10) и  (1.11) строят характеристики сети - графики  зависимостей вида  р_С  = f (М) для нескольких  вариантов схем воздухопровода. На графике показывают характеристики компрессора. Определяют рабочую точку компрессора.

 

1.6   Оформление отчета по работе

 

Отчет по проделанной работе  включает:

-  цель и краткое содержание работы;

-  принципиальную схему установки;

-  таблицу с экспериментальными  данными;

-  результаты расчета;

-  графики установленных закономерностей, выполненные на миллиметровой бумаге;

-         анализ полученных результатов и выводы.

 

1.7   Контрольные вопросы

 

1Охарактеризовать  масштабы и направления использования сжатого воздуха на промышленных предприятиях.

2 Методы расчета воздухопроводов.

3 Способы расчета нагрузки на компрессорную станцию.

4 Работа компрессора в сети и способы ее регулирования.

5 Параллельное и последовательное соединение компрессоров.

 

 Литература [1-7].

 

2  Лабораторная работа «Исследование гидравлического режима работы  водопроводной сети»

 

2.1  Цель лабораторной  работы

 

Приобрести практические навыки исследования гидравлического режима работы  водопроводной сети.  Для этого необходимо провести:

- экспериментальную проверку выполнения законов Кирхгофа для гидравлических систем;

- изучение формы пьезометрического графика в зависимости от расхода в сети;

- измерение расходов воды  у потребителей;

- экспериментальное изучение методов увязки в водопроводных сетях.

 

2.2  Теоретические сведения

 

Для обеспечения водой промышленного предприятия создается система водоснабжения, представляющая комплекс взаимосвязанных сооружений, общими задачами которых являются получение воды из природного источника, повышение ее качества до уровня, требуемого потребителями, транспортировка воды ко всем точкам ее потребления и обеспечение в каждой из них необходимого давления. 

          В состав системы водоснабжения могут входить следующие основные сооружения:

- водозаборные сооружения, осуществляющие отбор воды из выбранного для данного предприятия источника или источников;

- насосные станции, обеспечивающие создание необходимого давления в основных сооружениях системы водоснабжения и у потребителей  и преодоление гидравлических сопротивлений при транспортировке воды через водоводы, водопроводную сеть, очистные сооружения и т.п.;

- сооружения для очистки, обработки и охлаждения воды, осуществляющие улучшение качества воды в соответствии с требованиями потребителей, которые ее будут использовать;

- водопроводы и водопроводные сети, по которым вода транспортируется к объектам и местам потребления;

- регулирующие и запасные емкости сохранения и аккумулирования воды.

Одним из основных элементов системы водоснабжения является водопроводная сеть. Основное назначение водопроводной сети – транспортировка, подача и распределение необходимого количества воды с заданным напором потребителям.

 

2.3   Описание лабораторной установки

 

Принципиальная схема модели водопроводной сети представлена на рисунке 4. Модель позволяет при соответствующих  переключениях запорных вентилей получить три вида водяной сети:

– однокольцевую сеть – при закрытом вентиле 5;

– двухкольцевую  – при открытом вентиле 5;

– тупиковую сеть - при закрытых вентилях 3 и 5.

 

Рисунок 4 – Принципиальная схема модели водопроводной сети

 

Общий расход воды в сети регулируется вентилем 1 и измеряется ротаметром 8. Расходы воды у потребителей изменяются вентилями 4, 6, 7 и измеряются с помощью шайб 9, 10, 11. Показания снимаются с помощью дифманометра 12. Все показания располагаемых напоров по тракту водопроводной сети связаны с пьезометром 13.

 

2.4  Порядок проведения работы

 

Для выполнения работы  необходимо ознакомиться с теоретическим материалом по вопросу [6-10]. Изучить схему установки,   измерительные приборы, подготовить таблицу для  записи результатов эксперимента.

Для определения гидравлического сопротивления участков необходимо:

- собрать тупиковую сеть, т.е. закрыть вентили 3 и 5;

- установить расход воды в сети по показанию ротаметра 8;

- открыть вентиль 4, а вентили 6, 7 закрыть;

- записать показания пьезометров, дифманометра и ротаметра;

- открыть вентиль 6, а вентиль 4 закрыть;

- записать показания приборов.

Провести указанные переключения и замеры для остальных случаев.

 

 

 

2.5  Обработка результатов

 

Общий расход воды в сети, а также через потребителя определяется по градуировочному графику ротаметра 8  и дифманометров 12 в л/мин. Расчет гидравлических сопротивлений участков модели водяной сети выполняется по формуле

                                  Δр = λlρυ² /2d = λlρ G_V²/2df ²  = ΝG²,                            (2.1)

 где Δр - потеря давления в участке сети,  Па;

        G - расход сетевой воды на участке, м³/с;

        Ν – гидравлическое сопротивление для данного участка сети, Па (с/м³)², может быть найдено  из (2.1)

 

                                    Ν = Δр / G².                                                               (2.2)

 

С другой стороны, потеря давления Δр может быть определена  по формуле

                                          Δр = ρgΔh,                                                               (2.3)

 

где Δh - показания пьезометра,  м;

ρ -  плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

 

Увязку водяной сети выполняют следующим образом:

- составляют для сети уравнения по первому и второму закону Кирхгофа;

-         для каждого узла Σ G_i = 0;

                                                         ⁱ

-         для каждого контура Σ Ν_iG_i² = 0;

                                                                  ⁱ

-   зная общий расход в сети G по ротаметру,  задаются значением G₁ < G, направлением обхода контура и определяют невязку

 

                                                        h = Σ Ν_i G_i G_i,                                         (2.4)

 

где Ν_i, G_i - гидравлические сопротивления и расходы по участкам контура.

Величины   G_i  определяются по первому закону Кирхгофа для узла.

Определяют увязочный расход  по формуле

 

                                              ΔG = - h/ Σ Ν_i G_i .                                              (2.5)

 

С учетом увязочного расхода определяют новые расходы по участкам сети:

 

G₁'  = G₁ – ΔG, G₂'  = G₂ - ΔG и т.д.

Если контуров несколько, то составляют уравнение по второму закону Кирхгофа для каждого контура и определяют  h  и ΔG.

Увязки производятся до тех пор, пока не будет достигнута достаточная точность расчета.

 

2.6  Оформление отчета по работе

 

Отчет по работе должен включать:

-         цель и краткое содержание работы;

-         принципиальную схему установки;

-         таблицу с результатами эксперимента (рекомендуемая форма - таблица 1);

-         обработку экспериментальных данных;

-         результаты расчетов;

-         анализ результатов и выводы по работе.

 

 

Таблица 1 - Экспериментальные данные по исследованию работы водопроводной сети

Режим работы	Показания пьезометров в точках						Показания ротаметра и дифманометров в точках
	1	2	3	4	5	6	1	9	10	11
I
II
III

 

2.7  Контрольные вопросы

 

1 Масштабы и направление использования воды на промышленных предприятиях.

2 Классификация систем водоснабжения.

3 Методы расчета водопроводных сетей.

4 Законы Кирхгофа для водопроводов  и их экспериментальная проверка.

 

Литература [6-10].

 

 

 

 

 

3 Лабораторная работа  «Испытание компрессионной холодильной установки»

 

3.1 Цель лабораторной  работы

 

      В работе необходимо  изучить  устройство и принцип действия  компрессионной холодильной установки.

     В процессе выполнения этой работы решаются следующие задачи:

-         изучить принцип действия парокомпрессионной холодильной машины и ее термодинамический цикл;

-         определить термодинамические параметры рабочего вещества в установившемся режиме работы установки;

-         построить в T-S диаграмме рабочий цикл холодильной машины;

-         рассчитать термодинамическую эффективность цикла лабораторной компрессионной холодильной установки.

3.2 Теоретические сведения

 

В парокомпрессионных холодильных установках  процессы протекают в области влажного пара, что позволяет реальные циклы  максимально приблизить  к циклу Карно. Принципиальная схема одноступенчатой  парокомпрессионной установки и Т-S диаграмма процессов показаны на рисунке 5. По диаграмме рассчитываются параметры компрессионной холодильной установки.

Удельная массовая холодопроизводительность, кДж/кг

 

                                        q₀ =  i₁ – i₄                                                                 (3.1)

Удельная объемная холодопроизводительность, кДж/м³

 

                                        q_υ= q₀/υ                                                             (3.2)

Удельная теплота, отводимая от конденсатора, кДж/кг

 

                                         q₀ =  i₂ – i₃                                                          (3.3)

Удельная изоэнтропная работа цикла, кДж/кг

 

                                           l_S = i₂ – i₁        или

                                           l_S = q_К - q₀                                                       (3.4)

Теоретический холодильный коэффициент

 

                                           Е= q₀/l_S                                                           (3.5)

Массовый расход рабочего вещества в машине, кг/с

 

                                           G_m= Q₀/q₀                                                       (3.6)

 

 

                           а)                                                   б)

 

Рисунок 5 -  Схема паровой компрессионной холодильной установки (а) и  последовательность процессов   на Т-S диаграмме (б).

 

Изоэнтропная мощность компрессора, кВт

                                         N_S= G_m/ l_S                                                          (3.7)

Индикаторная мощность в расчетном режиме, кВт

                                         N_i= N_S/η_i ,                                                                              (3.8)

                                   

    где η_i = 0,8 – индикаторный коэффициент.

Мощность трения

                                         N_тр=P_{i тр} V_т,                                                      (3.9)

    где P_{i тр} = 40 10³Па – давление трения,

V_т = 2,22 10^-4 м³/с – объем, описываемый поршнями.

Эффективная мощность

                                                   N_е= N_i +  N_тр .                                                          (3.10)

 Механический КПД компрессора

                                                   η_мех =N_i /N_е .                                                   (3.11)

Эффективный КПД компрессора

                                                   η_е= N_S/ N_е.                                                       (3.12)

Эффективный холодильный коэффициент

                                                    Е = Q₀/ N_е .                                                     (3.13)           

 

3.3  Описание лабораторной установки

 

     Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рисунке 6.      Установка состоит из компрессионной холодильной машины и термостата с трубопроводами, имитирующими систему хладоснабжения. Собственно холодильная машина состоит из поршневого компрессора, конденсатора, обратного клапана, испарителя и трубопроводов. Рабочим веществом установки является хладагент фреон-12 (R-12).

     Для измерений температур в системе хладоснабжения служат хромель-копелевые термопары, установленные в соответствующих точках, которые переключателем термопар ПТ-1 могут быть подключены к цифровому измерителю температуры Ф-266 или автоматическому потенциометру КСП-4.

     Расход воды в системе хладоснабжения измеряется с помощью  проградуированного ротаметра  и регулируется краном.

     Компрессор холодильной установки включается тумблером «Сеть 220В» на лицевой панели установки.

     Управление термостатом производится переключателями на его корпусе, встроенном в стол лабораторной установки.

1 - термостат, 2 - камера испарителя, 3 - компрессор,  4 - испаритель, 5 - конденсатор, 6 – клапан, 7 - кювета, 8 - расходомер, 9 – насос, t1 - t8 - термопары

Рисунок 6 – Схема модели парокомпрессионной холодильной установки

 

3.4  Порядок проведения работы

 

Для выполнения работы необходимо познакомиться с теоретическим материалом по исследуемому вопросу [11-16]. Изучить схему установки,   измерительные приборы, подготовить таблицу для  записи результатов эксперимента.

 

Для определения параметров установки необходимо:

- включить термостат на режим разогрева (по указанию преподавателя);

- включить компрессор холодильной установки;

- включить насос термостата 9 и регулятором расходомера 8 задать расход воды в системе (по указанию преподавателя);

- через каждые 2 минуты производить измерения температуры во всех точках до установившегося режима работы холодильника;

- термо-эдс термоэлектрических термометров типа ТХК  при помощи градуировочной таблицы выразить в градусах.

 

3.5 Обработка результатов

 

По экспериментальным значениям температур в установившемся режиме работы холодильной установки, используя таблицы свойств насыщенных паров фреона-12, построить термодинамический цикл в Т-S диаграмме. Полученные значения занести в таблицу 2. Принять температуру кипения фреона-12 Т₀ = 268К, конденсации  - Т_К = 313К. Холодопроизводительность     установки Q₀ =      кВт.

 

Таблица 2 - Параметры узловых точек.

Параметр	Точки
	1	2	3	4	5	6	7	8
Т, К   Р, МПа   i, кДж/кг   υ, м3/кг

 

 

По полученным данным  и уравнениям (3.1) - (3.13) рассчитываются  параметры компрессионной холодильной установки.

 

3.6 Оформление отчета по работе

 

Отчет по работе должен включать:

-         цель и краткое содержание работы;

-         принципиальную схему установки;

-         таблицу с результатами эксперимента (рекомендуемая форма - таблица 2);

-         обработку экспериментальных данных;

 

 

 

-         результаты расчетов;

-         анализ результатов и выводы по работе.

 

3.7  Контрольные вопросы

 

1 Какие основные процессы включает  цикл парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ)?

2 Определить с помощью Т-S диаграммы отведенное в конденсаторе и подведенное в испарителе количество теплоты.

3 Хладагенты ПКХМ и их свойства.

4 Энергетические характеристики ПКХМ и их расчет.

5 Что в данной лабораторной установке  является объектом охлаждения?

6 Какие поправки необходимо вносить в показания прибора  при измерении температуры термопарой?

 

Литература [11-16].

 

4 Лабораторная работа «Исследование системы хладоснабжения»

 

4.1 Цель лабораторной  работы

 

Приобретение практических навыков исследования системы холодоснабжения.

В работе необходимо провести испытание системы хладоснабжения и исследовать температурный режим ее работы, а также изучить свойства хладоносителя. Система холодоснабжения состоит из компрессионной холодильной машины и термостата с трубопроводами, имитирующими систему хладоснабжения.

Работа состоит из двух этапов. На первом этапе определяется  температура замерзания  хладоносителя - раствора хлористого натрия.

На втором этапе исследуется система холодоснабжения, состоящая из источника холода, потребителя и коммуникаций.

При выполнении работы необходимо:

- определить концентрацию раствора хлористого натрия  по температуре замерзания;

-         провести испытание системы хладоснабжения в переходном и стационарном режимах.

 

4.2 Теоретические сведения

 

Необходимые для выполнения работы теоретические сведения представлены в работе 3 (раздел 3.2) настоящего сборника.

4.3 Описание лабораторной установки

 

Необходимое для выполнения работы описание лабораторной установки

представлено в работе 3 (раздел 3.3) настоящего сборника.

 

4.4 Порядок проведения работы

 

Для выполнения работы необходимо ознакомиться с теоретическим материалом по исследуемому вопросу [11-16]. Изучить схему установки          (рисунок 6), измерительные приборы, подготовить таблицу для  записи результатов эксперимента.

Для определения свойств энергоносителя и параметров системы хладоснабжения необходимо:

- налить в кювету раствор хлористого натрия неизвестной концентрации и поместить в испарительную камеру холодильной машины;

- включить компрессор холодильной установки;

- через каждую минуту записывать показания термопары t5, фиксирующей  температуру раствора хлористого натрия;

- опыт прекращается  после стабилизации температуры раствора в течение 4-5 минут;

- опыт повторяется для различных концентраций раствора (по заданию преподавателя);

- включить термостат в режим разогрева (по указанию преподавателя);

- включить насос термостата 9 и регулятором расходомера 8 задать расход раствора хлористого натрия в системе (по указанию преподавателя);

- после достижения стационарного режима, производится измерение  и запись основных параметров: расхода, температуры раствора на входе и выходе из испарительной камеры;

- опыт повторяется при изменении величины расхода хлористого натрия (по заданию преподавателя);

- термо-эдс термоэлектрических термометров типа ТХК  при помощи градуировочной таблицы выразить в градусах.

 

4.5 Обработка результатов

 

По полученным данным строят график изменения температуры раствора хлористого натрия с течением времени.

Определяют температуру замерзания раствора, по которой  могут быть найдены концентрация и теплоемкость раствора хлористого натрия на основании данных, приведенных в  таблице 3.

Производят расчет  количества теплоты, отведенной от хладоносителя в испарителе холодильной машины.

 

 

 

Строят график зависимости количества теплоты, отданного хладоносителем, от расхода раствора.

 

Таблица 3 – Основные свойства хладоносителей на основе солей хлористого натрия

Концентрация раствора, кг/кг	Теплоемкость раствора, кДж/кгК	Масса хлористого натрия в г на 100г раствора	Температура замерзания раствора,0С
0,01 0,015 0,029 0,056 0,175 0,231 0,263	4,19 4,07 4,0 3,88 3,48 3,33 3,25	1,5 2,9 4,3 5,6 8,3 12,2 16,2	-         0,9 -         1,8 -         2,6 -         3,5 -         5,4 -         8,6 -         12,2

 

4.6 Оформление отчета по работе

 

Отчет по работе должен включать:

-         цель и краткое содержание работы;

-         принципиальную схему установки;

-         таблицу с результатами эксперимента;

-         обработку экспериментальных данных;

-         результаты расчетов;

-         анализ результатов и выводы по работе.

 

4.7 Контрольные вопросы

 

1 Способы получения холода.

2 Классификация холодильных установок.

3 Свойства хладоносителей и требования к ним.

4 Какие основные процессы включает  цикл парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ)?

5 Определить с помощью Т-S диаграммы отведенное в конденсаторе и подведенное в испарителе количество теплоты.

 

Литература [11-16].

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Лабораторная работа   «Исследование системы оборотного водоснабжения»

 

5.1 Цель лабораторной  работы

 

Приобретение  практических навыков  изучения системы оборотного водоснабжения на модели, имитирующей систему оборотного водоснабжения, состоящей из  термостата с трубопроводами – источника горячей воды и охладителя - вентиляторной градирни.

Изучение работы  модели вентиляторной градирни, в частности, влияние изменения температуры и расхода воды  на входе в градирню на температуру охлаждающего воздуха и воды на выходе из градирни, унос воды из градирни.

Знакомство на примере градирни с работой контактных тепло-массообменных аппаратов.

 

5.2 Теоретические сведения

 

В системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий охлаждение воды – один из процессов её обработки, необходимый для повторного использования в теплотехнических процессах и установках. Температура охлаждения воды должна выбираться из технико-экономических соображений.

В качестве охлаждающих устройств на промышленных предприятиях используют естественные и искусственные  водоемы, брызгательные бассейны и градирни. Во всех этих устройствах охлаждение воды осуществляется отводом теплоты в окружающую среду, в основном в результате её испарения при непосредственном контакте с воздухом.

В градирнях, оснащенных секциями поверхностей охлаждения, процесс охлаждения с помощью передачи тепла происходит  и через стенки теплообменника.

Независимо от типа охладителя первый способ теплопередачи с теплотехнической точки зрения более эффективен, так как в этом случае возможно более глубокое охлаждение воды – идеально до температуры мокрого термометра. Так, при наружной температуре воздуха t_С=30 ⁰С и относительной влажности j=60% разность температур сухого и мокрого термометров составляет  ∆ = 7 ⁰С (t_М =23 ⁰С). При понижении температуры и повышении влажности j, величина  ∆ уменьшается и предел температуры охлаждения близок к t_С.

В действительности  температура воды после охладительного устройства всегда выше температуры окружающей среды на величину,

 

 

 

зависящую от типа устройства, условий эксплуатации, состояния поверхности и т.д.

         В данной работе  охлаждающее устройство - градирня работает  по комбинированному принципу: охлаждение происходит как за счет испарения, так и за счет передачи тепла через стенку.

          При тепловом расчете градирен по методу В.В. Проскурякова,  определение параметров воздуха  и температуры воды производится последовательно по сечениям оросителя согласно следующим уравнениям:

- изменение температуры воздуха

 

                    dθ/dx = α_δ (t – θ) /с_Рγ_срυ_ср = 1.84β_υ(t – θ)/ γ_срυ_ср;                           (5.1)

 

- изменение абсолютной влажности воздуха

 

                      dl/dx =  (l_m – l) β_υ/υ_срr ;                                                                (5.2)

 

- изменение температуры воды

 

                     dt/dx = (с_Рγ_срυ_ср/q_ср ) (dθ/dx) + (υ_срr/ q_ср ) (dl/dx),                     (5.3)

 

где a_d - принимается равным 0,46β_υ;

с_Р - теплоемкость влажного воздуха;

γ_ср- средний объемный вес воздуха;

(t - q) – разность температур воды и воздуха;

(l_m - l) – разность  максимальной упругости водяного пара при температуре воды и абсолютной влажности воздуха на его входе и выходе из градирни;

b_v – объемный коэффициент теплоотдачи испарением;

q_ср – средняя плотность орошения в градирне – отношение массового расхода воды к  активной площади охладителя;

r – скрытая теплота испарения воды;

υ_ср – средняя скорость воздуха в оросителе.

         В тех случаях, когда  задан перепад температур, а температура охлажденной воды  является искомой, её определяют подбором, исходя из равенства

 

                                                   t₂ +∆t= t₁                                                        (5.4)

 

          При выполнении  расчетов может оказаться, что определенная расчетом в каком-либо сечении оросителя влажность воздуха превышает 100%. В этом случае избыточное количество паров должно конденсироваться.

Дополнительное приращение температуры  воздуха за счет конденсации пара может быть определено из уравнения

 

                                     dθ = δr/γ_срυ_ср = 2,34 δ/γ_ср ,                                             (5.5)

 

где δ – количество сконденсированных паров, определяемое разностью абсолютной влажности воздуха, полученной по расчету, и влажности воздуха, соответствующей максимальному его насыщению при заданной температуре.

          Для упрощения теплового расчета градирен обычно строятся графики, по которым для заданных значений температуры воздуха и его влажности, плотности орошения и перепада температур могут быть определены температуры охлажденной воды. Графики строятся на основании либо теплового расчета, либо испытаний конкретной конструкции градирни.

          В данной работе проводится испытание градирни в нескольких режимах с целью построения графиков, позволяющих выполнить ее расчет.

 

5.3 Описание лабораторной установки

 

Принципиальная схема лабораторной установки представлена на рисунке 7.

 

1- градирня, 2 – вентилятор с электроприводом, 3 – термостат, 4 – ротаметр, 5 – дифманометр, 6 – аспирационный психрометр, t1 – t4 - термопары

 

Рисунок 7 – Принципиальная схема модели системы охлаждения воды

 

Установка моделирует систему оборотного водоснабжения, основным элементом которой является охлаждающее устройство, работающее по принципу вентиляторной градирни. Подогрев воды до заданного уровня происходит в термостате 3, откуда она поступает в градирню 1, где происходит ее охлаждение за счет теплообмена с воздухом. Воздух, подаваемый вентилятором 2, вначале проходит по внутренней полости градирни, а затем, обтекая поток воды с внешней стороны, отводится из градирни. Измерение расходов воды и воздуха проводится соответственно в ротаметре 4 и с помощью измерительной шайбы и дифманометра 8. Измерение температуры воды и воздуха производится на входе и выходе из градирни с помощью термопар. Снятие показаний производится с потенциометра КСП-4. Измерение влажности воздуха производится аспирационным  психрометром

          На установке предусмотрена возможность изменения температуры и расходов воды, а также расходов воздуха на градирню.

 

5.4 Порядок проведения работы

 

По заданию преподавателя устанавливается несколько режимов работы установки:

- на термостате устанавливается заданная температура и расход воды;

- после достижения заданной температуры включается насос термостата;

- затем  включается вентилятор и производится подача воздуха с заданным расходом;

- при установившемся  температурном режиме снимают показания температур воды, воздуха на входе и выходе из градирни, расход воды и воздуха;

-опыты повторяются при других значениях температуры воды и расходов воздуха и воды;

- полученные данные заносят в таблицу

 

Таблица 4 – Опытные данные по исследованию вентиляторной градирни

t термо стата, 0C	tводы вход, 0C	t воды выход,0C	t воз вход, 0C	t воз выход,0C	G воды, м3/с	G воз, м3/с	tМ , 0С	tС , 0С	φ,  %
						0,15

 

 

5.5 Обработка результатов

 

Определить относительную влажность воздуха, поступающего в градирню по номограмме (Приложение А).

Термоэдс термопар  по градуировочным  таблицам выразить в градусах.Построить  график зависимости температуры охлажденной воды от расхода воды при изменении температуры воды на входе в градирню.

Выполнить расчет  градирни по номограммам Приложения Б или  используя систему уравнений (5.1) - (5.5).

 

5.6 Оформление отчета по работе

 

Отчет по работе должен включать:

-         цель и краткое содержание работы;

-         принципиальную схему установки;

-         таблицу с результатами эксперимента;

-         обработку экспериментальных данных;

-         результаты расчетов;

-         анализ результатов и выводы по работе.

 

5.7 Контрольные вопросы

 

1 Классификация систем водоснабжения промышленных предприятий.

2 Типы и конструкции охладителей систем водоснабжения.

3 Основные показатели, характеризующие  производительность и эффективность охладителей.

4  Устройство и принцип действия вентиляторной градирни.

5 Методы расчета вентиляторной градирни.

 

Литература [8-10,17]

 

Список литературы

 

1.  Карабин А.И. Сжатый воздух. - М.: Машиностроение, 1964.-340 с.

2.  Ионин А.А. Газоснабжение.- М.: Стройиздат,1989.- 439 с.

3.  Несенчук А.П. Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий. – Минск: Высшая школа, 1989.- 279 с.

4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник / Под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. Кн.4. – М.: Энергоатомиздат, 1991.- 588 с.

5.  Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. – М.:  Энергоатом-издат, 1984.- 415с.

6. Борисова Н.Г. Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий: Тестовые задания для текущего и итогового контроля. – Алматы, АИЭС, Ч1. – 1999.- 34 с., Ч2. – 2000. – 32 с.

7. Борисова Н.Г.  Системы производства и распределения энергоносителей промышленных предприятий. Конспект лекций. – Алматы: АИЭС. Ч1, 2002.-79  с., Ч2, 2003.- 56 с.

8. Абрамов Н.И. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982. – 440 с.

9. Белан А.Е. Технология водоснабжения. – Киев.: Наукова думка,1985.–264 с.

10. Борисов Б.Г., Багров О.Н., Калинин Н.В. Системы водоснабжения предприятий. – М.: МЭИ, 1987. – 64 с.

11. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. -  М.: Энергия, 1972. – 319 с.

12. Промышленные тепло-массообменные процессы и установки / Под ред. А.М. Бакластова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 327 с.

13. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. – М.:  Энергоиздат,  1981. – 320 с.

14. Мартынов А.. Установки для трансформации тепла и охлаждения. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 200 с.

15. Теплообменные аппараты холодильных установок / Под ред. Г.Н. Даниловой. – Л.: Машиностроение, 1986. – 303 с.

16. Холодильные машины: Справочник. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. – 223 с.

17. Фарфоровский Б.С., Фарфоровский В.Б. Охладители циркуляционной воды тепловых электростанций. – Л.: Энергия, 1972. – 112с.

 

Содержание

 

Введение …………………………………………………………………….	3
1 Лабораторная работа «Исследование системы воздухоснабжения»…..	3
2 Лабораторная работа «Исследование гидравлического режима работы  водопроводной сети» ……………………………………………………..	8
3 Лабораторная работа «Испытание компрессионной холодильной установки» ………………………………………………………………………………	13
4 Лабораторная работа «Исследование системы хладоснабжения» …	17
5 Лабораторная работа «Исследование системы оборотного водоснабжения» ………………………………………………………………………..	20
Список литературы …………………………………………………………	24
Приложение А ………………………………………………………………	26
Приложение Б ………………………………………………………………	27

 

 

 

 

Св. план 2002 г., поз 8

 

 

 

Нина Гавриловна Борисова

 

 

СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

 

Методические указания  к лабораторным работам

(для студентов, обучающихся по специальности 220440 – Промышленная теплоэнергетика)

 

 

 

 

 

 

 

 

Редактор В.В.Шилина

 

 

 

 

 

Подписано к печати ___________                              Формат 60х84  1/16

Тираж   50     экз                                                            Бумага типографская № 1

Объем   1,5     уч.-изд.л.                                                    Заказ _____. Цена 56 тг.

 

 

 

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

 Алматинского института энергетики и связи

480013 Алматы, ул. Байтурсынова,126