CC BY
57
УДК [681.125:53.089.6]:536.62 ББК [31.221.02-56:30.106]:22.361.5
В. А. Краснов, 77. Н. Ларин, И. В. Краснов
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ ТЕПЛОСЧЁТЧИКОВ ТЕПЛОМЕТРИЧЕСКОГО ТИПА
V. A. Krasnov, Р. N. Larin, I. V. Krasnov
INSTALLATION FOR CHECKING OF HEAT METERS OF HEAT METRIC TYPE
Описана установка для поверки теплосчётчиков теплометрического типа путём сравнения их с теплосчётчиками энталышйного типа. Схема установки позволяет производить непосредственные измерения тепловой мощности отопительного прибора серийным теплосчетчиком «Карат-компакт», а также вычислять тепловую мощность по известным формулам. Сравнение результатов измерений и составляет суть поверки теплосчётчиков.
Ключевые слова: поверка, теплосчётчики, энтальпия, тепловая мощность,
измерительные приборы.
The installation for checking heat meters of heat metric type by their comparison with heat meters of enthalpic type is described. The scheme of installation allows to make direct measurements of heat power of the heating device by the "Carat-compact" device and to calculate thermal capacity by the known formulas. The comparison of the results of measurements also makes an essence of checking of heat meters.
Key words: checking, heat meters, enthalpy, thermal capacity, measuring devices.
Введение
Тепловая энергия на отопление может определяться различными методами, из которых следует выделить как наиболее точные и физически обоснованные - два: энтальпийный и теплометрический. В энтальпийном методе тепловая энергия определяется косвенно - по уменьшению энтальпии теплоносителя в отопительном приборе, в теплометрическом - прямыми измерениями теплоты, отдаваемой отопительным прибором, с помощью датчиков теплового потока (ДТП). Несмотря на то, что тепловая энергия энтальпийным методом измеряется косвенно, этот метод является наиболее точным при соблюдении чистоты теплоносителя, температурных зависимостей теплоёмкости теплоносителя, его плотности, а следовательно, и при определении расхода, измерении температуры теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора. Именно поэтому установка для поверки теплосчётчиков теплометрического типа содержит в своём составе все элементы установки энтальпийного типа.
Теплосчётчик теплометрического типа представляет собой средство измерений для поквартирного учёта тепловой энергии на отопление. Он состоит из двух ДТП, установленных накладным способом на трубах входа и выхода отопительного прибора, и тепловычислителя -измерительного прибора, который представляет результат измерений в цифровой форме в Гкал или МВт-ч (1 Гкал = 1,163 МВт-ч). При серийном производстве теплосчётчиков необходимо проводить их выборочную поверку для партий приборов, т. е. устанавливать соответствие результатов измерений тепловой энергии энтальпийным и теплометрическим методами. Поскольку реальный процесс теплообмена отопительного прибора с окружающим воздухом с высокой степенью приближения можно считать стационарным, при поверке достаточно измерять не саму тепловую энергию, а тепловую мощность. Время на поверку при этом значительно сокращается. При условии идентичности ДТП [1], обусловленной конструкцией, технологией изготовления и выходным контролем [2], а также воспроизведения условий эксперимента поверка сводится к определению показаний тепловычислителя и вычислению значения тепловой мощности энтальпийным методом. На поверочной установке датчики остаются прикреплёнными к трубам, а меняются только тепловычислители, по которым можно оценивать поверку теплосчётчика теплометрического типа в целом.
Целью исследований являлось создание поверочной установки, которая позволяет быстро и точно проводить поверку теплосчётчиков теплометрического типа согласно уравнению
Qoп ~ вэ ~ Опт >
где боп _ тепловая мощность отопительного прибора, Вт; ()э - тепловая мощность, вычисленная энтальпийным методом, Вт; (2^ - тепловая мощность, измеренная тепловычислителем теплосчётчика теплометрического типа, Вт.
В описываемой установке заложены два варианта определения тепловой энергии на отопление энтальпийным методом и один - теплометрическим. Операция поверки на установке состоит в сравнении результатов измерений тепловой мощности на отопление энтальпийным методом, полученных расчётным путём, с показаниями серийного теплосчётчика типа «Карат-компакт» и тепловычислителя ТТТ в режиме измерения мощности.
Показания теплосчётчика теплометрического типа снимаются с дисплея тепловычислителя, реализующего расчётную формулу, полученную на основании экспериментов на установке для сравнения теплосчётчиков энтальпийного и теплометрического типа [3]. Для тепловой мощности отопительного прибора эта формула примет вид
0оп=кРЁФ, (1)
где к - коэффициент преобразования ДТП, Вт/(м2 -мВ); Т7 - площадь поверхности отопительного прибора, м2; Е - полусумма термоЭДС ДТП, мВ; Ф - поправочный коэффициент, определяемый экспериментально для каждого типа отопительных приборов сравнением энтальпийного и теплометрического методов. Появление коэффициента обусловлено особенностью конвективного теплообмена, связанной с коэффициентом теплоотдачи, который зависит от ряда факторов [4] и имеет различные числовые значения в разных точках батареи отопления. Поэтому тепловая энергия на отопление, вычисленная без учёта этого коэффициента, отличается от энергии, полученной энтальпийным методом. Коэффициент Ф является безразмерным. В связи с этим его можно объединить с Т7 и получить формулу для приведенной площади 7^ (слова «приведенная площадь» означают, что путём введения коэффициента Ф приводятся в соответствие значения тепловой энергии, полученные энтальпийным и теплометрическим методами)
^=^'Ф, (2)
Р = Т-п, (3)
где / - площадь одной секции батареи; п - число секций.
С учётом (2) расчётная формула (1) примет вид
еттт=к-^ф (^+£2) 0,5,
где Ех и Е2 - термоЭДС датчиков теплового потока на входе и выходе батареи отопления.
Приведенная площадь отопительного прибора может быть определена с помощью значения тепловой энергии, полученного энтальпийным методом, по формуле
Р =_______Яэ______ (Л\
Ф к(Е1+Е2) 0,5’ К)
где Оэ - тепловая мощность, измеренная энтальпийным методом.
О'Э = См • с (¿вх — ¿вых), (5)
где См - массовый расход теплоносителя, кг/с; с - удельная массовая теплоёмкость, Дж/(кг К); (гвх - ¿вых) - разность значений температуры теплоносителя на входе и выходе отопительного прибора.
В соответствии с расчётной формулой для правильных измерений тепловой энергии необходимо знание приведенной площади , вычисленное по формуле (4) на основании экспериментов на установке для поверки теплосчётчиков теплометрического типа для конкретного вида отопительных приборов, например для батарей МС-140-500. Площадь поверхности одной секции батареи из формулы (3) определялась следующим образом.
По оригиналу секции батареи (рис. 1) были определены все необходимые размеры, затем была построена трёхмерная модель секции, которая позволила средствами программ твердотельного моделирования вычислить площадь поверхности. Искомая площадь секции батареи составила / = 0,223 м2.
Рис. 1. Секция батареи
Установка для поверки теплосчётчиков теплометрического типа содержит в своём составе следующие измерительные приборы и устройства, входящие в состав установки для измерения тепловой энергии энтальпийным методом: батарею отопления типа МС-140-500; водяной насос; счётчик-расходомер; переносной потенциометр и нуль-термостат для измерения температуры теплоносителя; нагреватель, образующий с корпусом генератор горячей воды, а также серийно выпускаемый теплосчётчик «Карат-компакт» и поверяемый теплосчётчик теплометрического типа. Для надёжной работы установки требуется также стабилизатор напряжения, а для получения необходимой температуры теплоносителя путём регулирования напряжения на нагревателе - лабораторный автотрансформатор (рис. 2).
Рис. 2. Схема установки:
ЛАТР - лабораторный автотрансформатор; ЭСН - электронный стабилизатор напряжения; ГГВ - генератор горячей воды; ТТТ - тепловычислитель теплосчётчика теплометрического типа; С-Р - счётчик-расходомер; ВН - водяной насос; PH - регулятор напряжения; НТ - нуль-термостат; ПТ - переключатель термопар; ПП-63 - переносной потенциометр;
ДТП1 и ДТП2 - датчики теплового потока
На рис. 3 показана экспериментальная установка в сборе. На выходе из батареи 1 установлен электронный цифровой термометр 2 для контроля и измерения температуры теплоносителя, смонтированного в верхней 3 или нижней 4 трубах. Для этого во входную и выходную трубы впаяны термометровые гильзы 5. Тепловычислитель 6 показан вместе с экранированными кабелями 7 и 8 от ДТП1 и ДТП2, которые имеют радиаторы 9, подобные радиаторам устройства для градуировки датчиков теплового потока [5]. Теплосчётчик «Карат-компакт» 10 установлен на верхней трубе, а датчик температуры 11 - в гильзе на нижней трубе. Теплоноситель приводится в движение насосом 12, обвязанным трубопроводами 13 с краном 14 в байпасную линию, а кран 15 служит для регулировки расхода теплоносителя с помощью счётчика-расходомера 16. Уровнемерная трубка 17 служит для контроля уровня теплоносителя в генераторе горячей воды 18, а кран 19 - для слива теплоносителя.
Рис. 3. Экспериментальная установка в сборе
Контроль соединений электрических цепей осуществлялся с помощью мультиметра, а картину температурного поля батареи наблюдали с использованием инфракрасного радиационного пирометра, который позволял также определить среднюю температуру поверхности отопительного прибора.
Поверка теплосчётчика теплометрического типа на установке производится следующим образом. При снятой крышке ГГВ в установку заливается вода до уровня полного заполнения секций батареи. Наклоном установки удаляется воздух из верхних участков секций. Уровень воды контролируется с помощью пробкового указателя (не показан), опущенного в расширительную трубку (слева от ГГВ), соединённую с трубой выхода из батареи перед насосом. Полностью открывают кран байпасной линии насоса и кран на выходе счётчика-расходомера. Включают насос в электрическую сеть 220 В и по секундомеру с помощью указанных кранов и счётчика-расходомера устанавливают расход 1 л/м. Устанавливают на автотрансформаторе выходное напряжение, например 100 В, и включают установку в электрическую сеть 220 В. Начинается нагрев воды. Электронным цифровым термометром контролируют процесс нагрева воды и с помощью автотрансформатора доводят температуру до 75 °С на выходе из ГГВ. По истечении некоторого времени устанавливается стационарный тепловой режим. Этим же термометром измеряют температуру воды на выходе из батареи. Вычисляют среднюю температуру воды в батарее и для неё по таблицам [6] находят значение удельной теплоёмкости. Более точно температура воды определяется термопарами, установленными в гильзы (рис. 2) и подключенными к потенциометру. По формуле (5) вычисляется тепловая мощность в кВт. Это значение тепловой мощности сравнивается с показаниями теплосчётчика «Карат-компакт». Если полученное расхождение превышает установленные для теплометрического теплосчётчика пределы погрешности, то необходимо перенастроить тепловычислитель ТТТ, изменяя с помощью регулирующего элемента тепловычислителя (кнопки «Режим», «+» и «-») до равенства тепловых мощностей.
После ряда экспериментов с изменением числа секций батареи отопления вычисляют зависимость от числа секций и составляют соответствующую таблицу Еф-п, которая являет-
ся указанием к настройке тепловычислителя на конкретном отопительном приборе с известным числом секций у потребителя, т. е. в квартире. Поверяемый тепловычислитель устанавливается на место описанного. Процедуру настройки прибора повторяются без каких-либо изменений температуры воды, электрического напряжения на нагревателе и насосе. Если показания прибора в режиме измерения тепловой мощности отличаются от вычисленных в пределах допустимой погрешности, указанной в паспорте на прибор, то можно считать, что прибор прошёл поверку. Если показания прибора в режиме измерения тепловой мощности превышают допустимую погрешность, то производится регулировка измерительной схемы прибора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 112764 Российская Федерация. Датчик теплового потока / Краснов В. А., Базаров О. А., Ларин П. Н. Приоритет полезной модели 15.09.2011.
2. Пат. 115473 Российская Федерация. Компаратор датчиков теплового потока / Краснов В. А., Базаров О. А., Ларин П. Н. Приоритет полезной модели 03.10.2011.
3. Краснов В. А. Установка для сравнения энтальпийного и теплометрического методов определения тепловой энергии в отопительных приборах / В. А. Краснов, И. Ю. Алексанян, В. В. Ермолаев, П. Н. Ларин,
С. А. Терешонков, И. В. Балыбин // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. 2011. № 1 (51). С. 51-55.
4. Михеев М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. М.: Энергия, 1973.496 с.
5. Пат. 95745 Российская Федерация. Устройство для градуировки преобразователей плотности теплового потока / Краснов В. А. // Изобретения. Полезные модели. 2010. № 19. С. 871.
6. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972.721 с.
REFERENCES
1. Krasnov V. A., Bazarov О. A., Larin Р. N. Datchik teplovogo potoka [Controller of heat flow]. Patent RF, no. 112764,2011.
2. Krasnov V. A., Bazarov O. A., Larin P. N. Komparator datchikov teplovogo potoka [Comparator of the controllers of heat flow]. Patent RF, no. 115473, 2011.
3. Krasnov V. A., Aleksanjan I. Ju., Ermolaev V. V., Larin P. N., Tereshonkov S. A., Balybin I. V. Ustanovka dlja sravnenija jental'pijnogo i teplometricheskogo metodov opredelenija teplovoj jenergii v otopitel'nyh priborah [Installation for comparison of enthalpic and thermal metric methods of determination of heat power in heating devices]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2011, no. 1 (51), pp. 51-55.
4. Miheev M. A., Miheeva I. M. Osnovy teploperedachi [Basis of heat transfer], Moscow, Jenergija Publ., 1973.496 p.
5. Krasnov V. A. Ustrojstvo dlja graduirovki preobrazovatelej plotnosti teplovogo potoka [Device for gradually of transformers of heat flow density]. Patent RF 95745. Izobretenija. Poleznye modeli, 2010, no. 19, p. 871.
6. Vargaftik N. B. Spravochnikpo teplofizicheskim svojstvam gazov i zhidkostej [Reference on thermal and physical properties of gases and liquids]. Moscow, Nauka Publ., 1972. 721 p.
Статья поступила в редакцию 4.10.2013 ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Краснов Владислав Алексеевич — Астраханский государственный технический университет; ведущий инженер кафедры «Технологические машины и оборудование»; [email protected].
Krasnov Vladislav Alekseevich - Astrakhan State Technical University; Leading Engineer of the Department 'Technological Machinery and Equipment"; [email protected].
Ларин Петр Николаевич - Астраханский государственный технический университет; ведущий инженер кафедры «Технологические машины и оборудование»; [email protected].
Larin Peter Nlckolaevlch - Astrakhan State Technical University; Leading Engineer of the Department 'Technological Machinery and Equipment"; [email protected].
Краснов Иван Владиславович - ООО «ЛЖОЙП-Нижневолжскнефть»; менеджер-экономист; [email protected].
Krasnov Ivan Vladislavovich - LLC "LUKOIL-Nizhnevolzhskneft"; Manager-Economist; [email protected].
