Журнал "Новости теплоснабжения", № 10 (26), октябрь, 2002, С. 50 -51, www.ntsn.ru
д.т.н. И.Д.Вельт, заведующий лабораторией, ГНЦ «НИИтеплоприбор»
Требования к метрологическому обеспечению
Теплосчетчики бытового назначения представляют собой приборы относительно небольших диаметров каналов, не более 50-60 мм с диапазоном измерения теплоносителя не более 40-60 м 3 /ч. Применимы различные методы измерения расхода: электромагнитный, вихревой, турбинный, переменного перепада давления и другие. Приборы находят массовое применение в основном в коммунальном хозяйстве. Очевидно, что для их правильной эксплуатации необходимо соответствующее метрологическое обеспечение, причем простое и недорогое.
Для определения требований к метрологическому обеспечению теплосчетчиков бытового назначения необходимо оценить их основные особенности.
При выборе метрологических характеристик расходомера для теплосчетчиков обычно стремятся применять расходомер, обладающий наиболее высокой точностью. Однако это не всегда оправдано. При измерении тепловой энергии, потребляемой на обогрев помещения необходимо знать, кроме объемного расхода теплоносителя, его плотность, разность температуры на входе и выходе теплотрассы, рабочее давление в трубопроводе. В расчетную формулу входит также теплоемкость, которая известна для данного химического состава теплоносителя с невысокой достоверностью. Погрешность результата вычисления тепловой энергии даже при абсолютно точном измерении объемного расхода составляет не менее 3-5 %. Очевидно, что при такой точности определения тепловой энергии, расход теплоносителя достаточно измерять с погрешностью 1-2 %. При этом точность измерения тепловой энергии практически не снизится. Применение расходомера более высокой точности приводит лишь к дополнительным финансовым затратам на сложность изготовления прибора и его метрологическое обеспечение.
Учитывая сезонность тепловой нагрузки, расходомеры должны иметь двух и более предельный диапазон измерения, или один, но очень широкий (1/1000). Последнее гораздо хуже, т.к. приводит к необходимости повышать точность измерения расхода, что нежелательно, т.к. удорожает прибор.
Первичные преобразователи расхода должны быть нечувствительны к изменению числа Рейнольдса, особенно при значениях, характеризующих область перехода между ламинарным и турбулентным потоками. Некоторые производители расходомеров, допуская нелинейность характеристики первичного преобразователя расхода (ППР), исправляют ее в измерительном устройстве программными средствами. Однако этого делать нельзя, поскольку на объекте эксплуатации прибора свойства измеряемой среды могут откланяться от условий градуировки прибора. Для теплосчетчиков несложно предусмотреть программу автоматической корректировки градуировочной характеристики от температуры измеряемой среды, поскольку информация о температуре имеется в приборе. Однако вязкость измеряемой среды зависит не только от температуры, но и от ее химического состава, т.е. от компонент, вводимых в состав теплоносителя.
Измерительные системы теплосчетчиков, в большинстве случаев, многоканальные. Они могут быть рассчитаны на работу с несколькими ППР, обеспечивают контроль расхода теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, в системах подпитки теплоносителя и в отдельных трубопроводах для расходования горячей и холодной воды на хозяйственные нужды.
Исходя из изложенного, можно сформулировать следующие требования к метрологическому обеспечению теплосчетчиков бытового назначения:
· Погрешность не должна превышать 0,3-0,5 %.
· Возможность проверки прибора на влияние числа Рейнольдса.
· Возможность поверки теплосчетчика при одновременном функционировании в нем нескольких расходомерных измерительных каналов.
· Для удешевления процедуры поверки метрологическое обеспечение должно быть простым, дешевым и иметься в достаточном количестве для обеспечения всего парка теплосчетчиков.
Способы поверки
Применяют два способа поверки расходомеров для теплосчетчиков: проливный, с помощью образцовых расходомерных стендов и беспроливный, посредством имитационного моделирования расходомера. Каждый из этих типов установок имеет свои преимущества и недостатки.
Основными узлами проливных стендов являются: устройство создания и стабилизации расхода, испытательная магистраль, сливная емкость, средство измерения расхода, которым может быть образцовый расходомер или мерная емкость, и пульт управления.
Достоинством проливных расходомерных стендов является возможность исследования на них расходомеров и теплосчетчиков практически любых конструкций. В большинстве случаев они позволяют исследовать приборы при «нормальных» условиях: измеряемая среда - вода, осесимметричный стационарный поток, трубопровод протяженный, отсутствие сторонних помех и т.п.
Однако проливные стенды по сравнению с имитационными установками значительно дороже при изготовлении и в эксплуатации, металлоемки, для их размещения требуется специальное помещение, какая - либо их модернизация в направлении расширения диапазона измерения, перевода на другие рабочие среды и т.п. весьма трудоемка и дорогостояща.
Имитационные установки основаны на аналоговом моделировании некоторых узлов прибора и расчетах с использованием эмпирических коэффициентов, полученных в результате статистических испытаний представительных образцов. Имитационные установки применимы только к приборам, которые хорошо изучены и имеют устоявшуюся технологию. Например, правилами РД 50-213-80 предусмотрен расчетный (имитационный) метод поверки и градуировки приборов переменного перепада давления, первичными преобразователями которых являются стандартные диафрагмы, сопла и трубы Вентури.
Существующих проливных стендов явно недостаточно для метрологического обеспечения массового количества теплосчетчиков. Поэтому их целесообразно применять в первую очередь для теплосчетчиков, которые не имеют имитационных средств градуировки и поверки.
О поверке электромагнитных теплосчетчиков имитационным методом
Если же речь идет об электромагнитных теплосчетчиках, то их метрологическое обеспечение целесообразно строить преимущественно на основе имитационного моделирования. Имитационные установки дешевы в изготовлении. Имитационные средства поверки электромагнитных расходомеров наиболее полно отвечают совокупным требованиям, предъявляемым к матрологическому обеспечению теплосчетчиков бытового назначения, и обладает явными преимуществами по сравнению с проливными расходомерными стендами. Из этих преимуществ основные следующие.
· Возможность моделирования потока жидкости при различных числах Рейнольдса, на проливных стендах это выполнить крайне сложно, т.к. для этого необходимо использовать жидкости с различной плотностью и вязкостью.
· Возможность моделирования приборов с любым динамическим диапазоном вплоть до 1/1000. Проливные стенды имеют динамический диапазон на мерном участке одного диаметра не шире, чем 1/50.
· Возможность одновременного моделирования потоков с различными значениями расхода и для расходомеров с различными диаметрами каналов. Проливные стенды в лучшем случае обеспечивают такую возможность только при одинаковых расходах и для расходомеров с одинаковыми пределами измерения, т.е. когда одинаковые расходомеры установлены последовательно на одном мерном участке трубопровода.
· Возможность исследования приборов не только в лаборатории, но и на месте их эксплуатации.
· Возможность разновременной поверки первичного преобразователя расхода и измерительного устройства. Это дает возможность поверки приборов без демонтажа с трубопровода и обеспечить взаимозаменяемость блоков теплосчетчика.
· Высокая точность средств исследования и поверки (пределы погрешностей не превышают 0,2-0,3 %).
· Высокая производительность метрологических средств, полная автоматизация обработки результатов исследований, протоколирования и ведения архива.
· Комфортность условий работы исследователя (отсутствие акустического шума, высокой влажности, вибраций).
· Низкая стоимость и высокая тиражируемость установок.
· Портативность установки. Она размещается на рабочем столе поверителя.
· Финансовые затраты на электроэнергию при эксплуатации установки на два порядка ниже, чем на проливный стенд.
· Финансовые затраты на поверку одного теплосчетчика имитационным методом в три-четыре раза меньше, чем проливным методом, что очень важно в особенности для теплосчетчиков бытового назначения.
В НИИтеплоприборе накоплен значительный опыт по разработке имитационного метода исследования электромагнитных расходомеров и теплосчетчиков различных конструкций с Ду от 25 мм и выше. Разработаны имитационные установки типа Поток-Т для поверки электромагнитных теплосчетчиков, причем версия установки Поток-Т, разработанная в 2001 году, обладает существенно упрощенным программным обеспечением, универсальностью и повышенной надежностью. Новая аппаратная и программная версия установки Поток-Т утверждена Госстандартом РФ как тип средств измерений (сертификат RU.C.29.004.A №10175, зарегистрированный в Госреестре по №14519-01).
Низкая востребованность имитационного метода объясняется только недостаточной информированностью о его возможностях. Развитие имитационных методов исследования должно опережать разработку электромагнитных расходомеров и теплосчетчиков. Расходомеры должны разрабатываться с учетом применения к ним имитационных методов и средств поверки.
В связи с быстрым ростом парка электромагнитных теплосчетчиков ожидается большая потребность в поверочных имитационных установках. Очевидно, необходима разработка специальной имитационной установки для теплосчетчиков бытового назначения, которая была бы дешевой, простой в обслуживании и позволяла бы максимально сократить расходы на поверку приборов. А такие возможности явно существуют.
Литература
1. Вельт И.Д. Михайлова Ю.В. Датчики и системы, №7-8, 1999.
2. Вельт И.Д., Михайлова Ю.В. Приборы и системы управления, №11,1997.
Установка содержит накопитель воды, насосную группу из четырех насосов различной производительности, две группы регуляторов расхода, включенных параллельно между собой по три в каждой группе на трубопроводах различных диаметров, компенсатор, эталонные приборы, испытательный стол и информационно-измерительную и управляющую систему на базе компьютера. Одна группа регуляторов расхода (вспомогательных) включена в байпасную линию после насосов, вторая группа регуляторов (основных) включена в рабочую линию после испытуемых приборов. Для поверки теплосчетчиков в установке имеются подогреватель и имитатор температуры с термодатчиками. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений в условиях калибровки и поверки при фактических температурах энергоносителя, соответствующих реальным параметрам и условиям эксплуатации теплосети. 1 ил.
Изобретение относится к области теплотехники и гидравлики, преимущественно к установкам для калибровки, юстировки и поверки тепло- и водосчетчиков различного типа.Известны стенды и установки для поверки и испытаний теплосчетчиков и расходомеров , применение которых в качестве универсальной установки нецелесообразно в силу присущих им недостатков:1. Отсутствие замкнутого контура в стендах приводит к непроизводительному расходу воды;2. Применение как средства измерения мерного бака в стендах не обеспечивает требуемого длительного режима поверки, необходимого при исследованиях расходомеров;3. Применение мерного или сливного бака как накопителя воды делает установку громоздкой, а кроме того, не обеспечивает постоянства давления во время поверки (стенды 1, 2, 3, 4, 8);4. Отсутствие регуляторов главного расхода теплоносителя делает невозможным применение установки на предприятиях-изготовителях и определение порога чувствительности.Известна установка “Доун” (г.Таллин) проливного типа. Предназначена данная установка для поверки счетчиков жидкости.Установка “Доун” содержит насос (насосную группу), который соединен трубопроводами с баками сливным и мерным, снабженный мерной линейкой, образцовый прибор, соединенный трубопроводами последовательно с мерным баком, а через испытуемый прибор со сливным баком.При проверке счетчиков на данной установке насосом воду закачивают в мерный бак, из которого воду подают в образцовый прибор, а затем пропускают через испытуемый прибор, после которого воду сливают в сливной бак. Применение как средства измерения мерного бака не обеспечивает длительного режима поверки, необходимого для исследования аттестуемых средств измерения и не обеспечивает постоянство давления воды во время измерения, влияет на качество поверки.Наиболее близкой по технической сущности является поверочная водопроливная установка “Взлет ПУ” (прототип), принцип действия которой основан на поверке сличением и которая предназначена для настройки, градуировки поверки и других работ по определению метрологических и технических характеристик расходомеров, счетчиков и др. Данная установка содержит накопительный резервуар (бак), ресивер (компенсатор), насос с системой управления, эталонные средства измерений, стол с испытательными участками, информационно-измерительную и управляющую систему на базе персонального компьютера (ПК).Недостатком прототипа является нестабильность потоков в измеряемой и эталонной цепи, наличие стендов больших СБД и малых СМД диаметров, что снижает точность поверки и калибровки, а также наличие поэлементной поверки и калибровки не обеспечивает точность измерения по ГОСТ 8.156-83.Задача данного изобретения направлена на устранение приведенных выше недостатков в условиях комплексной калибровки и поверки при фактических температурах энергоносителя до 130С, соответствующих реальным параметрам и условиям эксплуатации теплосети.Поставленная задача решается следующим образом. В автоматизированной установке для поверки, калибровки и других испытаний теплосчетчиков, расходомеров, содержащей накопитель воды, насос, эталонные приборы, компенсатор, испытательный стол и информационно-измерительную систему на базе компьютера, введена насосная группа, состоящая из четырех насосов различной производительности, включенных параллельно друг другу, а система регулирования расхода состоит из двух групп регуляторов расхода, включенных параллельно между собой по три в каждой группе на трубопроводах различных диаметров, причем одна группа включена в байпасную линию после насосной группы, а вторая группа - в рабочую линию после испытуемых приборов, кроме этого введен подогреватель, а информационно-измерительная и управляющая система содержит имитатор температуры.Последовательно-параллельное включение насосных агрегатов обеспечивает плавную регулировку, возможность компьютерной статистической обработки в заданном диапазоне измеряемых параметров в реальном времени и стабильность потоков в измеряемой и эталонной цепи. Все эти факторы позволяют повысить точность измерения при комплексных поверках, калибровках, градуировках всех типов средств измерения тепло- и водосчетчиков при оптимальном соответствии условиям эксплуатации, особенно в условиях лимитированного расхода топлива.На чертеже представлена схема предлагаемой автоматизированной установки для поверки и испытаний теплосчетчиков и расходомеров.Предлагаемая установка представляет собой замкнутый контур циркулирующей жидкости с байпасной линией I-II и рабочей I, III, IV, V, в составе которого бак воды - накопитель 1, соединенный трубопроводами с подогревателем воды 2, насосной группой из 4-х параллельно включенных насосов различной производительности 3, 4, 5, 6, регуляторами расхода 7, 8, 9 на байпасной линии, включенных параллельно друг другу на трубопроводах различного диаметра. На рабочей линии установлены компенсатор 10 и далее гребенка III-IV, состоящая из 3-х трубопроводов различного диаметра, на которых размещены эталонные приборы 11, 12, 13, обеспечивающие различные диапазоны расхода. На этой же линии за образцовыми приборами следует испытательный блок 14 с испытуемым прибором, за которым следует система основных регуляторов расхода 15, 16, 17, включенных параллельно друг другу на трубопроводах различного диаметра. Кроме того, в испытательный блок 14 входит имитатор 18 и информационно-измерительная и управляющая система на базе персонального компьютера 19.Принцип действия предложенной установки основан на циркуляции жидкости по замкнутому контуру. Накопитель 1 имеет рабочий объем 1,9-кратного запаса воды исходя из емкости линии наибольшего диаметра и протяженности. Насосная группа (3, 4, 5, 6) обеспечивает необходимый диапазон пропускной способности поверяемых расходомеров, а также потери давления в них и регуляторах.Для обеспечения регулирования расхода в пределах от 0,1 м 3 /ч до 200 м 3 /ч с учетом потерь давления в расходомерах, регуляторах, арматуре, трубопроводах введена байпасная линия и установлены две группы регуляторов: 15, 16, 17 - в качестве основы на рабочей линии и 7, 8, 9 - на байпасной линии в качестве вспомогательных, обеспечивающих минимальный расход.При проверке расходомеров, которые устанавливают на испытательном блоке 14, забор жидкости осуществляют из накопителя 1, которую насосами 4, 5, 6 через регуляторы 7, 8, 9, которые обеспечивают бесступенчатое регулирование частоты вращения двигателей насосов и установку заданного расхода, через компенсатор 10, обеспечивающий сглаживание пульсации, и через образцовые приборы 11, 12, 13 подают в поверяемые расходомеры, после которых через регуляторы 15, 16, 17 на рабочей линии жидкость возвращают в накопитель 1. С учетом пропускной способности поверяемых приборов предусмотрена работа установки в три линии:1. Для поверки расходомеров с пропускной способностью от 0,1 м 3 /ч до 10 м 3 /ч используют линию, в которую входят насос 6, основной регулятор расхода 15, вспомогательный - 7 на байпасной линии, компенсатор 10, образцовый прибор 11 и поверяемый прибор.2. Для поверки расходомеров с пропускной способностью от 10 3 /ч до 70 м 3 /ч используют линию, в которую входят насос 5, основной регулятор расхода 16, вспомогательный - 8 на байпасной линии, компенсатор 10, образцовый прибор 12 и поверяемый прибор на испытательном участке.3. Для поверки расходомеров с пропускной способностью от 70 3 /ч до 200 м 3 /ч используют линию, в которую входят насос 4, основной регулятор 17, вспомогательный 9 на байпасной линии, компенсатор 10, образцовый прибор 13 и поверяемый прибор на испытательном участке.Такая гидравлическая схема установки полностью исключает взаимное влияние этих трех испытательных линий при их одновременной работе.Насосная группа в установке позволяет обеспечить необходимый гидравлический режим, при котором давление в процессе пролива не меняется и расход воды не зависит от объема накопителя 1, а наличие в установке регуляторных групп позволяет регулировать не только расход, но и давление, что дает возможность максимально приблизить режим работы установки к условиям эксплуатации поверяемых приборов. Включение в установку регуляторов на байпасной линии обеспечивает минимальные расходы жидкости через рабочую линию без существенного изменения производительности насосов.При поверке теплосчетчиков включают в работу подогреватель 2 и используют насос 3.Для создания единого температурного режима образцового и поверяемого теплосчетчиков предусмотрен имитатор 18, в котором устанавливают образцовый термодатчик и термодатчик из комплекта поверяемого теплосчетчика. Эти термодатчики измеряют температуру, равную температуре в подающем трубопроводе.Для удаления воздуха из системы при заполнении ее водой предусмотрена система воздушников (на чертеже не показана).Информационно-измерительная управляющая система на базе персонального компьютера 19 должна обеспечивать прием от испытываемых и эталонных приборов информации и дальнейшую обработку ее по заданному алгоритму.На предложенной установке поверку и калибровку осуществляют методом сличения полученных значений характеристики испытуемых приборов с характеристиками эталонных (образцовых) приборов.ЛИТЕРАТУРА1. Стенд поверки водосчетчиков СПВ-6-80.2. ДОУН. Поверочная установка. г.Таллин.3. Образцовая установка для поверки счетчиков воды.EEC 791830 - Счетчики горячей воды.EEC 75133 - Счетчики холодной воды.4. Стенд метрологической поверки приборов коммерческого учета отпуска и потребления воды и тепла. Прайс лист на выполнение поверок г.Екатеринбург.5. Измерительная установка АСП-01 для автоматизированной поверки теплосчетчиков ИРГТ-2/1 ИРГТ-3. Челябинск. 11.04.2002.6. Поверочная установка “Взлет ПУ” для преобразователей объема (среднего расхода) несжимаемой жидкости с диаметром условного прохода от 10 до 200 мм. В46.00-00.00. - 01 ТЗ С.Петербург, 2001 г.7. Автоматизированная проливная установка “Компакт” УП-250СМ.8. Образцовая расходомерная установка “Метран”, Челябинск.
Формула изобретения
Автоматизированная установка для поверки, калибровки и других испытаний теплосчетчиков и расходомеров, содержащая накопитель воды, насос, систему регулирования расхода, эталонные приборы, информационно-измерительную и управляющую систему на базе персонального компьютера, испытательный стол, компенсатор, отличающаяся тем, что она содержит насосную группу из четырех насосов различной производительности, включенных параллельно друг другу, а система регулирования расхода состоит из двух групп регуляторов расхода, включенных параллельно между собой по три в каждой группе на трубопроводах различных диаметров, причем одна группа регуляторов включена в байпасную линию после насосной группы, а вторая группа - в рабочую линию после испытуемых приборов, кроме этого введен подогреватель, а информационно-измерительная и управляющая система содержит имитатор температуры.
УДК :536.62 ББК :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 , обусловленной конструкцией, технологией изготовления и выходным контролем , 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 . 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 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)
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 . 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 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.
1. Krasnov V. A., Bazarov О. A., Larin Р. N. Datchik teplovogo potoka . Patent RF, no. 112764,2011.
2. Krasnov V. A., Bazarov O. A., Larin P. N. Komparator datchikov teplovogo potoka . 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 . Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2011, no. 1 (51), pp. 51-55.
4. Miheev M. A., Miheeva I. M. Osnovy teploperedachi , Moscow, Jenergija Publ., 1973.496 p.
5. Krasnov V. A. Ustrojstvo dlja graduirovki preobrazovatelej plotnosti teplovogo potoka . Patent RF 95745. Izobretenija. Poleznye modeli, 2010, no. 19, p. 871.
6. Vargaftik N. B. Spravochnikpo teplofizicheskim svojstvam gazov i zhidkostej . 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].
