Главная | Обратная связь

его роль в повышении эффективности потребления теплоты.

 

Измерение количества отпущенной и потреблённой теплоты производится приборами, называемыми теплосчётчиками.

В закрытых системах количество теплоты Q, отпущенной источником или полученной потребителем за время DZ, определяется теплосчётчиком из выражения

 

 

,

 

где G – массовый расход теплоносителя в течение малого отрезка времени dZ

(времени измерительного цикла теплосчётчика),

h₁ и h₂ – энтальпии теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах в течение малого отрезка времени dZ.

Для выполнения вычислений по приведенному выше уравнению теплосчётчик должен произвести измерение расхода G, двух температур, двух давлений теплоносителя и определить по последним двум параметрам энтальпии h . Поэтому в состав простейшего теплосчётчика входят преобразователь расхода, два преобразователя температуры, два преобразователя давления и электронный вычислительный прибор (тепловычислитель). В теплосчётчике для водяных систем преобразователей давления может не быть, так как энтальпия воды при давлении до 1,6МПа, характерном для этих систем, практически не зависит от давления. Для контроля плотности системы на обратном трубопроводе иногда также устанавливают преобразователь расхода и включают его в состав теплосчётчика. Принципиальная схема теплосчётчика для водяной системы приведена на слайде 7. Такой теплосчётчик может быть использован в закрытой и в открытой системах теплоснабжения.

В открытой водяной системе с использованием части сетевой воды, например, для нужд горячего водоснабжения количество отпущенной и потреблённой теплоты определяется из выражения

 

где h_х – энтальпия холодной подпиточной воды тепловых сетей у источника теплоты.

G₁ и G₂ – мгновенные значения массового расхода воды в подающем и обратном трубопроводах.

Обозначения остальных величин расшифрованы выше..

Энтальпия h_х может быть измерена только у источника теплоты. В этом случае теплосчётчик должен быть дополнен третьим преобразователем температуры с установкой на трубопроводе холодной подпиточной воды. При установке теплосчётчика у потребителя температуру t_х, соответствующую энтальпии h_х, обычно вводят в тепловычислитель как константу, а в конце расчётного периода (обычно это месяц) к показаниям теплосчётчика вводят поправку, учитывающую фактическое значение средней за расчётный период температуры t_х.

Рассмотрим методы измерения расхода и количества теплоносителя, используемые в преобразователях расхода теплосчётчиков..

Метод переменного перепада давления. Измерение расхода жидкости этим методом основано на том, что при течении жидкости по трубе перепад давления на сужающем устройстве (диафрагме, сопле, интегрирующей трубке и т.п.) при определённых условиях пропорционален квадрату скорости потока. Измерение перепада давления с помощью дифференциального манометра (дифманометра) получает получить сигнал, однозначно связанный со скоростью потока и при определённых условиях с расходом квадратичной зависимостью.

Положительными особенностями этого метода являются

универсальность, т.е. применимость для измерения расхода всех применяемых теплоносителей, в том числе воды и водяного пара,

приборы, использующие этот метод, не нуждаются в градуировке на специальных установках, так как существует методика их расчётной градуировки.

Недостатки метода:

узкий диапазон измерения с нормируемой погрешностью (приблизительно от 30 до 100% максимального значения измеряемого расхода),

необходимость обеспечения протяжённых прямолинейных участков для установки сужающего устройства (до десятков диаметров трубы),

потери давления на сужающем устройстве,

увеличение погрешности измерения расхода с помощью диафрагмы по мере затупления её острой кромки при контакте с набегающим потоком жидкости.

Перечисленные недостатки ограничивают сферу применения метода. Он используется там, где неприменимы другие методы. Например для измерения расхода водяного пара с высокими температурой и давлением в трубопроводах больших диаметров.

Тахометрический метод. Метод основан на том, что контролируемый поток приводит во вращение подвижную деталь прибора (крыльчатку или турбинку), число оборотов которой пропорционально количеству протекшей жидкости. С помощью таких приборов определяют количество протекшей через них жидкости, поэтому их называют счётчиками. Если ось вращения подвижной детали перпендикулярна направлению потока, её именуют крыльчаткой, а счётчик – крыльчатым. Если ось вращения параллельна направлению движения потока, то подвижная деталь – турбинка, а счётчик называют турбинным. Число оборотов измеряется механическим или электромеханическим счётным механизмом. Результат измерений индицируется обычно в кубических метрах жидкости.

Достоинства тахометрического метода:

простота и дешевизна тахометрических счётчиков,

не требуются источники электропитания.

Недостатки:

-наличие вращающейся крыльчатки или турбинки снижает надёжность приборов,

-требуется установка фильтров для очистки потока от механических загрязнений и их обслуживание,

-обеспечивается измерение только количества, а не расхода жидкости.

Перечисленные достоинства и недостатки метода определяют область преимущественного применения тахометрических приборов в качестве счётчиков воды в системах холодного и горячего водоснабжения. В водяных системах теплоснабжения тахометрические счётчики применяются также и в составе теплосчётчиков. Однако доля таких теплосчётчиков невелика.

Вихревой метод. Метод основан на использовании эффекта Ван Кармана. При обтекании потоком жидкости твёрдого тела за ним образуется вихревая дорожка из вихрей, поочерёдно срывающихся с противоположных сторон тела (слайд 13). Частота срыва вихрей в определённых условиях пропорциональна скорости, а значит объёмному расходу жидкости. Измерение частоты пульсаций давления в вихревом следе позволяет получить сигнал, пропорциональный объёмному расходу. В вихревых расходомерах преобразование частоты пульсаций давления в частоту электрического сигнала осуществляется с помощью пьезоэлектрических, ультразвуковых или электромагнитных преобразователей.

Достоинства метода:

-низкое энергопотребление, что позволяет обеспечить энергонезависимость измерений при использовании автономного источника электропитания,

-отсутствие движущихся элементов, что повышает надёжность конструкции,

-возможность измерения расхода воды и водяного пара.

Недостатки метода:

-размещение в потоке плохо обтекаемого тела вызывает потери давления потока,

-низкая чувствительность при малых скоростях потока,

-чувствительность к механическому загрязнению жидкости,

-необходимость в устройстве протяжённых прямолинейных участков трубопровода в местах установки преобразователя расхода.

Вихревые преобразователи расхода нашли применение как в водяных, так и в паровых системах теплоснабжения.

Ультразвуковой метод. Принцип действия ультразвуковых преобразователей расхода основан на том, что время, за которое звуковой сигнал проходит определённое расстояние в потоке жидкости, зависит от скорости её течения. Измеряя в определённых условиях время прохождения звукового сигнала по потоку и против потока и сопоставив результаты этих измерений, получают информацию о скорости и об объёмном расходе жидкости. Скорость распространения звука в жидкости зависит от её температуры. Для исключения влияния температуры жидкости на точность результата измерения её расхода в каждом измерительном цикле определяют скорость распространения звука. Изложенное поясняется слайдом 14.

Достоинства метода:

-отсутствие движущихся частей в потоке,

-малое сопротивление движению жидкости,

-широкий диапазон расходов, измеряемых с высокой точностью,

-возможность поверки без применения расходомерных установок,

-возможность выполнения измерений в трубах практически любого диаметра.

Недостатки:

-точность измерений существенно снижается при наличии в воде паровых или газовых пузырей и при наличии на стенках трубы слоя загрязнений (накипи, ржавчины),

-потребность в протяжённых прямолинейных учасках трубопровода в месте установки преобразователя расхода.

Преимущественная область применения-трубопроводы большого диаметра. В водяных и паровых системах теплоснабжения ультразвуковые расходомеры применяются также в составе теплосчётчиков с установкой на малых и средних диаметрах. Однако доля таких теплосчётчиков невелика.

Электромагнитный метод. Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на том, что при протекании воды в магнитном поле в ней возникает электрическое поле, потенциал которого пропорционален скорости потока воды. Применяются электромагнитные расходомеры с магнитным полем, пронизывающим всё сечение потока (слайд 15), и с локальным магнитным полем. Расходомеры первого типа применяют для трубопроводов диаметром от 10 до 300мм, расходомеры второго типа – для трубопроводов больших диаметров.

Достоинства наиболее часто применяемых электромагнитных расходомеров первого типа состоят в следующем:

широкий диапазон измерения расходов с высокой точностью ( до 1:100 и выше).

отсутствие движущихся элементов,

отсутствие элементов, создающих сопротивление потоку теплоносителя,

для их установки не требуются протяжённые участки,

возможность измерения расхода жидкости при её движении в прямом и обратном направлении.

Недостатки электромагнитных расходомеров:

-потребность во внешнем источнике электропитания,

-возможность использования только для измерения расхода электропроводных жидкостей.

Перечисленные достоинства и недостатки метода определили область преимущественного его применения. Электромагнитные расходомеры в настоящее время наиболее часто применяют в настоящее время в составе теплосчётчиков в водяных открытых и закрытых системах теплоснабжения.

Измерение температуры теплоносителей в теплосчётчиках чаще всего производится с помощью термопреобразователей сопротивления.

Относительная погрешность измерения количества теплоты теплосчётчиками в закрытых системах теплоснабжения находится в пределах ±4%. Точность измерения расхода теплоты в открытых системах ниже.

Без измерения количества теплоты с использованием современных приборов невозможно повышение эффективности его производства и потребления.