Способ контроля тепловой эффективности теплообменного аппарата

 

Изобретение предназначено для использования в теплотехнике и металлургии. Способ оценки тепловой эффективности теплообменных аппаратов (ТА) по значениям температуры теплоносителей на входе и выходе из ТА заключается в одновременном измерении разности значений температур обоих теплоносителей на входе и выходе ТА с помощью, например, дифференциальных термопар, дальнейшем вычислении значения теплового КПД и сравнении его с критическим значением. Применение предлагаемого способа в практике эксплуатации судовых теплообменных аппаратов позволит объективно и достаточно точно оценить эффективность работы. ТА и определить периодичность их профилактической чистки и других работ по техобслуживанию, снизить затраты и повысить эффективность технической эксплуатации теплообменных аппаратов различного типа и назначения, более качественно выполнять работы по их совершенствованию на стадии проектирования и технологии изготовления. 4 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и машиностроения (теплообменная техника и теплоэнергетика) и может быть использовано при разработке и технической эксплуатации (ТЭ) теплообменных аппаратов (ТА) любого типа и назначения.

Например, известен способ контроля тепловой (или энергетической) эффективности ТА, основанный на вычислении определенного набора констант и измерений некоторых технико-эксплуатационных параметров, таких как коэффициенты теплопроводности, плотности, вязкости, чисел подобия: Рейнольдса, Прандтля, целого ряда других констант, температур, определяемых опытным путем, измерение и вычисление которых представляет большую трудность, а в большинстве случаев в условиях ТЭ теплообменных установок вообще невозможно [1].

Известен метод определения термодинамического КПД ТА [2] через среднеинтегральные температуры горячего Tг и холодного Tх теплоносителей и температуры окружающей среды Tо Ближайшим прототипом изобретения будет способ оценки эффективности ТА непосредственно через измеряемые значения температуры теплообменивающихся горячих и холодных сред на входе t'г, t'x и на выходе из него t''г, t''x [3] .

Способ включает в себя измерение температур горячего теплоносителя на входе t'г, а на выходе из ТА - t''г и холодного теплоносителя на входе в ТА - t'х; затем вычисление коэффициента тепловой эффективности ТА по формуле эффективности ТА , где tг = t'г - t''г - разность температур горячего теплоносителя на входе и выходе из ТА; tmax - разность температур теплоносителей на входе в ТА (tmax = t'г - t'х).

Здесь на фоне полного температурного периода tmax оценивается эффект теплообмена по изменению температуры горячего теплоносителя tг. Понятно, что этот способ больше всего пригоден для оценки эффективности ТА (в частности, охладителей) при отсутствии фазовых превращений в средах. Несовершенство способа (2) можно показать и на примере нагревателя поскольку большой температурный перепад по горячей среде может быть следствием не совершенства ТА, а напротив, его несовершенства (скажем, из-за конструкционно обусловленной теплоотдачи в окружающую среду через оболочку аппарата, а не в подогреваемую среду). Недостатком прототипа является также непригодность указанного способа для оценки эффективности ТА с фазовыми превращениями в теплопередающих средах (конденсатор, испаритель). Применение его возможно только для условий t'х = const и t'г = const, т.е. tmax = const, что в практике ТЭ тепловых установок (особенно судовых) не выполняется, т.к. постоянно изменяются районы плавания судов, а следовательно, изменяются значения температуры холодного теплоносителя t'х, изменяются применяемые сорта топлив и масел, а также изменяются режимы работы двигателей. Несовершенство способа заключается и в том, что, пользуясь им, можно получить ошибочные выводы об эффективности ТА, например при уменьшении tmax t - возрастает, хотя известно, что это противоречит теплотехнической теории (с увеличением начального температурного напора tmax всегда TtА повышается).

Целью изобретения является повышение эффективности ТА и снижение трудозатрат на ТО и ремонт ТА.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе оценки тепловой эффективности ТА, измеряют одновременно разности значений температур обоих теплоносителей tmax и tmin в установившемся режиме работы ТА. После этого вычисляют значение t по формуле где tср - средний температурный напор между теплоносителями в ТА;
tmax - максимальная разница между теплоносителями на входе в ТА (tmax = t'г - t'х);
t - коэффициент тепловой эффективности ТА.


где tmin = t''г - t''х и tmax = t'г - t'х - определяются с помощью дифференциальных термопар (либо любым другим теплотехническим измерением температур теплоносителей);
tmin - минимальная разница значений температур теплоносителей на выходе из ТА.

На фиг. 1 показаны температурные графики для условий ТА с прямоточным движением теплоносителей; на фиг. 2 - с противоточным движением теплоносителей в ТА; на фиг. 3 - температурные графики теплообмена в конденсаторе (с фазовым превращением горячего теплоносителя из газообразного состояния в жидкое); на фиг. 4 - температурные графики теплообмена в испарителе (с фазовым превращением холодного теплоносителя из жидкого состояния в газообразное).

Сущность изобретения заключается в следующем. С помощью дистанционных дифференциальных термопар измеряются значения температур обоих теплоносителей на входе и выходе ТА одновременно, затем определяются значения tmax и tmin и вычисляется коэффициент тепловой эффективности ТА - t. Причем при значении отношения tmax/tmin 2 значение tср с достаточной точностью может быть определено среднеарифметическим значением
.

Из графиков видно, что с уменьшением значения taср увеличивается эффективность теплообмена, т.к. при постоянном значении q это обусловлено повышением значения коэффициента теплопередачи K(q = K tср), который и определяет эффективность и технологическое и конструктивное совершенство ТА любого назначения, исполнения и типа.

В более эффективном ТА, с большим значением t тот же результат по теплообмену (q) будет получен при меньшем tср. Именно по этому признаку оценивается эффективность любого ТА.

Содержательность предлагаемого способа (4) очевидна (см. фиг. 1-4):
- значение t четко реагирует на изменение конечных температур, которые изменяются в результате любого изменения коэффициента теплопередачи K в ТА;
- в ТА с большим значением начального температурного напора tmax при прочих равных условиях повышается значение эффективности t теплообменного аппарата;
- в ТА с повышением значения коэффициента теплопередачи - K - уменьшается величина среднелогарифмического температурного напора tср между теплоносителями, следовательно, возрастает - t - эффективность ТА;
- выражение (4) применимо для оценки тепловой эффективности различных типов ТА, включая конденсатор и испаритель: для конденсатора - при уменьшении значения t'х значение эффективности t повышается при прочих равных условиях, в то время как при увеличении значения ts эффективность конденсатора снижается (при прочих равных условиях); для испарителя - при понижении значения ts - эффективность снижается, а при возрастании K будет уменьшаться значение t''г и соответственно повышаться величина t;
- для ТА любого назначения (водо-, масло-, воздухоохладителя) ДЗУ повышение эффективности ТА сопровождается уменьшением значения t''г и увеличением значения t''х при прочих равных условиях.

Вычисленное значение t сопоставляется с критическим значением кtр = (0,4...0,5)TtA, где TtA - значение коэффициента тепловой эффективности нового ТА или в начале его ТЭ, поэтому предварительно вычисляются значения tmax и tmin с помощью дифференциальных термопар на новом ТА, и при условии t кtр выдается информация о состоянии ТА через назначенное время работы на пульт управления ТА, и следовательно, о необходимости проведения технического обслуживания (ТО), чистки или ремонта ТА, в результате устраняется преждевременное его ТО (монтаж, демонтаж) и уменьшаются трудозатраты на его ТО, а также сокращаются энергетические затраты на ТЭ ТА в результате своевременно определенного ТО.

Для типичных конструкций ТА судовых дизелей различного типа и назначения величины коэффициентов t изменяются от 0,2 до 0,6. Чем выше разница температуры холодного теплоносителя на входе и выходе из охладителя, тем эффективнее работает данный охладитель, с более высоким значением t.
В связи с этим в ТЭ охладителей дизелей необходимо контролировать значение t, добиваясь его наибольших значений. Низкие значения t для отдельных водо- и маслоохладителей показывают необходимость в профилактической чистке и техническом обслуживании.

Использование предлагаемого способа контроля тепловой эффективности ТА обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
а) возможность определения технического состояния ТА без его демонтажа, проведение своевременного ТО и профилактической чистки ТА, что особенно важно в судовой энергетике с точки зрения обеспечения безопасности мореплавания;
б) снижение трудозатрат на ТО и ремонт ТА;
в) возможность технического сравнения ТА и проведения конструкторских и технологических работ по их совершенствованию и повышению эффективности на стадии изготовления и проектирования ТА;
г) повышение экономичности дизелей в результате поддержания оптимального теплового режима в их системах.


Формула изобретения

Способ контроля тепловой эффективности теплообменного аппарата (ТА), включающий измерение входных и выходных значений температуры теплообменных сред, вычисление коэффициента тепловой эффективности ТА (теплового КПД ТА), отличающийся тем, что измеряют одновременно разности значений температур обоих теплоносителей tmax и tmin в установившемся режиме работы ТА, после чего вычисляют t по формуле

где
t - коэффициент тепловой эффективности ТА;
tmax - максимальная разница значений температур теплоносителей на входе ТА;
tmin - минимальная разница значений температур теплоносителей на выходе из ТА,
и сравнивают его значения с критическим, добиваясь выполнения условия
t кtр

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплообмену, а более конкретно к теплообменникам с пластинчатыми неподвижными каналами, в которых тепло подводимых горячих газов используется для нагрева жидкого теплоносителя

Изобретение относится к молочной и пищевой промышленности, а именно к теплообменникам для тепловой обработки молока, сливок и других пищевых жидкостей

Изобретение относится к промышленной энергетике, а также к судовой энергетике

Изобретение относится к энергетической промышленности, в частности к теплообменным аппаратам

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к производству регенерации отработанных смесей азотной и серной кислот, а также к концентрированию серной кислоты

Изобретение относится к конструкции рекуперативного теплообменника линии асептического консервирования жидких и пюреобразных продуктов

Изобретение относится к конструкции рекуперативного теплообменника линии асептического консервирования жидких и пюреобразных продуктов

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в различных областях промышленности, где применяют теплообменники для высокотемпературного нагрева вязких жидкостей высокого давления

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при создании и эксплуатации паротурбинных установок

Изобретение относится к теплообменным устройствам, используемым в мембранной технике для термостатирования обрабатываемых сред и продуктов мембранного разделения и в аппаратах спиртового производства для проведения процессов конденсации в системах, содержащих газы

Изобретение относится к конденсационным установкам и может быть использовано в энергетической промышленности для получения горячей воды за счет конденсации пара

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре, а именно к поверхностному конденсатору для извлечения ртути термическим методом из боя ртутьсодержащих люминесцентных ламп

Изобретение относится к элементам конструкции теплообменных аппаратов, используемых для конденсации пара в энергетике и химической промышленности

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в качестве конденсатора пара в паротурбинных установках, в охладителях эжекторов, технологических процессах в химической, пищевой и других областях промышленности
Наверх