книги / Экология. Энергосбережение. Экономика
.pdfсимость этих затрат от диаметра газопровода. Для отыскания ее нами использованы данные по фактической стоимости сооружения городских подземных газопроводов /6/ , приведенные в графическом
виде. Как и следовало ожидать, искомая зависимость не является ли нейной и пересекает ось ординат выше нулевого ее значения, что соответствует части затрат, не зависящих от диаметра газопроводов. Это позволяет предположить, что зависимость удельной строительной стоимости подземного газопровода К (руб./м) ст его внутреннего диаметра Л (мм) может быть выражена д виде степенного двучлена:
|
К = |
О * 6 ■0 т , |
(I) |
где П7 - показатель |
степени, |
больший единицы. |
|
Корреляционный |
анализ данных, выполненный по методу наимень |
||
ших квадратов ,/2/ с помощью персонального компьютера типа 1ВМ РС, выявил следующую аналитическую зависимость:
К = 12,5714 * 0,Н№(-$~У’Ш9В . (2)
Приведенный рисунок и численная проверка показывают, что най денная зависимость весьма точно аппроксимирует используемые исход
ные данные: относительные по |
|
грешности определяемых по ней |
|
значений К составляют |
|
-2,012...+1,146 %. Из рисунка |
|
и формулы (2) видно, что связь |
|
между диаметром газопровода и |
|
стоимостью его сооружения но |
|
сит нелинейный характер, сле |
|
довательно, использование ма |
|
териальной характеристики при |
|
определении капиталовложений |
|
в газовую сеть неправомерно. |
|
Зависимость (2) положена |
|
в основу вычислительного алго |
50 Гао 150 ООО 250 Д т |
ритма, реализованного в прог-
0Й1Ш Й яля укоупненного |
оасче— Рис. Стоимость сооружения подземных |
|||
рамме для укрупненного |
расче- |
газоПр0водов |
К |
в зависимости от |
та стоимости сооружения под- |
их внутренних диаметров Л |
|||
земных газопроводов с помощью персональных компьютеров. Программа
"ЫЕВТ' ("Стоимость") |
составлена на диалоговом алгоритмическом |
|
языке Бейсик |
/5/ в среде М5 - В05 и реализована на персональной |
|
ЭВМ типа 1ВМ |
РС. |
|
Программа позволяет определять стоимость1сооружения подзем ных газопроводов и всей газовой сети. Ее действие осуществляется в диалоговом режиме работы компьютера.
Вводные данные включают в себя диаметры газопроводов сети и длины каждого из. них .
Для учета сегодняшней нестабильности цен на трубы и матери алы, а также удорожания выполняемых строительно-монтажных работ в память ПЭВМ может быть введен соответствующий поправочный коэф фициент.
Результаты расчета отображаются на экране монитора и могут быть распечатаны с помощью принтера в удобной табличной форме, где указываются диаметры и длины каждого газопровода и стоимость его сооружения (с учетом ее возрастания в зависимости от конкрет ных экономических условий). Итоговая строка таблицы фиксирует общую длину газопроводов сети и укрупненную сумму капиталовложе ний на ее сооружение..
Программа "УВИТ" апробирована .в практике проектирования реальных городских систем газоснабжения. Ее использование зна чительно облегчает выбор наилучших проектных решений при многова риантных расчетах этих систем.
Библиографический список
1. Ионин А.А. Газоснабжение. 4-е изд., перераб. и доп. М..: Стройиздат, 1989; 439 с.
2. Костылев А.Л.и др. Статистическая обработка .результатов экспериментов на микро-ЭВМ и программируемых калькуляторах. Л.: Энергоатомиздат, 1991.- 304 с.
3. Ляуконис А.Ю. Оптимизация городского газоснабжения. Л..: Недра, 1989. 302 с.
4. Оленев В.А» и др. Оптимйзация. проектируемых городских газовых сетей по минимальным, приведенным затратам / Перм. поли техи. ин-т. Пермь, Л981. II с. Деп. в ВНЙКИС.Госстроя СССР
27.12.81, #3210.
5. Программирование микро-ЭВМ на языке Бейсик: Справочник / Е.С. Баомакова, И.М. Витенберг, А.Б. Либеров, А.Л. Пашков; Под ред. И.М. Витенберга. М.: Радио и связь. 1991. 240 с.
6. Херодинашвили И.1Л., Фастов Л.М., Аляева Н.С. Укрупненный расчет затрат йа строительство и эксплуатацию газопроводов // Газовая промьплбнность.>1992. # 6. С. 11-12.
Получено 20.01.94
УДК 643.334
В.В. ВИНКОВ, МЛ1. 11ШШШН
(Одесская академия строительства и архитектуры)
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ ГАЗОВЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ
НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ИМПУЛЬСА
Рассмотрены принципиальные схемы новой системы автоматического управления работой газовых водо нагревателей. Приведена методика конструкторского расчета импульс ного органа и основные результаты испытаний опытного образца водо нагревателя.
Автоматическое управление работой большинства современных проточных газовых водонагревателей осуществляется с помощью блоккрана и газового магнитного клапана. Эти устройства отличаются сложностью в изготовлении, низким уровнем надежности, большим расходом цветного металла и требуют квалифицированного эксплуа тационного и ремонтного обслуживания.
В Одесской академии строительства и архитектуры разработано автоматическое устройство, функционирующее на основе единого сум марного теплового импульса, позволяющее устранить указанные не достатки. Принципиальная схема такого устройства приведена на рисунке. Газ поступает от сети в корпус ^ , в котором расположе ны герметичная сильфонная коробка 4 • жестко соединенная с двой ным клапаном 2 , выход к запальной горелке 5 и регулировочная пру жина 1 • Внутренняя полость сильфона соединена с полостью термо баллона 7 при помощи капиллярной трубки 5 . Система сильфон - термобаллон заполняется фреоном-113.
Автоматическое управление работой водонагревателя произво дится следующим образом. При нагревании термобаллона 7 от внеш него теплового источника, например спички или электроспирали, часть фреона-113 превращается в пар, увеличиваясь в объеме. Возрос шее при этом давление в термобаллоне передается по капилляру 5 в сильфонную коробку 4 , в результате чего она удлиняется и газ
проходит от сети к запальной горелке 6 через нижний клала}}. Верх ний клапан при этом прикрывает проход газа к основной горелке 9 . Пропуск нагреваемой воды через теплообменник В приводит к частич ному охлаждению парового пространства термобаллоня через его по-
г а
Рис. Принципиальная схема системы управления работой газового навателя: 1 - регулировочная пружина; I - двухседельный клапан; Т - корпус двухседельного клапана; 4 - сильфонная коробка:5-
капиллярная трубка; 6 - запальная горелка; 7- термобаллон; Я - теплообменник; Я- основная горелка
верхность, имеющую контакт с нагреваемой водой. Б результате этого часть паров фреона конденсируется, давление внутри термо системы уменьшается, двухседельный клапан приподнимается, откры вая доступ газа одновременно к запальной 5 и основной 9 горел кам.
Временное прекращение поступления газа к аппарату приводит к затуханию запальной горелки, охлаждению термосистемы, конден сации паров фреона в термобаллоне, уменьшению длины сильфона и отключению водонагревателя от газовой сети с помощью нижнего кла пана. Такой же процесс происходит и при затухании запальной го релки.
Прекращение или уменьшение расхода нагреваемой воды сника ет охлаждающий эффект контактной поверхности термобаллона,что вызывает повышение давления в последнем. В результате этого силь фонная коробка удлиняется и верхний клапан перекрывает доступ газа к основной горелке.
При отсутствии или опрокидывании тяги в газоходе гаснет запальная горелка и аппарат отключается от газовой сети.
Отметим, что все элементы разработанного устройства являют ся стандартными, за исключением термобаллона, и выпускаются оте чественной промышленностью. Габариты термобаллона определяются, исходя из следующих соображений. При установившемся режиме работы водонагревателя, а также и при выключении основной горелки вслед ствие прекращения водоразбора количество теплоты, подводимое к термобаллону от запальной горелки, равно количеству теплоты, от даваемому воде через контактную поверхность термобаллона:
Л4нкпк'(с-Гн)>я:с<нкжк"(с-Ти)<- |
4 с - д = - у < - л г аД - ! р Я ) |
||
где с/ц - наружный диаметр термобаллона, м; |
|
||
Аде , кп |
- длина термобаллона, заполненная фреоном соот |
||
ветственно в жидкой и паровой фазе, м; |
|
||
А'/ Кпу К ~ |
коэффициенты теплопередачи соответственно от |
||
продуктов сгорания газа после запальной |
горелки к фреону |
||
в паровой фазе, жидкой фазе и от паров фреона к нагрева |
|||
емой воде, Вт/(м2*К); |
|
|
|
Г, Тн, 1Г |
- соответственно температура продуктов сгорания |
||
газа после запальной горелки, паров фреона и нагретой |
|||
воды, |
|
|
= Нх + Нп и |
Имея в виду, что общая длина термобаллона |
|||
Нп- |
^ - объем паровой части термобаллона, м3 ; |
- |
внутренний диаметр термобаллона, м) из уравнения (I) после преоб' раэований получим зависимость для определения размеров термобал лона
н0= ицф - |
Щ>к°- <2) |
Из уравнения (2) видно, что для определения габаритных размеров термобаллона необходимо знать объем его паровой части при расчет ном режиме работы водонагревателя.
При испарении некоторой части заполнителя термосистемы (фре она—1ГЗ ) в количестве 0 , занимаемый заполнителем в двухфазном состоянии объем
> |
( 3 ) |
где Уц- начальный объем термосистемы, т.е. объем заполнителя, находящегося полностью в жидкой фазе, м3;
^- плотность фреона а жидкой фазе, кг/мэ .
Сдругой стороны, при работе водонагревателя удлинение силь
фона на величину $р вызовет изменение его внутреннего объема и при этом состоянии будет иметь место равенство
(4)
где дМ - удельное приращение объема сильфонной камеры при ее уд
|
линении, м3/м. |
|
Из уравнений (3) и (4), принимая во внимание, что |
|
|
Рн |
= ОР(Тн + 273) , найдем |
|
|
Д\/$[) |
|
|
____ Ря_______ |
(5) |
|
р*1Тн +273) |
|
где Ри |
- давление насыщенных паров фреона, соответствующее тем |
|
|
пературе насыщения Тн , Па; |
|
Р - универсальная газовая постоянная, равная — — |
Дж/кмоль«К)» |
|
|
м |
|
М - масса одного киломоля газа, кг/кмоль.
Для фреона-113 зависимость между температурой насыщения Тц и давлением Рц в интересующих нас границах можно выразить уравне нием
|
Ти = 0,29Р»0,45 |
( 6) |
Пренебрегая давлением газа на входе в прибор, давление внут |
||
ри термосистемы найдем по уравнению |
|
|
|
ри = ^ р * 0 пр^р *6н)1/Рс , |
(7) |
где Р - |
площадь поперечного сечения сильфонной камеры, м^; |
|
СС) Спр |
■ - жесткость соответственно сильфона и регулировоч- |
|
|
ной пружины, Н/м; |
|
А н-- начальное сжатие регулировочной пружины, при установке ,м. Таким образом, на основе зависимостей (5) и (7) окончатель
но получим
г |
_ |
|
Л |
4 С с й р * $ Я > ( $ 1 * |
(8) |
|
^ Щ С Т Н * 273) |
|
Это уравнение в совокупности с (2) позволяет определить конструк тивные размеры всех элементов системы и оценить степень влияния отдельных факторов на режим работы рассматриваемого устройства.
Специальными расчетами установлено, что наибольшие размеры термобаллона требуются для обеспечения отключения основной горел ки при прекращении движения нагреваемой воды, в связи с чем этот режим следует рассматривать как расчетный для выбора габаритов термобаллона.
Предлагаемое устройство для автоматического регулирования работы'водонагревателя было смонтировано на серийной водогрейной колонке ВПГ-20-В1-2-23-П-Р2. При определении размеров термобал
лона принимались следующие значения входящих в уравнение |
(2) и |
||||
(8) величин: Сс » а 000 Н/м; Спр * |
245 Н/м; |
Л = 0,0032 |
м; |
||
•4 |
* 0,00.5 м; Р |
=* Г.гб.Ю"4 м2 ; &У * 0.12Л 0*3 мэ/м. При |
|||
этом получено значение Рц = 5,54*10® Па, |
которому соответству |
||||
ет |
Тн = И1,4°С. Далее принималось р » 1565 кг/м3; М = |
||||
* 187,39 кг/кмоль; |
1г ш55°С; V |
= 300°С; |
с/н * 0,012 м; |
||
^= 0,0115 и.
При определении точных значений коэффициентов теплопереда чи для сложных.условий теплообмена можно приближенно принять
км / к * - Ю ; |
К'/*" * 0,5. |
По формулам |
(8) и (2) получим Уд * 0,392*10“® м3 и /г0 * ' |
» 7.86Л0"3 м. |
|
Экспериментальная проверка функционирования разработанного автоматического устройства при работе водонагревателя на сжижен ном газе дала следующие результаты:
-время разогрева термобаллона до включения запальной го релки составляет 6...8 с;
-подача газа на основную горелку происходит через 1...7 с после открытия водоразборного крана и прекращается через 1 ...2 с после его закрытия;
-при затухании запальной горелки и наличии водораэбора прекращается поступление газа на основную горелку через 2...5 с,
апри отсутствии водораэбора - через 10...15 с.
Замечена способность автоматического устройства спонтанно стабилизировать температуру нагреваемой воды при колебаниях ее расхода.
Получено 20.01.94
УДК 697.95
В.Д. ПОТАМ, Л.Г. ПРОСЕНГО
(Одесская академия строительства и архитектуры)
РАСЧЕТ КЛИНОВЦЩЮГО В 0 3Щ0РАСПРЩЛИТЕШН ПОЛУКОЛЬЦЕВОЙ ФОРМЕ
Решена задача по определению потерь давления в полукольцевых каналах теп лоутилизационных устройств. Предложе ны новые системы интенсивного охлаж дения вращающихся печей обжига керам зита и цемента, позволяющие не только стабилизировать внешний теплообмен в течение года, но и использовать теп лоноситель с более высокой температу рой.
Системы утилизации теплоты интенсивного охлаждения тепло источников по типу вращающихся цементных и керамзитных печей /1 ,2 / со стабилизацией внеанего теплообмена в течение года вы годно отличаются возможностью получения теплоносителя более высокой температуры для потребляющих систем технологического и коммунально-бытового назначения. Разрабатываемые устройства для них содержат полухольцевые каналы, которые должны обеспе чивать равномерную раздачу воздуха по длине /4,5/.
178
Рассмотрим задачу определения потерь давления в полукольцевом воздуховоде, который представляет собой часть простран ства между двумя параллельными основаниями и перпендикулярными им пересекающимися цилиндрическими поверхностями - боковыми стенками (рис. X). Одна вертикальная стенка является поверхностью
Рис. I. Расчетная схема клиновидного воздухораспределителя
кругового цилиндра с основанием полуокружности радиусом И . По всей длине этой стенки имеется щель постоянной ширины &. Началь ная ширина канала О , высота 6 . В плоскости нижнего основания
канала |
О - центр полуокружности боковой стенки; 3 - переменная |
|
дуга, |
отсчитываемая с начала канала, О 4 $ |
; а$ - ширина |
сечения канала в полярной плоскости, проходящей перпендикуляр но через точку 0 и конец дуги 3 ; \/$ - скорость воздуха в сече нии ^ . Поток воздуха поступает в канал и через щель равномерно поступает в окружающее пространство.
Полные потери давления др складываются из потерь давления по длине внутри канала и местных потерь при проходе щели. Для определения потерь давления по длине выделим элементарный объем, заключенный между двумя полярными сечениями У и 3+с/$ , где
с/з - дифференциал дуги. Заднюю стенку этого объема заменим частью поверхности кругового цилиндра радиусом %+ <7$ . Умножив площадь боковой поверхности этого объема на касатель
ное напряжение 4%*/* , где /* |
- плотность воздуха, |
а |
* |
* \/0о(1~ $/&г)/а§ , и поделив |
на площадь полярного |
сечения |
|
5 , определим потери давления на трение в элементарном объеме:
179
др =,ХуУ02а2(?-$)1(23+2Лщ + яво$ +
+ Х 2гд2)йз/&б д ^ 2г^ . |
|
( I ) |
V, |
|
|
В плоскости нижнего основания воздуховода выберем декарто |
||
ву систему-координат» согласно-которой проекции |
др на |
оси. х |
и у соответственно будут равны дрзсп &3" и |
лрсоз&3 . |
|
Проинтегрировав это выражение от О до I, найдем проекции |
потерь |
|
давления по Длине всего какала, на основании которых и опреде
лим искомые потери давления* |
|
|
|
|
|||
Что.касается потерь давления при проходе щели, то |
их на- _ |
||||||
ходят по |
известному коэффициенту местного сопротивления |
|
, |
||||
который, |
согласно |
/4/, считаем постоянным по |
всей длине кана |
||||
ла, как и коэффициент трения X . |
|
|
|
|
|||
Таким образом, |
окончательно получаем |
|
|
|
|||
&Р = .ЛГ)Г01а*/8ёж*ъ*[(/(1-$)1126 * |
1Я*.а9 * |
|
|
||||
|
+ |
* |
о |
|
|
|
|
|
я Ч д $ )($ 1 п Л з) й в /о *)2 + |
|
|
||||
+ ( / О - $ ) 1Ш * 2Жча$+ |
+ * 2*д2)* |
|
(2) |
||||
|
хСсовЛ з)рз/о^ ) 2} ^ |
г } |
|
|
|||
где их - скорость истечения воздуха |
из щели, их - 1/ |
$ |
. |
||||
Интегралы вычисляются приближенно, например по формуле трапеций. Расчет легко реализуется на ЭВМ.
В качестве примера определим потери давления для рассмат риваемого канала: Ь * 3,0 м; а=6 = 0,2 м; Уо = 5,0 м/с;
% =2,4; X =0,0197; р = 1,205 кг/м3; их = 3,0 м/с.
На рис. 2 представлены результаты расчетов по определению 0$ для условий примера /3/. Расчеты подтверждают существенное возрастание значений 5$ с уменьшением радиуса канала и весьма незначительную зависимость этих значений при данном радиусе от начальной скорости воздуха \/0 . В^диапазоне изменения началь ной скорости от 5,0 до 14,0 м/с изменение 0$ .не превышает 1,3 %, поэтому графические зависимости 5$ для данного радиуса представлены обобщенными. По результатам расчета общие потери давления составляют 21 Па.