close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1708.Газоснабжение лаб. практикум для студентов спец. 270109 Теплогазоснабжение и вентиляция» Сиб

код для вставкиСкачать
1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
ГАЗОСНАБЖЕНИЕ
Лабораторный практикум
Электронное издание
Красноярск
СФУ
2012
2
УДК 696.2(07)
ББК 38.763я73
Г138
Составители: И. Б. Оленев, А. И. Авласевич, А. С. Климов
Г138 Газоснабжение: лабораторный практикум [Электронный ресурс] /
сост. И. Б. Оленев, А. И. Авласевич, А. С. Климов. – Электрон. дан. –
Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – Систем. требования: PC не
ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader
V8.0 и выше. – Загл. с экрана.
Представлены методические указания по выполнению лабораторных работ для
студентов специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».
УДК 696.2(07)
ББК 38.763я73
© Сибирский
федеральный
университет, 2012
Учебное издание
Подготовлено к публикации редакционно-издательским
отделом БИК СФУ
Подписано в свет 27.02.2012 г. Заказ 5842.
Тиражируется на машиночитаемых носителях.
Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс (391)206-21-49. E-mail rio@sfu-kras.ru
http://rio.sfu-kras.ru
3
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. К занятиям в лаборатории допускаются студенты, прошедшие
инструктаж по технике безопасности.
2. Перед началом лабораторной работы преподаватель проверяет
знание студентами методики проведения работ.
3. Студенты должны выполнять все указания преподавателя по
проведению лабораторных работ, а также правила по технике
безопасности.
4. Во время работ студентам запрещается:
- производить действия, не предусмотренные методикой работы;
- отвлекаться и отвлекать других;
-загромождать рабочее место посторонними предметами, в том
числе ноутбуками, сумками и т.п.;
- включать и выключать установки без разрешения преподавателя;
- покидать свое рабочее место без разрешения преподавателя;
- прикасаться к токопроводящим и нагреваемым частям установок;
- вносить в лабораторию верхнюю одежду.
5. Обо всех замеченных неисправностях установок и приборов
студенты должны сообщить немедленно преподавателю или заведующему
лабораторией.
6. По окончании работы студенты сообщает об этом
преподавателю; сдают все предметы, которыми пользовались во время
работы, дежурному лаборанту и приводят в порядок рабочее место.
7. Отчет о выполнении лабораторной работы оформляется в
соответствии со стандартом организации (СТО) Сибирского федерального
университета.
8. Математическая обработка результатов осуществляется по
методике, изложенной в приложении А.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГАЗА
Цель работы – определение плотности газа различными методами.
Методы определения плотности газа.
Под плотностью газа понимают массу единицы ее объема. Под
относительной плотностью понимают отношение массы газа к массе
такого же объема воздуха при нормальных физических условиях
( РН =101,325 кПа, Т Н =273 °К). Относительная плотность газа
рассчитывается по формуле
4
s=
ρГ
,
ρВ
(1)
где s – относительная плотность газа;
ρ Г – плотность газа, кг/м3;
ρ В – плотность воздуха при нормальных физических условиях,
ρ В =1,2928 кг/м3.
Плотность газа определяется массовым методом и методом
истечения. При измерении плотности газа массовым методом используется
пикнометр, а измерение плотности газа методом истечения производится в
эффузиометре. Определение плотности газа массовым методом
характеризуется большой точностью, но оно отнимает много времени.
Определение плотности газа способом истечения позволяет значительно
ускорить анализ газа, хотя и не так точно, как весовой метод.
Массовый метод определения относительной плотности газа
основан на взвешивании равных объемов газа и воздуха при одинаковых
давлениях и температуре. Для определения плотности газа используют
пикнометры – сосуды постоянного объема. Объемы самих пикнометров
определены заранее и указаны, как правило, в миллилитрах.
Масса пикнометра определяется по формуле
М ПИК = М 1 − М В = М 1 − ρ В/ VПИК , кг,
(2)
где М ПИК - масса пикнометра, кг;
М 1 - масса пикнометра с воздухом, кг;
М В - масса воздуха, кг;
ρ В/ - плотность воздуха при условиях опыта, кг/м3;
VПИК - объем пикнометра, м3.
Плотность воздуха при условиях опыта рассчитывается по формуле
ρ В/ =
Р1Т Н
⋅1,2928 , кг/м3,
РН Т 1
(3)
где Р1 - атмосферное давление во время опыта, Па;
Т 1 - температура воздуха во время опыта, °К;
РН и Т Н - атмосферное давление и температура воздуха при
нормальных физических условиях.
Плотность газа при условиях опыта определяется по формуле
5
ρ Г/ =
МГ
, кг/м3,
V ПИК
(4)
где М Г - масса газа, кг.
Масса газа рассчитывается по формуле
М Г = М 2 − М ПИК , кг,
(5)
где М 2 - масса пикнометра с газом, кг.
Плотность газа при нормальных условиях определяется по формуле
ρ Г = ρ Г/
РН Т 1
, кг/м3.
Р1Т Н
(6)
Метод истечения определения относительной плотности газа
основан на отношении временных интервалов истечения газа и воздуха из
эффузиометра. Относительная плотность испытываемого газа находится
по формуле
τ Г2
s= 2 ,
τВ
(7)
где τ Г - среднеарифметическое значение времени истечения газа, с;
τ В - среднеарифметическое значение времени истечения воздуха, с.
Плотность исследуемого газа определяется по формуле
ρ Г = sρ В/ , кг/м3,
(8)
где ρ В/ - плотность воздуха при условиях опыта, кг/м3.
Описание опытной установки, массового метода определения
плотности газа.
Установка (рис.1) состоит из нагнетателя воздуха или газа 1,
кассета с осушителем 2, кранов 3, 5, пикнометра 4. Кассета 2 установлена
для осушки газа или воздуха от водяных паров. В качестве осушителя
используют силикагель. Аналитические весы и барометр-анероид на
рисунке не показаны. Используемый при продувке газ сжигают на горелке
(горелка на рисунке не показана).
6
Рис. 1. Установка для определения плотности газа с помощью пикнометра
Описание эффузиометра
Эффузиометр (рис. 2), состоит из трубки 3, нижний конец которой
открыт, а верхний снабжен металлическим трехходовым краном 1 и
трубкой, имеющей внутри платиновую пластинку с маленьким отверстием.
Трубка 3 окружена защитной металлической трубкой, на которой имеются
прорези, позволяющие наблюдать за метками на узких частях трубки 3,
которая на специальной крышке вставляется в широкий стеклянный
цилиндр и крепится к нему гайкой 2.
1
2
3
Рис. 2. Эффузиометр
Порядок выполнения работы на опытной установке
1. Продуть пикнометр проходящим через осушитель воздухом в
течение 10 мин для полного удаления влажного воздуха из пикнометра.
2. Открыть на 1-2 секунды кран на пикнометре для установления в
нем атмосферного давления.
3. Определить массу пикнометра М 1 путем взвешивания его на
7
аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем продуть пикнометр
воздухом
и
взвесить
на
весах.
Результаты
считаются
удовлетворительными, если отличаются не более чем на 5%.
4. Присоединить пикнометр нагнетателю газа и продуть газом,
проходящим через осушитель, в течение 10 мин. Необходимо, чтобы газ
входил в пикнометр снизу, а воздух вытеснялся сверху. Продувку
пикнометра газом производят со сбросом газа на зажженную горелку. Для
создания избыточного давления газа в пикнометре первым закрывают кран
на выходе из пикнометра, а затем кран на входе. Открывая на 1-2 секунды
кран на пикнометре, сбрасывают избыточное давление газа.
5. Определяют массу пикнометра с газом М 2 взвешиванием на
аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем вторично продуть
газом и снова определить массу пикнометра, заполненного газом.
Результаты должны отличаться не более чем на 5%.
6. В течение опытов измерять температуру окружающего воздуха и
атмосферное давление.
7. Определить по формулам (1-8) плотность газа, плотность воздуха
и относительную плотность газа.
Порядок выполнения работы, используя эффузиометр
1.
Стеклянный
цилиндр
эффузиометра
заполнить
дистиллированной
водой,
поворотом
крана
сообщить
трубку
эффузиометра с атмосферой и заполнить ее водой, поступающей в
нижнюю ее часть из цилиндра.
2. К боковому отростку крана присоединить емкость с исследуемым
газом.
3. Поворотом крана соединить емкость с трубкой и набирать такое
количество газа, чтобы уровень воды в ней опустился за нижнюю отметку.
Поворотом крана соединить трубку эффузиометра с отверстием в
платиновой пластинке и выпустить газ через это отверстие. Время
истечения фиксируется секундомером, который включить в момент
прохождения уровня воды через нижнюю метку и остановить при
прохождении уровня воды верхней метки.
4. Промыть трубку, после чего повторить опыт несколько раз.
5. Отсоединить емкость с исследуемым газом.
6. К боковому отростку крана присоединить насос для нагнетания
воздуха и описанным методом определить несколько раз время истечения
воздуха.
7. Определить по формулам (1-8) плотность газа, плотность воздуха
и относительную плотность газа.
Контрольные вопросы
1.Что такое плотность газа.
2. Что показывает относительная плотность газа.
8
3. Какие параметры характеризуют нормальные физические
условия.
4. Преимущества и недостатки пикнометрического метода
определения плотности газа.
5. Преимущества и недостатки определения плотности газа методом
истечения.
6. Как определить расчетным путем относительную плотность газа
известного состава.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА ГАЗА МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ
ХРОМАТОГРАФИИ
Цель работы – знакомство с устройством и принципом действия
хроматографа, проведение анализа газовой смеси.
Принцип действия и описание хроматографа
Для определения состава газа использован лабораторный
хроматограф модели ГСТЛ-3. Прибор предназначен для раздельного
анализа газовых смесей, состоящих из углеводородов предельного ряда от
метана до гексана включительно, а также водорода и непредельных
углеводородов от этилена до бутилена.
Действие прибора основано на принципе хроматографии.
Хроматография
позволяет
за
сравнительно
короткое
время
проанализировать сложные смеси. В основу этого метода положена
способность отдельных компонентов смеси по-разному адсорбироваться
на поверхности твердых веществ. Сорбционный процесс – это поглощение
газов, паров или растворенных веществ твердым или жидким
поглотителем. Десорбция – процесс, обратный сорбции. Адсорбция –
избирательное поглощение вещества из раствора или газовой смеси
твердыми телами. Сорбент – вещество, поглощающее газ или жидкость из
смеси. При продвижении смеси по слою сорбента происходит ее
разделение на отдельные компоненты. Понять физический смысл
разделения можно с помощью следующего примера. Если в трубку,
заполненную твердым сорбентом, поместить смесь, состоящую из трех
компонентов А, В, С, имеющих разную адсорбционную способность, то
менее адсорбируемый (поглощаемый) компонент быстрее продвигается
через всю трубку и накапливается у ее входа. Вторая зона адсорбционной
трубки заполнена еще и компонентом В, обладающим несколько большей
адсорбционной способностью. Третья зона кроме первых двух содержит
еще и хорошо сорбирующийся компонент С. Таким образом, из колонки
9
выделяется сначала чистый компонент, затем фракция, представляющая
собой, смесь двух, а затем и трех компонентов. Однако непосредственное
использование этого метода довольно сложно, так как скорость процесса
мала. В хроматографах используют метод, при котором анализируемую
смесь «вымывают» из хроматографической колонки, заполненной
сорбентом, с помощью нейтрального к этому сорбенту газа-носителя. Газноситель, не адсорбируясь, проходит через слой сорбента и увлекает за
собой сначала менее, а затем более сорбируемые компоненты. На выходе
из колонки фиксируется бинарная смесь «газ-носитель – компонент»,
прерываемая порциями чистого газа-носителя. Для ускорения десорбции
применяют нагрев адсорбента.
В хроматографе ГСТЛ-3 исследуемая газовая смесь продувается
через адсорбционную колонку непрерывным потоком воздуха при
одновременном нагреве колонки. Разделение смесей углеводородов
происходит вследствие различной скорости движения отдельных
компонентов вдоль слоя адсорбента, в качестве которого используют
силикагель. Нагрев колонки в процессе анализа вызывает изменение
адсорбционных свойств силикагеля. Это дает возможность разделения
компонентов, обладающих резко отличными коэффициентами адсорбции.
Принципиальная схема хроматографа состоит из следующих
основных устройств (рис. 3). Газ-носитель (в данном случае воздух)
поступает в хроматограф через дроссель 4, который служит для
регулирования скорости потока. Отрегулированная дросселем скорость
должна оставаться постоянной во время анализа. Для контроля скорости
потока в приборе установлен реометр 2. Воздух, проходящий через
систему при проведении анализа, необходимо очищать. Для этого после
дросселя 4 воздух поступает в очистительную колонку составляющую
собой U-образную трубку, левая часть которой заполнена щелочью (для
очистки воздуха от углекислоты), правая – силикагелем (для поглощения
водяных паров и очистки от всевозможных
загрязнений). Пройдя
очистительную колонку, воздух попадает в пробоотборник 3, состоящие из
крана и присоединенной к нему U-образной стеклянной трубки-дозы. Кран
имеет четыре отвода, два из которых служат для присоединения к дозе
заполняемой анализируемой смесью; два других - для присоединения к
прибору (к штуцерам 11 и 12, расположенным на правой боковой стенке
прибора и обозначенными надписью «Пробоотборник»). При положении
крана 3, изображенном на рис. 3, воздух, унося газовую смесь из дозы,
через кран 5 поступает в адсорбционную колонку, состоящую из
последовательно соединенных четырех прямых трубок 7, 8, 9, 10.
Из колонки газо-воздушная смесь попадает в камеру детектора 6.
Детектор - это устройство, где по теплоте сгорания или по
теплопроводности измеряют концентрации выходящих из колонки
10
компонентов. В детекторе установлен уравновешенный измерительный
электрический мост, состоящий из чувствительных плечевых элементов
(филаментов), двух постоянных сопротивлений и двух переменных
сопротивлений, включенных между собой параллельно и служащих для
балансировки моста при работе детектора по теплоте сгорания или
теплопроводности. При работе прибора по теплоте сгорания горючие
компоненты, проходящие через камеру с платиновой нитью,
каталитически окисляются на поверхности нити, повышая ее температуру.
При этом сопротивление нити (филамента) возрастает и вследствие
разбалансировки моста стрелка микроамперметра отклоняется. При работе
по теплопроводности (при анализе газовых смесей с большим
содержанием метана) на мост подают меньшее напряжение. Вследствие
этого компоненты газовой смеси (метан) не сгорают, а обладая меньшей
чем
воздух
теплопроводностью
охлаждают
нить,
уменьшая,
следовательно, ее сопротивление.
11
Вход воздуха
14
4
7
9
8
6
10
2
1
13
5
12
11
3
Положение крана 5
Положение кранов 11, 12 пробоотборника 3
1
Мимо колонок
1
Газ на анализ
2
Через колонки
2
Мимо пробы
Рис. 3. Схема хроматографа ГСТЛ-3
При постоянном режиме анализа каждый компонент, независимо от
его концентрации, выходит из хроматографической колонки в
определенное время. Время выделения различных компонентов и
величины показаний микроамперметра определяют при помощи
предварительного анализа эталонных смесей.
Порядок выполнения работы
1. До начала анализа адсорбент в колонке необходимо просушить.
Для этого через систему непрерывно пропускают воздух, то включая
обогрев колонок на 5 мин (не более), то выключая его примерно на такое
же время. Соединительную трубку 13 на время просушки адсорбента
12
отсоединить от камеры филаментов и присоединить к ней стеклянную
трубку. Просушку адсорбента продолжать до тех пор, пока не прекратится
конденсация водяных паров на стенках стеклянной трубки.
2. Отобрать газовую смесь в пробоотборник. При взятии пробы газа
через пробоотборник пропустить не менее 50 мл газа для более надежного
вымывания воздуха,
3. Присоединить пробоотборник к прибору к штуцерам 11, 12.
Поставив кран 5 в положение «мимо», установить по реометру скорость
потока воздуха 120 см3/мин и поддерживать ее постоянной.
4. Выключателем ВК I включить питание. При правильном
включении полярности стрелка микроамперметра будет отклоняться
вправо.
5. Ручкой реостата уставить напряжение на филаментах 350-360
мкА.
6. Открыть дроссель 4 и, пропуская через газоанализатор воздух,
при помощи ручки реохорда установить на нуль стрелку
микроамперметра.
7. Переключатель П 1 установить в положение «2000 мкА»
переключатели ВК 3 и ВК 4 - в положение 1.
8. Установить кран пробоотборника 3 в положение «анализ».
9. После окончания анализа необходимо охладить колонки. Для
этого включить вентилятор, переведя переключатель ВК 2 в положение
«вентилятор».
10. По ручному способу регистрации включить секундомер и
записать показания микроамперметра. При автоматической записи
показаний электронным потенциометром определить высоту пиков
хроматограмм.
11. Используя калибровочные кривые по полученным показаниям
прибора, выраженных в микроамперах, определить концентрацию
компонентов в смеси.
Контрольные вопросы
1. Физическая сущность газовой хроматографии.
2. Основные устройства газового хроматографа.
3. Назначение и принцип действия детектора.
4. Почему скорость выхода различных газов из адсорбционной
колонки неодинакова ?
5. Зачем применяют нагрев адсорбционной колонки ?
6. Порядок выполнения газового анализа на хроматографе.
13
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ГАЗОСТРУЙНОГО ЭЖЕКТОРА
Цель работы – проведение испытания эжектора, определение
коэффициента расхода сопла эжектора и характеристики эжектора.
Назначение и описание газоструйного эжектора
Эжекционные смесители широко применяют в газовых горелках
различного типа. Они выполняют следующие функции: засасывают воздух
из атмосферы и смешивают его с газом; создают необходимое избыточное
давление, достаточное для преодоления гидравлического сопротивления
головки горелки (а также сопротивления туннеля и противодавления в
топке); создают необходимую скорость выхода газо-воздушной смеси,
которую определяют из условий устойчивой работы горелки.
Эжекторы, являясь наиболее совершенными смесительными
устройствами, просты по конструкции и надежны в эксплуатации.
На рис.4 показана схема эжектора, используемого для горелок
низкого давления. Он состоит из следующих основных элементов: сопла 1,
из которого выходит газ; камеры смешения, состоящей из всасывающей
части 2 и стабилизирующей части 3 (горловины), в которых
осуществляется смешение газа с воздухом и стабилизация скоростного
поля потока; диффузора 4, где повышается давление газо-воздушной
смеси. Работа эжектора заключается в следующем. Газ выходит из сопла
со скоростью WC в виде свободной струи. В пределах сопла потенциальная
энергия давления газа преобразуется в кинетическую. Свободная струя
газа расширяется, а затем в конце всасывающей части камеры смешения ее
отсекают стенки эжектора. Скорость входа воздуха в эжектор ничтожно
мала, поэтому струя газа эжектирует практически неподвижный воздух.
Такие смесители называют эжекторами с малой скоростью эжекции.
dГ ,FГ
Воздух
dВ ,FВ
14
3
Смесь
4
lК
lД
РГАЗ
WГ
WВ
РСМ
WД
РТР
Атмосферное
давление
РД
WC
2
РК
1
dС
dД ,FД
Газ
Рис. 4. Эжекционный смеситель
Струя газа имеет турбулентный режим движения. В результате
поперечных турбулентных пульсаций моли газа выходят из струи в
окружающий воздух, передают его молям импульсы количества движения
и заставляют их двигаться вдоль потока. При этом воздух в пограничном
слое турбулизуется, моли воздуха внедряются в струю газа и получают
ускорение, тормозя струю. Этот процесс захвата воздуха, протекающий в
пограничном слое струи, прекращается в месте ее отсечения. В
дальнейшем в стабилизирующей части камеры смешения в результате
турбулентной диффузии происходит выравнивание полей скоростей и
концентраций, но соотношение между газом и воздухом уже не
изменяется. Входное поле скоростей в цилиндрическую часть камеры
смешения имеет профиль, обладающий значительной неравномерностью, а
выходное поле выравнивается и приобретает характер, соответствующий
режиму движения, при этом смешанный поток тормозится. Статистическое
давление в пределах всасывающего участка практически сохраняется
постоянным, а в стабилизирующей части растет за счет перераспределения
энергии, связанного со стабилизацией скоростного поля. Основное
назначение диффузора - увеличить избыточное давление, создаваемое
эжектором.
При движении смешивающихся потоков в проточной части камеры
15
смешения эжектора имеют место потери энергии. Основные потери
связаны с самим процессом смешения и являются потерями на удар,
которые определяются законом сохранения количества движения. Кроме
того, в проточной части имеют место потери на трение; потери, связанные
с торможением потока в камере смешения и диффузоре; потери при
истечении газа из сопла. Расчет эжектора базируется на трех законах:
законе импульсов (количества движения), законе сохранения массы, законе
сохранения энергии. Для получения основного уравнения эжектора в
безразмерном виде обозначим отношение площади горловины FГ к
площади сопла FГ через F . Эта величина является основным параметром
эжектора:
F=
FГ
.
FC
(9)
Для расчета эжектора с малой скоростью эжекции используется
уравнение
ΔРСМ 2 μ С2 μ С2 k
=
− 2 (1 + u )(1 + us ) ,
ΔР ГАЗ
F
F
(10)
где ΔРСМ - давление газо-воздушной смеси после эжектора, Па;
ΔР Г - располагаемое давление газа перед соплом, Па;
μ С - коэффициент расхода сопла;
k - коэффициент потерь эжекционной трубки;
u - массовый коэффициент эжекции (отношение массы воздуха к массе
газа);
s - относительная плотность газа.
Вышеприведенное уравнение является основным уравнением для
расчета эжектора и в то же время его характеристикой. Оно связывает
безразмерное давление, развиваемое эжектором, с коэффициентом
эжекции и основным параметром эжектора.
Коэффициент расхода сопла рассчитывается по формуле
μС =
QФ
,
QТ
(11)
где QФ - фактический расход газа, м3/с;
QТ - теоретический расход газа, м3/с.
Фактический расход газа можно определить по расходомеру, а
теоретический расход по уравнениям
16
QТ = WC FC или QТ =
FC 2ΔPГАЗ
ρ ГАЗ
,
где ρ ГАЗ - плотность используемого газа, кг/м3.
Коэффициент потерь эжекционной трубки
формуле
k = 2ψ 1 Г
n2 −1
+ ξТ + ξ Д − 2 ,
n
(12)
определяется
по
(13)
где ψ 1Г - коэффициент неравномерности скоростного поля горловины
эжектора;
ξ Т - коэффициент сопротивления трения камеры смешения;
ξ Д - коэффициент сопротивления диффузора;
n - степень расширения диффузора, n =
FД
;
FГ
FГ - площадь выходного сечения диффузора.
Для расчета испытуемого эжектора можно принять ψ 1Г =1,02;
ξ Т =0,12; ξ Д =0,215; n =3.
Описание опытной установки
Схема установки показана на рис.5. Газ из газопровода 1 через кран
2 и регулятор давления газа 3 поступает в счетчик 5, который измеряет
количество газа. У счетчика измеряют термометром 6 и манометром 4
температуру и давление газа. После счетчика 2 газ поступает в сопло
эжектора 7. Воздух, поступающий в эжектор через воздушный патрубок 8,
проходит через измерительную диафрагму 11 с дифманометром 10, с
помощью которых определяют расход эжектируемого воздуха. Расход
газо-воздушной смеси определяют счетчиком 17, у которого установлены
термометр 16 и манометр 15. Далее газо-воздушная смесь идет на
сжигание через кран 18. Для измерения давлений во всасывающей части
камеры смешения в начале цилиндрической камеры смешения и в конце
камеры смешения установлены манометры 12, 13, 14.
17
Рис. 5. Испытание эжектора
Порядок выполнения работы по определению коэффициента
расхода газового сопла
1. Регулятором 3 установить максимальное давление газа перед
соплом. Измерить по счетчику 2 расход газа в течение 2 мин. Затем опыт
повторить.
2. Регулятором 3 установить последовательно два других давления
газа перед соплом. Последовательность опытов та же, что и в первом
испытании.
3. Для данных давлений газа перед соплом рассчитать
теоретический расход газа и коэффициент расхода сопла.
4. Измеренные и вычисленные величины занести в табл. 1.
Таблица 1. Определение коэффициента расхода газового сопла
Номер Давление Температура Расход Теоретический Коэффицие
расход газа,
нт расхода
опыта
газа
газа, t ГАЗ , °С газа по
3
счетчику,
перед
сопла, μ С
QТ , м /ч
3
соплом,
QФ , м /ч
18
ΔРГАЗ , Па
Порядок выполнения работы по определению характеристик
эжектора
Определение характеристик эжектора можно производить при
постоянном давлении газа перед соплом и переменном сопротивлении
после эжектора. Это переменное сопротивление создаем краном 18.
При увеличении сопротивления на выходе из эжектора
(противодавления) коэффициент эжекции уменьшается и наоборот.
1. Регулятором 3 установить максимальное давление газа перед
соплом.
2. Кран 18 прикрыть таким образом, чтобы перепад давления
воздуха на диафрагме 11, измеряемый дифманометром 10, равнялся нулю.
Это свидетельствует о том, что газ не эжектирует воздух, т.е. коэффициент
эжекции равен нулю. Измерить в течение 2 мин температуру газа перед
эжектором, барометрическое давление воздуха, расход воздуха,
температуру, давление, расход смеси после эжектора, давления в
проточной части эжектора. Повторить опыт.
3. Установить кран 18 во второе положение (приоткрыв его).
Произвести те же измерения, что и в первом опыте. Повторить опыт.
4. Приоткрыть кран 18 еще больше. Произвести те же измерения.
Регулятором 3 установить последовательно два новых давления газа перед
соплом. Последовательность опыта та же.
5. Результаты измерений занести в табл. 2, 3.
6. Построить два отдельных графика. На первом показать
характеристики ΔРСМ = f (u ) при ΔР ГАЗ = const . На втором построить
безразмерные теоретическую и экспериментальную зависимости
ΔРСМ
(характеристики)
.
ΔР ГАЗ
Контрольные вопросы
1. Расскажите о назначении и устройстве эжектора.
2. Расскажите о физической сущности процесса эжекции.
3. Какие законы используют при расчете эжектора ?
4. Что называется эжектором с малой скоростью эжекции ?
5. Как влияет изменение давления газа перед соплом на
коэффициент эжекции?
6. Как влияет противодавление эжектора на коэффициент эжекции?
7. Покажите график изменения давления газа, воздуха и смеси в
эжекторе.
8. Как изменяется давление, развиваемое эжектором, при изменении
19
коэффициента эжекции?
9. Как определить коэффициент расхода сопла?
10. Каково назначение диффузора?
Давление после
эжектора, ΔРСМ, Па
Коэффициент
эжекции, u
Расход воздуха, QВ,
м3/ч
Давление на
диафрагме ΔРД, Па
Температура воздуха,
tВ, °С
Барометрическое
давление, РБ, Па
Расход газа по
счетчику, QГАЗ, м3/ч
Температура газа, tГАЗ,
°С
Давление газа перед
соплом, ΔРГАЗ, Па
Номер опыта
Таблица 2. Определение рабочих характеристик эжектора
Таблица 3. Определение рабочих характеристик камеры смешения
Номер Давление Давление Давление в Давление
опыта
газа
во всасына выходе
начале
перед
вающей горловины
из
соплом,
части
ΔР Г1 , Па горловины
ΔР Г 2 , Па
ΔРГАЗ, Па камеры,
ΔРВС, Па
Коэффициент
эжекции,
u
Давление
после
эжектора,
ΔРСМ, Па
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ИСПЫТАНИЕ РАБОТЫ ГАЗОВОЙ ГОРЕЛКИ ИНФРАКРАСНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Цель
работы
–
выявление
различных
параметров
и
эксплуатационных характеристик исследуемой горелки, определение
режимов стабильной и нестабильной работы горелки и коэффициента
прямой отдачи горелки.
Устройство горелки
Схема унифицированной газовой горелки инфракрасного излучения
показана на рис.6. Металлический корпус горелки 1 и накладка 2 образуют
газо-воздушный смеситель 3. Между корпусом и тыльной стороной
керамических плиток 4 находится распределительная камера 5. Газ
20
поступает в газо-воздушный смеситель через сопло 6. Излучающие
керамические плитки 3 размером 65x45x12 не склеиваются попарно и
вклеиваются в специально посадочные места в корпусе горелки. Плитки 3
имеют сквозные отверстия диаметром 1,2 мм для прохода газо-воздушной
смеси. Суммарное живое сечеие отверстий каналов составляет около 40%
общей площади плитки, что обеспечивает малое гидравлическое
сопротивление насадка. Плитку прессуют из огнеупорной легковесной
керамической массы, состав такой массы следующий: глина – огнеупорная
45%; каолин 25%; оксид хрома 5%, тальк 25%.
Рис. 6. Газовая горелка инфракрасного излучения
Над керамическими плитками крепится сетка 7 из окалиностойкой
стали. Подводимый к горелке газ истекает из сопла 6 в смеситель 3,
эжектируя при этом воздух. Коэффициент избытка воздуха для данной
горелки равен 1,05. Далее газо-воздушная смесь попадает в камеру 5 и
распределяется по всему её сечению. Проходя через многочисленные
отверстия плиток, газо-воздушная смесь подогревается теплом
распространяющимся через массу керамики от зоны сгорания до
температуры воспламенения, и сгорает у поверхности керамических
плиток, нагревая их до температуры 850-950 °С. В результате
керамические плитки становятся источником интенсивного излучения,
главным образом в диапазоне инфракрасных волн. Сетка из
21
окалиностойкой стали, нагреваясь от продуктов сгорания и лучистым
теплом от панели горелки, увеличивает радиационный эффект, а главное стабилизирует процесс горения.
Благодаря тому, что весь необходимый для горения воздух
полностью
эжектируется
горелкой,
полностью
предварительно
перемешивается топливным газом а главное, что полученная газовоздушная смесь предварительно подогревается в каналах керамических
плиток до температуры воспламенения, сжигание происходит очень
быстро (кинетический способ сжигания), а пламя имеет очень малую
толщину – около 1 мм. Такое пламя на фоне накаленной керамической
поверхности плохо просматривается, почему горелки инфракрасного
излучения неточно иногда называют «беспламенными». Тонкое и
прилегающее к излучающей поверхности пламя хорошо передает
тепловую энергию этой поверхности.
Правильно рассчитанная, изготовленная и налаженная горелка
инфракрасного излучения работает всегда стабильно. Для предотвращения
проскоков и отрывов горелку необходимо рассчитать таким образом,
чтобы не нарушалось равенство
Qλ = Qα = QВ ,
(14)
где Qλ - поток тепла от зоны горения по массе керамики к поверхностям
каналов керамических плиток, Вт;
Qα - тепло, переданное от поверхности каналов проходящей через каналы
газо-воздушной смеси, Вт;
QВ - тепло, необходимое для нагрева проходящей через каналы газовоздушной смеси до температуры воспламенения, Вт.
При нарушении данного теплового баланса нарушается и
стабильная работа горелки - происходит проскок или отрыв пламени от
горелки.
Проскок происходит не мгновенно, как в горелках других типов, а
развивается в течение 15-20 мин.
Проскок развивается следующим образом:
- горелка работает стабильно – стенки каналов на фоне излучающей
поверхности кажутся темными, в этом случае соблюдается тепловой
баланс, а зона воспламенения находится на выходе из каналов;
- горелка «пошла на проскок» (начало проскока), излучающая
поверхность я стенки каналов накалены примерно одинаково, стенки
каналов сливаются с излучающей поверхностью.
В процессе развития проскока пламя уходит вглубь каналов (в
результате углубления зоны воспламенения). Излучающая поверхность
керамики по сравнению со стенками каналов кажется темной.
22
На определенной стадии развития проскока происходит хлопок –
взрыв газо-воздушной смеси в оставшейся части каналов и в корпусе
горелки. Горелка гаснет. При этом температура тыльной поверхности
керамики всегда значительно меньше температуры воспламенения. Это
значит, что заключительный процесс проскока происходит по газовоздушной смеси, т.е. по обычной схеме.
Отрыв пламени происходит также при нарушении теплового
баланса, при этом пламя как бы зависает на некотором расстоянии от
излучающей поверхности. В атом случае поверхность излучения горелки
имеет низкую температуру, так как пламя слабо нагревает эту поверхность.
Несколько стабилизирует процесс горения при тенденции к отрыву
окалиностойкая металлическая стабилизирующая сетка.
В отличие от горелок других типов кривая проскоков для горелок
инфракрасного излучения имеет «перевернутую» конфигурацию, так как
здесь главным фактором является не скорость распространения пламени в
каналах, а тепловой поток от излучающей поверхности к каналам плиток,
мощность которого пропорциональна скорости газо-воздушной смеси в
каналах.
Кривые отрывов для горелок инфракрасного излучения в принципе
не отличаются от кривых отрывов для горелок других типов.
Описание опытной установки
Газовая горелка инфракрасного излучения 1 укреплена на
специальном штативе таким образом, что излучающая поверхность
горелки находится в вертикальном положении (рис.7). Топливный газ
пройдя счетчик 2, поступает в сопло горелки. Термометр 3 замеряет
температуру газа, а манометр 4 типа МКВ-250 - давление газа,
проходящего через счетчик. Тот же манометр замеряет давление газа
непосредственно перед соплом горелки. Переключатель импульсов – кран
5.
Комплекс, состоящий из первичного прибора - хромельалюмелевой термопары 6 марки ХА и из вторичного прибора –
потенциометра 7 типа ПП-63, шланга 8 и отсасывающего агрегата 9,
замеряет температуру продуктов сгорания у поверхности излучения
горелки. Замер температуры поверхности излучения производится
оптическим пирометром 10 марки ОППИР-017, а также пирометром
излучения 11 – АПИР-С. Температура корпуса горелки измеряется
термощупом 14 – ЭПГМ.
Определение величины радиационного теплового потока от
излучающей поверхности горелки производится пирометром излучения
АПИР-С, оттарированным на измерение тепловых потоков. Датчик
излучения 12 (пирометра АПИР-С) может вращаться на металлической
секторной раме 13 таким образом, что при этом изменяется угол
23
фиксируемого излучения от 0 до 90°.
Количество углекислого газа в продуктах сгорания для определения
величины коэффициента избытка воздуха определяется газоанализатором
15. Для взятия пробы продуктов сгорания служит керамическая трубка –
пробоотборник 16.
Рис. 7. Испытание газовой горелки инфракрасного излучения
Краткая характеристика измерительных приборов
Микроманометр
жидкостный
компенсационный
с
микрометрическим винтом МКВ-250, пределы измерения - 0-250 мм
вод.ст.(0-2455 Па), точность измерений - 0,01 мм вод.ст.(0,98 Па).
Газовый счетчик (газовые часы) ГСБ-400: максимальный
замеряемый расход газа - 0,4 м3/ч; точность измерений - 0,02 дм3.
Пирометр излучения АПИР-С: пределы измерения температур -
24
30÷2500°С.
Оптический пирометр ОППИР-017: пределы измерений - 800 ÷
1500°С; основная погрешность при измерениях яркостной температуры в
данных пределах - +21°С; погрешность при отклонении угла визирования
от угла 90° - 1,75°С на каждый градус угла отклонения.
Термощуп ЭПТМ: пределы измерений - от -50 до +120°С.
Эксплуатация горелки
Розжиг горелки инфракрасного излучения производится в
следующей последовательности:
- поднести зажженную спичку к отверстию в сетке излучателя;
- открыть кран, перекрывающий доступ газа к горелке;
- при появлении голубого пламени на поверхности излучателя
погасить спичку.
Через 1 - 1,5 мин излучающая поверхность горелки разогреется.
При разогреве допускается до трех хлопков пламени на поверхности
излучателя. Горелка должна работать стабильно, без видимых языков
пламени на поверхности излучателя. При появлении указанных нарушений
режима горения горелку выключить и разжечь вновь.
Для выключения горелки необходимо выполнить одну операцию закрыть кран, перекрыв доступ газа к горелке.
Методика
проведения
исследований
по
определению
характеристик горелки при стабильном режиме работы
В процессе исследования горелки определяются следующие
зависимости:
- температуры излучающей поверхности горелки Т К от мощности
горелки Р;
- мощности горелки Р от давления газа перед соплом горелки Р Г .
Проводится 6 опытов с установкой перед началом каждого опыта
следующих значений Р Г : 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300 Па. Каждый
опыт проводится в течение 6 мин. Опыт начинается после выхода горелки
на режим, что определяется постоянством температуры излучающей
поверхности за 1 мин.
Для каждого опыта проводятся следующие замеры:
- давления газа перед соплом Р Г - микроманометром МКВ-250;
- показания газового счетчика n в начале опыта и через 6 мин
(время определяется по секундомеру);
- давления газа в газовом счетчике Р1Г - по микроманометру МКВ250;
- температуры газа, проходящего через газовый счетчик - по
термометру, укрепленному в счетчике, Т 1Г ;
25
- температуры излучающей поверхности Т К - пирометром
излучения АПИР-С и оптическим пирометром ОППИР-017. Замеряемая
температура Т К является среднеэффективной температурой излучающей
поверхности, учитывающей: температуру собственно поверхности
излучения
(излучающей
плоскости,
разделенной
перфорацией);
температуру цилиндрических стенок каналов керамических плиток и
корпуса горелки, проецируемой на экран датчика; температуру
стабилизирующей сетки. Температура Т К замеряется в 5 точках, которые
указываются преподавателем. При её измерении линия визирования от
измерительного прибора на излучающую поверхность должна составлять
90° с линией этой поверхности.
Перед каждым опытом после выхода горелки на режим визуально
контролируется качество работы горелки (при визировании сбоку не
должно наблюдаться языков пламени).
Перед началом эксперимента должны быть сняты показания
барометра-анероида.
Замеренные величины заносятся в табл. 4. Для Т К записывать два
значения: в числителе – замеры на АПИР-С, в знаменателе - на ОППИР017.
Таблица
4.
Результаты
инфракрасного излучения
Номер
опыта
Температура
газа,
Т 1Г , °К
Давление
газа в
газовом
счетчике,
Р1Г ,Па
лабораторных
Давление
газа перед
соплом,
Р Г , Па
Расход
газа на
горелку,
Q, м3/ч
исследований
Расход
газа,
при
н.у,
QН,
м3/ч
Номер
точки
горелки
Температуры
излучающей
поверхности,
ТК , К
Расход газа на горелку определяется по формуле
Q=
(
3,6 n КОН − n НАЧ
τ
) , м /ч,
3
(15)
где n КОН и n НАЧ - конечный и начальный отсчеты по газовому счетчику,
дм3;
τ - время опыта, с.
Полученный расход газа на горелку необходимо привести к
нормальным условиям по формуле
26
Р1Г Т ГН
QН = Q Н ⋅ 1 ,
РГ Т Г
(16)
где Р1Г - давление газа у счетчика, Па;
Р ГН - давление газа при нормальных условиях, Р ГН =101325 Па;
Т 1Г - - температура газа у счетчика, °К;
Т ГН - температура газа при нормальных условиях, Т 1Г =273 К.
Средняя температура излучающей поверхности горелки находится
как средняя арифметическая величина пяти замеренных величин.
Определение характеристик горелки при проскоке и отрыве
проводятся в следующей последовательности:
- в процессе исследования горелка последовательно доводится
сначала до отрыва, а затем до проскока, давление газа и соответственно
мощность горелки в каждом случае задается преподавателем;
- в случае отрыва меняется также коэффициент избытка воздуха;
- после розжига горелки, для каждого режима (отрыва и проскока)
произвести те же замеры, что и ранее;
- начало отрыва и проскока, а также отдельных периодов проскока
фиксируется по секундомеру, во время отрыва (пламя зависает у
поверхности излучения) и для всех периодов проскока определяется
среднеэффективная температура поверхности излучения;
- замеренные величины заносятся в таблицу, аналогичную табл. 4.
Методика определения коэффициента прямой отдачи горелки
Важнейшей характеристикой горелки является коэффициента
прямой отдачи горелки, т.е. доли тепла, излучаемой поверхностью
излучения горелки.
Коэффициент прямой отдачи горелки определяют двумя способами
– по прямому и обратному тепловому балансу горелки.
Определение коэффициента прямой отдачи горелки по
прямому балансу
Значение коэффициента прямой отдачи горелки по прямому
балансу определяется по формуле
ηЛ =
QH QHP
QЛ
⋅100% ,
+ QН с Г t Г + QH VО с В t В
(17)
где QЛ - интегральное полусферическое излучение, кДж/ч;
QН - расход газа на горелку приведенный к нормальным условиям, м3/ч;
QНР - низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3;
27
с Г - объемная теплоемкость газа, кДж/(м3⋅К);
t Г - температура подогрева газа, К;
VO - теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания
1 м3 газа, м3;
с В - объемная теплоемкость воздуха, кДж/(м3⋅К);
t В - температура подогрева воздуха, К.
Интегральное полусферическое излучение горелки определяют
следующим образом. На границе поясов при угле визирования β= 0 - 90°
через каждые 10° прибором АПИР-С замеряют интенсивности излучения.
Вся полусфера излучения в связи с этим условно разбивается на 8 шаровых
поясов и один шаровой сегмент. Интегральное полусферическое излучение
определяется по формуле
QЛ =
i = 90 о
∑
i =0
о
qi + qi +10 j
2
Fn j ,
(18)
где qi - интенсивность излучения на границах поясов, кДж/(м2⋅ч);
Fn j - поверхность шарового пояса (сегмента), м2.
Поверхности шаровых поясов (сегмента) определяются по формуле
Fn = 2πRh ,
(19)
где R - радиус полусферы излучения, т.е. расстояние от плоскости
излучения горелки до объектива датчика ПЧД-121, м;
h - высота шарового пояса (сегмента), м (см. табл.5).
Таблица 5. Характеристики шарового пояса (сегмента)
Номер шаровых
поясов, j
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Угол визирования, β
Высота пояса, % от R
0° - 10°
10° - 20°
20° - 30°
30° - 40°
40° - 50°
50° - 60°
60° - 70°
70° - 80°
80° - 90°
17,72
16.72
15,13
14,87
12,04
9,39
7,40
4,73
2,00
28
Определение коэффициента избытка воздуха
Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле
СО2max
α=
,
CO2
(20)
где CO2max - максимальное содержание СО2 в продуктах сгорания, %;
CO2 - действительное содержание СО2 в продуктах сгорания, определенное
с помощью газоанализатора, %.
Определение коэффициента прямой отдачи горелки по
прямому балансу
Значение коэффициента прямой отдачи горелки по обратному
балансу определяется по формуле
ηЛ = 1−
1
= 1−
QП .СГ + QОКРСР
QH QHP + QН с Г t Г + QH VО с В t В
(
=
∑VП.СГ с П .СГ Т ПСР + α Л FM Т M СР − Т ОКРСР
i
QH QHP + QН с Г t Г + QH VО с В t В
(17)
)
,
где VП .СГ . - объемы компонентов продуктов сгорания при сжигании 1 м3
газа, м3;
с П .СГ - теплоемкости компонентов продуктов сгорания, кДж/(м3⋅К);
Т ПСР - температура продуктов сгорания, К; величина Т П замеряется
отсосной термопарой в пяти точках, указанных преподавателем, затем
находится, Т ПСР ;
α Л - лучистый коэффициент теплоотдачи от корпуса горелки в
окружающую среду, принимается равным 70 кДж/(м2⋅ч⋅град);
Т М СР - температура корпуса горелки, К, (замеряется термощупом в двух
точках, указанных преподавателем, затем находится Т М СР ).
Т ОКРСР - температура воздуха, К.
Тепло с химической неполнотой сгорания для данного типа горелок
очень мало и здесь при расчете учитывать его нецелесообразно.
Порядок выполнения работы по определению режимов
стабильной и нестабильной работы горелки инфракрасного излучения
1. Провести лабораторные исследования при стабильной работе
29
горелки по методике изложенной выше.
2. Выполнить требуемые измерения и заполнить табл. 4.
3. Проанализировать результаты замера локальных температур и
полученные средние температуры при двух способах замера – приборами
АПИР-С и ОППИР-017.
4. По данным табл. 4 построить две зависимости:
- температуры излучающей поверхности горелки Т К от мощности
горелки Р;
- мощности горелки Р от давления газа перед соплом горелки Р Г .
5. Проанализировать полученные зависимости.
6. Провести лабораторные исследования при нестабильной работе
горелки (проскоке и отрыве) по методике изложенной выше.
7. Замеренные величины занести в табл.4.
Порядок выполнения работы по определению коэффициента
прямой отдачи горелки
1. Разжечь горелку и выведения ее на стационарный режим, перед
соплом горелки установить давление газа РГ = 1300 Па. Через 3 мин после
этого можно начинать измерения.
2. Состав газа и значение теплоты сгорания газа задает
преподаватель перед началом работы.
3. При определении величины радиационного теплового потока от
излучающей поверхности горелки пирометром излучения АПИР-С,
оттарированным на измерение тепловых потоков, датчик излучения ПЧД121 установить на секторной раме таким образом, чтобы угол между осью
визирования прибора и плоскостью излучения горелки β мог изменяться от
0 до 90° Во время опыта производить замеры температур при различных
углах визирования β, а затем по тарировочной таблице найти
соответствующие величины радиационных тепловых потоков. Датчик
излучения при всех замерах направлен в центр поверхности излучения.
4. Всего, провести 9 измерений при следующих углах визирования:
0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90°. Радиус измеряемой полусферы, т.е.
расстояние от объектива датчика до излучаемой поверхности горелки,
должен составлять 1,5 м.
5. Температуру продуктов сгорания измерить отсосной термопарой
6 и в тех же местах в плане, где измерялись температуры на поверхности
излучения, но на расстоянии 5 мм от стабилизирующей сетки. За опыт
произвести 5 замеров следующим образом: установить отсосную трубку
так, чтобы королек термопары находился на расстоянии 5 мм от
стабилизирующей сетки, затем включить отсасывающий агрегат и через
1мин взять отсчет на потенциометре ПП-63.
6. Для взятия пробы продуктов сгорания керамическую трубкупробоотборник установить последовательно в те же точки, что и отсосную
30
трубку. Определение содержания СО2 в продуктах сгорания произвести по
газоанализатору.
7. Степень нагрева корпуса горелки для определения потерь тепла в
окружающую среду определяют путем замера температур на поверхности
металлического корпуса горелки термощупом ЭПТМ. Датчик
(металлический лист) последовательно прижать к поверхности корпуса в
каждой из 2 точек, после чего произвести отсчет по прибору.
8. Замеренные величины занести в табл. 6.
9. Определить значения коэффициента по прямому и обратному
балансу, сравнить эти величины, разница в полученных значениях не
должна превышать 5%.
Так как все замеры в работе по определению коэффициента прямой
отдачи горелки делаются при стационарном режиме и при постоянном
давлении газа перед соплом, то их можно проводить в любом порядке.
Однако при этом необходимо один раз за 5 мин проконтролировать
стационарность режима. В случае отклонения величины РГ от 1300 Па
необходимо поворотом крана восстановить режим и через 5 мин
продолжать опыт.
Таблица 6. Результаты лабораторных исследований по определению
коэффициента прямой отдачи горелки
Давление Наименование
газа, РГ, показателя
1300 Па
Температура
поверхности
излучения, К
Обозначение Результат Интегральное
полусферическое
излучение, QЛ ,
кДж/ч
Т К1
Т К2
Т К3
Т К4
Т К5
Т К СР
Температура
продуктов
сгорания, К
Т П1
Т П2
Т П3
Т П4
Т П5
Т ПСР
31
Количество СО2 в m1
продуктах
m2
сгорания, %
m3
m4
m5
mСР
Температура
Т М1
поверхности
ТМ2
корпуса, К
Т М СР
Контрольные вопросы
1. Каково назначение керамических плиток и металлической сетки
горелки?
2. Объясните принцип действия термопары.
3. Расскажите, что такое отсосная термопара.
4. Объясните принцип действия оптического пирометра ОППИР017.
5. Объясните принцип действия радиометра АПИР-С.
6. Перечислите все составляющие теплового баланса горелки
инфракрасного излучения.
7. Как определить интегральное полусферичесное излучение
горелки?
8. Как определить коэффициент прямой отдачи горелки?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИСПЫТАНИЕ И НАСТРОЙКА ОБОРУДОВАНИЯ ШКАФНОГО
ГАЗОРЕГУЛЯТОРНОГО ПУНКТА
Цель работы – знакомство с устройством шкафного
газорегуляторного пункта (ШРП) и основного оборудования; проведение
испытания и настройка регулятора давления, предохранительно-сбросного
клапана, предохранительно-запорного клапана.
Устройство шкафного газорегуляторного пункта
Газорегуляторный пункт шкафного типа с регулятором давления
РД-50 М предназначен для снижения давления газа с высокого или
среднего до низкого и поддержания его постоянным. Газорегуляторный
пункт шкафного типа (рис.8) состоит из двух параллельных линий, одна из
которых является рабочей, а вторая – резервной. Каждая технологическая
линия оборудована регулятором давления 5 типа РД-50 М,
предохранительным клапаном отсекателем 4 типа ПКК-40 М, угловым
сетчатым фильтром 3.
Регулятор РД-50 М является регулятором прямого действия,
32
работающим без использования постороннего источника энергии.
Автоматический регулятор давления состоит из регулирующего и
реагирующего устройств. Основной частью регулирующего устройства
является чувствительный элемент (мембрана), а основной частью
регулирующего устройства – дроссельный орган. Чувствительный элемент
и дроссельный орган соединяются между собой исполнительной связью.
Регулятор, работающий без использования постороннего источника
энергии это устройство, у которого для перестановки дроссельного органа
используется энергия регулируемой среды.
Регулятор прямого действия – это устройство, предназначенное для
автоматического регулирования давления рабочей среды путем изменения
ее расхода. Для перестановки регулирующего органа в нём используется
энергия, развиваемая на чувствительном элементе.
33
Выход
газа 7
6
10
12
11
5
9
8
4
3
1
Выход
воды
13
2
Вход
газа
Вход
воды
Рис. 8. Шкафной газорегуляторный пункт
1 – тройник нижний; 2 – вентиль запорный; 3 – фильтр сетчатый;
4 – предохранительный клапан-отсекатель ПКК-40М; 5 – регулятор
давления РД-50М; 6 – кран натяжной газовый; 7 – тройник верхний; 8 –
манометр технический; 9 – трубка импульсная; 10 – тройник импульсный;
11 – патрубок сбросной; 12 – тройник сбросной; 13 – коллектор
отопительный.
34
К автоматическим регуляторам данного типа предъявляются
следующие основные требования:
- зона регулирования, т.е. разность между значениями
регулируемого давления при 10 и 90 % максимального расхода, не должна
превышать значений, выбранных из ряда: 0,1; 1,6; 2,5; 4; 6, 10, 40 % от
верхнего предела настройки;
- зона нечувствительности, т.е. разность значений регулируемого
давления, необходимая для изменения направления движения
регулирующего органа в зоне регулирования, не должна превышать 0,6;
1,0; 1,6; 2,5 % от верхнего предела настройки;
- относительная нерегулируемая протечка, т.е. отношение
максимальной величины протечки через затвор закрытого клапана к
максимальному расходу рабочей среды при полностью открытом клапане
для клапанов с мягким уплотнением не допускается.
Основные технические данные регулятора давления РД-50 М:
давление газа на входе - до 1,6 МПа; после регулятора (на выходе) - до 2,5
кПа.
Регулятор давления РД-50 М предназначен для редуцирования
высокого и среднего давления сетевого и сжиженных углеводородных
газов. Вентильный корпус регулятора (рис. 9) присоединяют к
вертикальному участку газопроводов высокой и низкой сторон накидными
гайками 5, при этом мембранная коробка регулятора должна занимать
горизонтальное положение Запасной ниппель 7, закрывающийся пробкой
6, позволяет монтировать регулятор и на угловом участке газопровода.
Импульс конечного давления газа по трубке 10 поступает в
подмембранное пространство регулятора и стремится переместить
эластичную мембрану 1 вверх, но этому противодействует давление
регулируемой пружины 2, чем обеспечивается равновесное положение
мембраны. При увеличении расхода газа его давление после регулятора
уменьшается и по импульсной трубке 10 передается на мембрану.
Существовавшее до этого равновесие нарушается и мембрана под
действием пружины 2 перемещается вниз на определенную величину,
увлекая за собой шток, с которым связан рычажный механизм 11.
Рычажный механизм 11 отодвигает поршень 9, и расстояние между
клапаном 9 и его седлом 8 увеличивается, газ в больших количествах
проходит через клапан за регулятор и давление газа увеличивается до
заданной величины, т. е. наступает равновесие. При уменьшении расхода
газа конечное давление после регулятора повышается и процесс
регулирования протекает в обратном порядке. Таким образом, существует
обратная зависимость между расходом и давлением газа. Регулятор на
требуемое выходное давление газа настраивают сжатием пружины 2 с
35
помощью гайки 3 и регулировочного винта 4, причем, вращая винт по
часовой стрелке, выходное давление уменьшают, а вращая против часовой
стрелки - увеличивают. Регуляторы имеют сменные седла клапана,
позволяющие изменить паспортную пропускную способность. При
установке регулятора на угловом участке (поворот газопровода на 90°)
через штуцер 7 пропускная способность возрастает на 10 - 15% по
сравнению с вертикальным входом газа.
4
3
2
5
1
Сброс
12
11
10
9
7
8
6
Газ
Рис. 9. Регулятор давления РД-50М
При отсутствии расхода газа конечное давление из-за
недостаточной плотности клапана может недопустимо повыситься и
порвать мембрану. Для предупреждения этого, в регулятор РД-50 М
встроен мембранно-пружинный сбросной клапан 12, смонтированный в
нижней части корпуса мембраной коробки. Сброс газа от
предохранительных клапанов в атмосферу осуществляется через свечи,
присоединяемые к сбросным ниппелям.
36
Выходное давление из газорегуляторного пункта контролируют
предохранительным запорным клапаном (ПЗК) и предохранительным
сбросным клапаном (ПСК) - в данном газорегуляторном пункте шкафного
типа установлен в корпусе регулятора давления. ПСК контролирует только
верхний предел, его настраивают на давление, меньшее, чем ПЗК; поэтому
ПСК срабатывает первым, сброс газа производится через сбросную свечу.
Необходимость в сбросе газа может появиться при неисправности
регулятора (например, негерметичности закрытия клапана). Если после
включения в работу ПСК выходное давление газа продолжает расти, что
может привести к аварии, то сработает ПЗК, который отключит подачу
газа. ПЗК сработает и при падении давления газа ниже минимально
допустимого, при котором обеспечивается нормальная работа
газогорелочных устройств. После устранения неисправности включить в
работу ПЗК можно только вручную.
Предохранительно-запорный
клапан-отсекатель
ПКК-40М
автоматически закрывается и прекращает подачу газа потребителям в
следующих случаях: при повышении давления после регулятора выше
установленного (на 20 %) или при уменьшении входного давления газа.
На рис. 10 показан запорно-предохранительный клапан ПКК-40М,
который является полуавтоматическим устройством, предназначенным для
автоматического перекрытия потока газов или воздуха с температурой не
выше 60 °С в случае повышения давления в контролируемом участке сети
сверх установленного давления или при уменьшении перепада между
входным и контролируемым давлениями ниже определенного предела.
Клапан устанавливается перед регулятором давления, а импульс
контролируемого давления берется после регулятора. Открытие клапана
производится вручную путем кратковременного открытия пусковой
пробки.
Конструктивно клапан выполнен в виде муфтового корпуса вентильного
типа с расположенной сверху мембранной камерой. Внутри корпуса
имеется плунжер, который под действием пружины опускается сверху на
седло корпуса. Мембранная камера состоит из корпуса, верхней крышки и
мембранной коробки, между которыми зажаты нижняя и верхняя
мембраны с различными эффективными площадями. Нижняя мембрана
жестко связана со штоком клапана корпуса. Конец штока выполнен в виде
седла с отверстием 1,2 мм, проходящим внутри штока через мембрану.
Верхняя мембрана снизу имеет резиновое уплотнение, являющееся
клапаном седла плунжера. Коробка мембранной камеры с двумя
отверстиями труб 1/2// имеет в центре двухсторонний упор для ограничения
движения нижней мембраны вверх и верхней мембраны вниз. В одно из
отверстий промежуточного кольца завертывается пусковая пробка, во
втором отверстии установлен обратный клапан, пропускающий газ из
37
импульсной линии в мембранную камеру. На верхнюю мембрану
действует пружина, усилие которой изменяется регулировочным стаканом.
Для открытия клапана необходимо отвернуть пусковую пробку, при этом
пространство между мембранами сообщается с атмосферой через
отверстия в пробке. Входное давление газа, преодолевая усилие пружины
плунжера, поднимет его и нижнюю мембрану вверх до упора, а отверстие
в конце штока окажется закрытым плунжером в центре верхней мембраны.
После этого пусковая пробка завинчивается обратно. Газ через открытый
клапан корпуса поступает в сеть и из контролируемого участка по
импульсной трубке через обратный клапан попадает в полость между
мембранами. Если контролируемое давление превысит установленное
верхней пружиной значение, то верхняя мембрана приподнимется,
отверстие в штоке откроется, и по обе стороны нижней мембраны
установится одинаковое давление газа. Под действием пружины плунжер
опустится на седло и перекроет подачу газа, причем поступление газа в
импульсную линию через отверстие в штоке прекратится благодаря
закрытию обратного клапана.
При уменьшении перепада между контролируемым и входным
давлением ниже значения, определяемого пружиной плунжера, нижняя
мембрана под действием этой пружины опустится, отверстие в штоке
откроется, что также приведет к закрытию плунжера. Для открытия
клапана необходимо сбросить газ из мембранной камеры в атмосферу
путем кратковременного открытия пусковой пробки. Падение конечного
давления ниже допустимого предела не контролируется.
Технические характеристики: входное рабочее давление до 1,2
МПа; диапазон регулирования контролируемого давления с пружиной
низкого давления 1,5 - 5,0 кПа, с пружиной среднего давления 5,0 - 60,0
кПа; минимально допустимый перепад перед входным и установленным и
контролируемыми давлениями 10 - 15 кПа; условный диаметр клапана
DУ=40 мм; монтажная длина корпуса клапана 170 мм; диаметр мембранной
камеры 124 мм; максимальная высота 260 мм; масса 6,6 кг.
38
12
11
1
2
10
3
4
5
6
7
8
9
Рис. 10. Запорно-предохранительный клапан-отсекатель ПКК-40М
1 – верхняя крышка; 2 – верхняя мембрана; 3 – мембраная коробка
(камера); 4 – пусковая пробка; 5 – нижняя мембрана; 6 – корпус
вентильного типа; 7 – регулировочная пружина; 8 – шток; 9 – плунжер;
10 – обратный клапан; 11 – пружина; 12 – регулировочный стакан.
39
Порядок выполнения работы по настройке регулятора
давления и клапана-отсекателя на заданное давление.
1. Установка работает на сжатом воздухе (компрессор на рис. 8 не
показан). Включить компрессор. Открыть краны 6 (для сброса воздуха в
атмосферу).
2. Открыть ПКК. Для этого нужно отвернуть сбросную пробку.
Значение контролируемого давления измерить по манометру 8.
3. Настройку ПКК-40М осуществить медленным вывертыванием
регулировочного стакана до закрытия затвора.
4. Величину контролируемого давления, при котором должен
закрыться ПКК, установить временной настройкой РД-50 М на
повышенное давление.
5. Для проверки правильности настройки ПКК контролируемое
давление в импульсной трубке нужно несколько уменьшить. Затем при
медленном повышении давленая в импульсном трубопроводе затвор
должен закрываться при достижении ранее установленной величины
давления.
6. После настройки и испытания регулятора давления выключить
компрессор.
7. Установка некоторое время будет работать за счет воздуха
ресивера, при этом входное в газорегуляторный пункт шкафного типа
давление будет снижаться и ПКК закроется. Необходимо зафиксировать
величину закрытия клапана-отсекателя.
8. Результаты свести в табл. 7.
Таблица 7. Результаты лабораторных исследований газорегуляторного
пункта шкафного типа
Давление на
входе в
установку,
МПа
Давление
настройки
РД-50 М, Па
Давление
настройки
сбросного
клапана, Па
Давление настройки ПКК-40 М
после РД-50 М, Па
до ПКК-40 М, МПа
Контрольные вопросы
1. Назначение и устройство газорегуляторного пункта шкафного
типа.
2. Назначение и устройство фильтра.
3. Как осуществляется пуск в работу ПКК-40М?
4. Работа ПКК-40 М при повышении контролируемого давления.
5. Устройство и принцип действия предохранительно-сбросного
клапана.
6. Работа ПКК-40 М при понижении входного давления.
40
7. Назначение и устройство РД-50 М.
8. Определение и принцип действия регулятора давления прямого
действия.
9. Основные требования, предъявляемые к регуляторам давления
прямого действия.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ИСПЫТАНИЕ ГАЗОВОЙ ПЛИТЫ
Цель работы: знакомство с устройством бытовой газовой плиты;
определение коэффициента полезного действия горелки плиты,
коэффициента эжекции конфорочной горелки.
Характеристика и устройство газовой плиты
Бытовые газовые плиты изготовляются двух-, трех- и четырехконфорочные с духовыми шкафами и без них. Они состоят из следующих
основных частей: корпуса рабочего стола с конфорочными вкладышами
духового шкафа, газораспределительного устройства с кранами.
Высота рабочего стола бытовых плит около 800 мм, ширина не
менее 700 мм. Расстояние между центрами соседних конфорок
принимается не меньше 230 мм.
Конфорочные горелки изготовляют нормальной тепловой
мощности - 1,9 кВт и повышенной мощности - 2,8 кВт.
Номинальная нагрузка горелок духового шкафа должна
обеспечивать его равномерный разогрев до температуры 285-300 °С не
более чем за 25 мин.
КПД конфорочных горелок должен быть не менее 56 %, а КПД
плит с отводом продуктов сгорания в дымоходах - не менее 40 %.
Содержание окиси углерода в продуктах сгорания при работе горелок с
номинальной мощностью не должно превышать 0,05 % в пересчете на
сухие дымовые газы, а коэффициент избытка воздуха равен единице (α=1).
Отрегулированные горелки должны устойчиво работать без отрыва и
проскока пламени при изменении теплоты сгорания газа в пределах ± 10 %
и тепловой нагрузке от предельной до 0,2 номинальной.
Бытовые газовые плиты, как правило, оборудуются атмосферными
горелками с отводом продуктов сгорания непосредственно в кухню.
Воздух из кухни поступает к конфорочным горелкам под рабочий стол, а к
горелкам духового шкафа через специальные щели и отверстия в плите.
Часть воздуха, необходимого для горения (первичный воздух),
эжектируется газом, вытекающим из сопел горелок, стальная часть
(вторичный воздух) поступает к пламени непосредственно из окружающей
среды.
Продукты сгорания конфорочных горелок проходят через щель
41
между дном посуды и рабочим столом плиты, поднимаются вдоль стенок
посуды, обогревая их, и поступают непосредственно в окружающую
атмосферу.
Продукты сгорания горелок духового шкафа обогревают его и
поступают в кухню через отверстия расположенные в боковых и задней
стенках плиты.
Основные причины, вызывающие химическую неполноту сгорания
у конфорочных горелок следующие:
- охлаждающее действие стенок посуды, которое может приводить
к неполному протеканию химических реакций горения, образованию СО и
сажи;
-недостаток первичного воздуха;
-плохая организация подвода вторичного воздуха;
-плохая организация отвода продуктов горения.
Определение коэффициента полезного действия газовой плиты.
Основными показателями, характеризующими работу газовых
приборов, являются тепловая мощность, тепловая производительность и
коэффициент полезного действия.
Тепловой мощностью газового прибора принято называть
количество химического тепла в газе, подаваемого к прибору, считая по
низшей теплоте сгорания газа.
Производительностью газового прибора называют количество
теплоты, переданное прибором при сгорании газа нагреваемому телу.
Коэффициент полезного действия прибора выражает отношение
производительности прибора и его мощности.
Различают номинальные и предельные значения величин указанных
показателей.
Номинальной называют такую мощность, при которой прибор дает
лучшие показатели работы, заключающиеся в наибольшей полноте
сгорания газа при наиболее высоком КПД, при этом в конструктивных
элементах приборов не должно возникать опасных тепловых напряжений,
которые могут сократить установленный для прибора срок службы.
Номинальное давление газа перед прибором должно составлять
1270 Па. Тепловая мощность газогорелочного устройства определяется по
формуле
Р = VН QНР , Вт,
(18)
где VН - расход газа при нормальных физических условиях, м3/с;
3
QPН - низшая теплота сгорания сухого газа, МДж/м .
Расход газа при нормальных физических условиях рассчитывается
по формуле
42
VН = VГ
273
РАТ + РГ − РВП
⋅
,
101325
273 + t Г
(19)
где VГ - расход газа по счетчику, м3/с;
РАТ - атмосферное давление в помещении, Па;
РГ - давление газа непосредственно перед счетчиком, Па;
РВП - парциальное давление насыщенных водяных паров в газе, Па;
tГ - температура газа на выходе из счетчика, °С.
Для определения КПД газовой плиты проводится нагрев воды
налитой в кастрюлю. В этом случае КПД газовой плиты определяется по
формуле
η=
[GВ с В (t 2 − t1 ) + GК с К (t 2 − t1 )] 1
VH QHP
τ,
(20)
где GВ - масса воды, кг;
сВ - теплоемкость воды сВ = 4,187 кДж/(кг⋅град);
GК - масса посуды (кастрюли и мешалки), кг;
сК- теплоемкость металла кастрюли сК= 0,8 кДж/(кг⋅град);
t1 - начальная температура воды, °С;
t2 - конечная температура воды, °С;
τ - продолжительность опыта, с.
Определение коэффициента эжекции горелки.
Объемный коэффициент эжекции определяют как отношение
объема эжектируемого воздуха (в данном случае – первичного) к объему
газа, истекающему из сопла горелки.
Коэффициент эжекции первичного воздуха определяется по
балансу кислорода в воздухе, газе и смеси газа с первичным воздухом. Это
балансовое уравнение после преобразований будет иметь следующий вид:
O2CМ − О2Г
us = В
,
О2 − О2СМ
(21)
где us - объемный коэффициент эжекции;
О2СМ - содержание кислорода в смеси газа с первичным воздухом, %;
О2Г - содержание кислорода в газе (принять 0,5 %);
О2В - содержание кислорода в воздухе (принять 20,9 %).
Содержание кислорода в газо-воздушной смеси О2СМ определяется
с помощью газоанализатора.
43
Используемый газоанализатор относится к типу химических, в
которых содержание газов в пробах определяют по их поглощению
химическими реактивами.
Газоанализатор, схема которого показана на рис.11, состоит из
измерительной бюретки 1 и поглотительных сосудов 2 и 3. Количество
поглотительных сосудов зависит от того, содержание скольких газов
определяют в данном опыте.
Рис. 11. Схема газоанализатора.
Измерительная бюретка 1 имеет деления от 0 до 100 %. Бюретка
для охлаждения заполняющего ее газа и поддержания постоянства его
температуры помещена внутри стеклянного цилиндра 4, залитого водой.
При помощи трубок и крана 6 измерительная бюретка соединяется с
поглотительными
сосудами,
атмосферой
и
забором
пробы.
Поглотительный сосуд для определения содержания кислорода заполнен
(немного выше середины) щелочным раствором пирогаллола. Раствор
пирогаллола получают, растворяя его в горячей воде и взбалтывая до
полного растворения в закрытой банке, после чего в него добавляют
раствор едкого калия. Чтобы реактивы, находящиеся в поглотительных
сосудах, не насыщались кислородом воздуха и не теряли своей
способности поглощать газ, на их дыхательные трубочки одеты резиновые
баллончики 5. Для увеличения поверхности массообмена передняя часть
сосудов заполнена стеклянными вкладышами. Каждый сосуд снабжен
краном 7.
Засасывание отбираемой пробы газа в измерительную бюретку и
44
перепуск ее в поглотительные сосуды и обратно производят при помощи
подкисленной (1 см3 серной кислоты) дистиллированной воды, наливаемой
в уравнительный сосуд 8.
Перед началом анализа уровень реактивов в поглотительных
сосудах подтягивают до верхних отметок, находящихся под кранами
сосудов. Для этого краном 6 соединяют измерительную бюретку с
атмосферой, после чего уравнительный сосуд 8 поднимают вверх так,
чтобы уровень воды в нем установился против верхней отметки 100 %
измерительной бюретки. При этом вода из уравнительного сосуда
заполнит измерительную бюретку и вытеснит находящийся в ней воздух в
атмосферу. Затем открывают кран 7 поглотительного сосуда 2, следя за
уровнем жидкости в нем. Уровень реактива начнет подниматься в
результате того, что уровень воды в измерительной бюретке будет
снижаться и воздавать над собой разрежение. Как только уровень реактива
в сосуде 2 поднимется до верхней отметки, кран 7 нужно быстро закрыть.
После этого измерительную бюретку снова заполнить водой до верхней
отметки, вытесняя воздух через кран 6 в атмосферу.
Затем кран 6 ставят в положение, соединяющее измерительную
бюретку с забором пробы. Опуская сосуд 8, засасывают пробу в
измерительную бюретку так, чтобы уровень воды в сосудах 1 и 8 был
против нулевой отметки. После этого кранами 6 и 7 соединяют
измерительную бюретку и поглотительный сосуд. Поднимая сосуд 8,
выжимают пробу газа из бюретки 1 в сосуд 2, доводя уровень воды в
бюретке 1 до отметки 100 %. Затем уравнительный сосуд быстро опускают
и проба газа начинает перетекать обратно, а уровень реактива в сосуде
подниматься. Как только он достигает верхней отметки, уравнительный
сосуд необходимо снова поднять до отметки 100 % и повторить такое
прокачивание 3 – 4 раза. При последнем прокачивании, когда уровень
реактива будет подведен к верхней отметке, быстро закрывают кран
поглотительного сосуда и подводят уравнительный сосуд к измерительной
бюретке, выравнивая уровни в них друг к другу. Так как имевшийся в
пробе кислород будет поглощен раствором пирогаллола, то объем пробы
станет меньше 100 % и уровень, воды в бюретке установится выше нуля на
делении, указывающем объем поглощенного кислорода.
Описание лабораторной установки.
Схема установки показана на рис.12. Газ из газопровода 1 поступает
в газовый счетчик 2. Давление и температуру газа у счетчика измеряют
соответственно манометром 3 и термометром 4. Краном 5 устанавливаем
различные давления перед соплом горелки. Эти давления измеряем
манометром 6. На плите показана кастрюля 7, на крышке которой
установлен термометр 8 для измерения температуры воды, и мешалка 9
(для перемешивания воды в кастрюле в вертикальном направлении). Отбор
45
пробы газо-воздушной смеси из горелки осуществляем через трубку.
Барометр-анероид и газоанализатор на рис.6 не показаны.
4
1
3
2
5
6
8
9
7
Рис. 12. Схема лабораторной установки испытания газовой плиты.
Порядок выполнения работы
1. Полностью открыть кран перед счетчиком, кран 5 и кран горелки
плиты.
2. Зажечь горелку. Краном 5 установить номинальное давление газа
перед горелкой.
3. Определить массу кастрюли с мешалкой. В кастрюлю налить
холодной воды и определить ее массу. Поставить кастрюлю на плиту с
горящей горелкой.
4. Опыт начинают, когда температура воды достигает 20 °С, в этот
момент включают секундомер и фиксируют показания газового счетчика.
5. При достижении температуры воды 90 °С опыт прекратить,
остановить секундомер и зафиксировать показания счетчика.
6. После опыта снова измерить массу посуды с водой.
46
7. Затем кран 5 открыть полностью. Последовательность опыта та
же, что и при номинальном давлении газа.
8. Краном 5 установить РГ= 640 Па. Последовательность опыта та
же.
9. Анализ газо-воздушной смеси производить один раз для каждого
опыта. Результаты измерений и вычислений свести в табл.8.
10. После обработки результатов построить зависимости:
VН = f1 ( РГ ) , η = f 2 ( РГ ) , us = f 3 ( РГ ) .
Таблица 8. Результаты лабораторных исследований испытания газовой
плиты
Измеряемая величина
Номер опыта
1
2
3
Масса кастрюли и мешалки, кг
Масса воды, кг
Показания счетчика и объем сожженного газа, м3
Давление газа в сети, Па
Давление газа перед горелкой, Па
Температура газа, °С
Атмосферное давление, Па
Продолжительность опыта, с
КПД горелки плиты, %
Содержание кислорода в газо-воздушной смеси,
%
Объемный коэффициент эжекции
Контрольные вопросы
1. Расскажите о назначении и устройстве (основных узлов) газовой
плиты.
2. Каковы основные требования, предъявляемые к бытовым
газовым плитам?
3. Расскажите об устройстве конфорочной горелки.
4. Расскажите об устройстве газовой горелки духового шкафа.
5. Как осуществляется доступ воздуха к духовому шкафу и
удаление продуктов сгорания из него ?
6. Каковы основные причины, вызывающие химическую неполноту
сгорания?
7. Что называется номинальной тепловой мощностью и давлением
газа для бытовой газовой плиты?
47
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерения бывает прямые и косвенные. Прямые измерения – это
сравнение измеряемой величины с эталоном. При косвенных измерениях
искомую величину определяют по функциональной зависимости,
используя прямые измерения величин, входящих в эту зависимость. При
измерениях имеют место следующие ошибки:
1. Систематические погрешности, величина которых постоянна,
вследствие неточности прибора (приборные ошибки).
2. Случайные погрешности. Случайные ошибки обусловлены
большим числом случайных причин, действие которых при каждом
измерении неодинаково и не может быть заранее учтено.
Снижение величины случайных ошибок достигается в результате
измерений.
За наиболее вероятное значение измеряемой величины принимают
ее среднее арифметическое значение
n
∑x
x1 + x2 + x3 + K + xn
= 1 ,
x=
n
n
(22)
где x - среднее арифметическое всех измерений;
xi - результаты измерений;
п - количество измерений.
Ошибки отдельных измерений определяют как разность между
среднеарифметическим и значением данного измерения:
Δxi = x − xi .
(23)
Величиной, отражающей изменчивость изучаемого параметра,
является среднеквадратичная погрешность результата серии измерений
n
ΔS x =
∑ (Δxi ) 2
1
n(n − 1)
.
(24)
Истинное значение искомой величины лежит в пределах x − Δx ,
x + Δx . Интервал, определяемый этими пределами, называют
доверительным интервалом. Заданная вероятность попадания измеряемой
48
величины в этот интервал определяет его ширину.
При
небольшом
количестве
опытов
для
определения
доверительного интервала используют коэффициент Стьюдента
tα =
Δx
,
ΔS x
(25)
который зависит от выбора уровня надежности Р и числа опытов.
Обычно для лабораторных работ при небольшом количестве
опытов принимают Р = 0,95. Для этого значения Р в табл. 9 приведены
значения коэффициента Стьюдента в зависимости от числа опытов
Таблица 9. Значения коэффициента Стьюдента в зависимости от числа
опытов
Число опытов, n
Коэффициента
Стьюдента, tα
2
12,7
3
4,3
4
3,2
5
2,8
6
2,6
7
2,4
8
2,4
9
2,3
10
2,3
Погрешность результатов измерений
Δx = tα S x .
(26)
Полученное значение погрешности результата измерений
сравнивают с величиной погрешности прибора. При этом могут быть два
варианта:
1. Погрешность результата измерений меньше значения
погрешности прибора. В этом случае погрешность прибора определяет и
погрешность окончательного результата измерений.
2. Случайная погрешность результата измерений сравнима с
погрешностью прибора, тогда границы доверительного интервала находят
по формуле
Δx = tα2 (n)ΔS x2 +
где δ - погрешность прибора;
Kα 2
δ ,
3
(27)
49
K α =t α (∞) .
Если погрешность измерений существенно больше ошибки
прибора, тогда следует увеличить число измерений. Окончательно
доверительный интервал значений измеряемой величины записывают в
следующем виде:
x = x ± Δx .
(28)
При сравнении измерений используют относительную погрешность
ε=
Δx
100% .
x
(29)
Чаще всего искомую величину определяют путем косвенных
измерений. Поэтому первоначально необходимо определить погрешность
результатов измерений ( Δx ) величин, входящих в функциональную
зависимость, а потом погрешность результата косвенных измерений из
выражения
⎛ ∂f ⎞
⎛ ∂f ⎞
⎛ ∂f ⎞
Δf = ⎜ ⎟Δa 2 + ⎜ ⎟Δb 2 + ⎜ ⎟Δc 2 + K ,
⎝ ∂a ⎠
⎝ ∂b ⎠
⎝ ∂c ⎠
где частные произведения
∂f
,
∂a
∂f
,
∂b
∂f
∂c
(30)
вычисляются при a = a1 ,
b = b1 c = c1 и т.д.
Окончательный
результат
записывают
в
виде
f (a, b, c) = f (a, b,c, K) ± Δf .
Затем определяют относительную погрешность результата
косвенных измерений
ε=
Δf
100% .
f
(31)
50
СОДЕРЖАНИЕ
Общие положения
Лабораторная работа № 1. Определение плотности газа
Лабораторная работа № 2. Определение состава газа методом
газовой хроматографии
Лабораторная работа № 3. Исследование работы газоструйного
эжектора
Лабораторная работа № 4. Испытание работы газовой горелки
инфракрасного излучения
Лабораторная работа № 5. Испытание и настройка оборудования
шкафного газорегуляторного пункта
Лабораторная работа № 6. Испытание газовой плиты
Приложение А. Обработка результатов измерений
3
3
8
13
19
31
40
47
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
35
Размер файла
455 Кб
Теги
практикум, теплогазоснабжение, вентиляции, 1708, газоснабжение, лаб, 270109, спец, студентов, сиб
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа