Раздел 2. Испытания теплоэнергетического оборудования промышленных предприятий

1. Виды, цели и программы испытаний.

Наиболее характерны следующие виды испытаний (ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения):

Исследовательские испытания проводят для изучения определенных свойств установки машины.

Контрольные испытания проводят для контроля качества машины.

Сравнительные испытания для сравнения характеристик качества машин в идентичных условиях.

В свою очередь указанные виды испытаний могут быть определительными и оценочными.

При определительных испытаниях значения параметров установки или машины определяются с заданными значениями точности и доверительной вероятности.

При оценочных испытаниях не требуется определения значений параметров машины с заданными значениями точности и доверительной вероятности.

Контрольные испытания опытных образцов могут быть промежуточными (ведомственные, межведомственные и государственные испытания), периодическими и типовыми.

По длительности проведения испытаний они могут быть нормальными и ускоренными. При нормальных испытаниях методы и условия испытаний обеспечивают получение необходимого объема информации в такой же срок, как и в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации. При ускоренных испытаниях обеспечивают методы и условия для получения информации в более короткий срок.

По месту проведения испытания подразделяются на стендовые, полигонные и эксплуатационные.

По виду воздействия на испытуемую машину испытания на надежность и ресурсы могут быть механическими, акустическими, тепловыми, гидравлическими (пневматическими).

Целью испытаний является, как правило, исследование рабочего процесса и путей уменьшения энергетических потерь при эксплуатации оборудования, повышение коэффициента полезного действия, снижение нерациональных потерь топлива и электроэнергии. В обобщенном виде цели испытаний можно охарактеризовать как изыскание путей повышения экономичности и надежности оборудования для снижения эксплуатационных затрат. Конкретная цель формулируется в программе испытаний.

2. Программа испытаний.

В зависимости от целей и задач испытаний их проводят по типовым или специально разработанным программам.

Типовые программы используют, например, для определения типовой характеристики аппарата.

Специальные программы необходимы для испытаний головных, модернизированных и реконструированных образцов.

Программа испытаний должна содержать следующие разделы:

1. цель испытаний;

2. объект испытаний;

3. организация и порядок проведения испытаний;

4. объем испытаний;

5. режимы работы агрегата во время испытаний;

6. методы испытаний и обработки результатов измерений.

В разделе «Цель испытаний» должны быть сформулированы основные задачи испытания, к числу которых относятся:

- определение фактических параметров и характеристик, проверка соответствия их техническим условиям и расчетным данным;

- проверка работоспособности и износостойкости всех узлов и деталей, а также удобство обслуживания;

- проверка соответствия фактического значения среднего времени безотказной работы (наработка на отказ) или другого показателя надежности значения этого показателя, установленного техническими условиями.

В разделе «Объект испытаний» должно быть указано, какой образец машины подлежит испытанию (головной, индивидуальный), название организаций, выполнивших технический проект и рабочие чертежи завода-изготовителя.

Дается краткое описание установки, техническая характеристика, схема агрегата, описание новых (не проверенных) конструктивных решений, состав и особые свойства перекачиваемой среды. Если испытанию подлежит модернизированный агрегат, необходимо указать, в чем заключалась модернизация.

В разделе «Организация и порядок проведения испытаний» должно быть указано:

- место проведения испытания;

- кто проводит испытания (с указанием исполнителей отдельных видов испытаний);

- кто разрабатывает схему испытаний и чертежи необходимых приспособлений;

- кто изготавливает и монтирует необходимые приспособления;

- кто обеспечивает испытателей необходимыми приборами и проверяет их;

- перечисляют мероприятия, необходимые для подготовки к испытаниям.

В разделе «Объем испытаний» должны быть перечислены все параметры, которые требуется определить, а также комплекс измеряемых и подлежащих вычислению величин.

В этом же разделе можно указать, по каким показателям следует судить о положительных итогах параметрических испытаний (допускаемое отклонение от требуемых производительности, мощности, межступенчатых давлений, удельных показателей, к.п.д. и др.).

Для испытаний на надежность указывают при каких условиях агрегат отвечает требованиям надежности.

В разделе «Режимы работы» должны быть указаны условия проведения испытаний по составу среды и продолжительности испытаний на каждом режиме. Дают краткие указания по выводу установки на заданный режим и указывают допускаемые отклонения основных параметров агрегатов от расчетных.

В разделе «Методы испытаний» должны быть приведены ссылки на ГОСТы, ОСТы, нормы. Если нельзя ограничиться ссылкой на нормативно-техническую документацию (НТД) или если требуемые измерения НТД не предусмотрены, то нужно описать метод измерения и метод обработки результатов. Указать, какими методами и приборами следует пользоваться для измерений, класс точности приборов и места их установки, способы проверки приборов в случае необходимости.

3. Подготовка к испытаниям.

I этап:

Составление общей программы испытаний, детальное ознакомление с установкой, подлежащей испытанию; выдача заказа на подготовленные работы, подбор и паспортизация основных измерительных приборов.

При ознакомлении с установкой наряду с составлением общей схемы испытаний выполняют схему присоединения измерительных приборов.

На основании разработанной схемы, выдается заказ, например, на изготовление расходомерных диафрагм и подготовку мест для их установки, изготовление термометрических гильз, переходов соединительных трубок, заглушек и т.п.

Поверка приборов должна производиться в достаточном числе точек, той области показаний прибора, которая соответствует условиям испытаний.

Все приборы, направляемые на испытания, следует занести в особую ведомость, а в перечне пунктов наблюдений отметить для каждого пункта номер устанавливаемого прибора.

II Этап.

Уточняют программу испытаний, собирают информационное и конструктивное совещание, обучают наблюдателей.

Машина должна быть исправной.

После испытаний повторная поверка (градуировка приборов).

4. Организация испытаний.

Если испытания проводятся на договорных началах, то согласно договору «заказчик» обязан выдать техническую документацию на установку; выполнить подготовительные работы и предоставить установку для испытаний в установленные сроки; нести полную ответственность за работоспособность установки в период испытаний; выделить ответственное лицо для участия в проведении испытаний и ведения режимов. Перед началом работ, должен быть выделен ответственный руководитель испытаний, под руководством которого должны проводится все работы (обязанности и права руководителя). Каждый наблюдатель должен быть информирован о задачах и порядке проведения испытаний, ознакомиться с испытуемым агрегатом и его работой, а также с принципами работы, устройством и правилами пользования приборами.

Журналы наблюдений являются официальными документами, поэтому записи должны вестись тщательно и четко. На первом листе журнала должны быть указаны: наименование установки, дата опыта и фамилия наблюдателя, в соответствующих графах номера приборов (отметки о замене и новый номер).

Отсчеты должны вестись в пунктах наблюдения в одной и той же последовательности, установленной руководителем испытаний. Наблюдения по сверенным часам, по сигналам. Время фиксируется в протоколе испытаний. Глаз на уровне шкалы в месте отсчета. Точность отсчета должна быть 0,1-0,5 наименьшего деления шкалы. О повреждениях приборов докладывать руководству. Наблюдатель должен подписать каждый лист журнала наблюдений и по окончании опыта сдать их руководителю.

5. Оформление результатов измерений.

Результаты измерений обрабатывают в следующем порядке:

- размечают границы опытов;

- определяют средние действительные значения измененных в процессе опыта величин;

- определяют результаты косвенных измерений;

- приводят опытные величины к условиям, для которых строится характеристика;

- строят графики характеристик установки;

- составляют отчет об испытаниях.

Руководитель тщательно проверяет журналы наблюдений и устраняет допущенные наблюдателем промахи (вина наблюдателя или неисправность прибора). В журналах наблюдений под среднеарифметическим значением показаний прибора в данном опыте выписывают все существенные поправки, алгебраическую сумму показаний и поправок, а также максимум и минимум показаний за опыт.

Если по протоколам градуировки до и после испытаний поправки различны, то принимают их среднеарифметическое значение для данного отсчета.

При обработке результатов наблюдений и при записи результатов измерений, числовые значения округляют.

II. ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Истинное значение измеряемой величины остается неизвестным из-за отсутствия идеальных средств измерения. На практике, вместо истинного значения приближенно принимают результат измерения.

Достоверность измерения количественно оценивают величиной погрешности.

Погрешность измерения вызывается несовершенством методов и средств измерения непостоянством условий наблюдения и субъективными ошибками наблюдателя.

Погрешности разделяют на систематические, случайные и промахи (грубые).

Систематическими называют погрешности остающимися постоянными или изменяющиеся по определенному закону. Систематические погрешности можно изучить и в результате измерений можно ввести поправки. Наиболее часто приходится иметь дело с систематическими (инструментальными) погрешностями и вызываемыми внешними причинами. Инструментальные систематические погрешности могут возникать вследствие неправильной технологии или несовершенства изготовления устройства информации, в частности из-за неточностей изготовления шкалы, а также вследствие износа и старения устройства.

Возможны систематические погрешности из-за неправильной установки прибора, влияние окружающей температуры, атмосферного давления, влажности воздуха, внешних магнитных и электрических полей. Возможно также возникновение систематических погрешностей теоретического порядка в результате принятых допущений и упрощений в самом методе измерений. Постоянные систематические погрешности имеют определенный знак (плюс или минус). Знак систематических погрешностей, изменяющихся по определенному закону, также можно установить.

Случайными называют погрешности, принимающие при повторных измерениях различные, не связанные между собой положительные или отрицательные значения. Теория вероятностей называет случайным такое событие, которое при реализации данного комплекса условий может произойти или не произойти. Природа возникновения случайных погрешностей во многих случаях не ясна. Часто они возникают по ряду причин, суммарное воздействие которых, комбинируясь произвольно, создает заметные результирующие погрешности.

Промахами называют грубые ошибки, допущенные в процессе измерения, т.е. погрешности, существенно превышающие систематические и случайные погрешности. Причинами промахов являются чаще всего ошибки наблюдателя или неисправности устройств информации. При констатации промахов соответствующие измерения признаются недействительными.

Качество результатов измерений обычно удобно характеризовать не абсолютной величиной ошибки, а ее отношением к измеряемой величине , которое называют относительной ошибкой и обычно выражают в процентах %. Так как указание абсолютной ошибки измерений почти ничего не говорит о действительной точности, если не сопоставить величину ошибки и самой измеряемой величины. Поэтому относительная величина ошибки дает более правильное представление о точности измерений.

Если диапазон измеряемой величины велик, то следует изучить характер измерения ошибок при измерении величины.

Измерение целесообразно организовать так, чтобы их относительная ошибка оставалась по возможности постоянной.

Одной из основных забот в процессе измерений должен быть учет и исключение систематических ошибок, которые в ряде случаев могут быть так велики, что совершенно искажают результаты измерений. Систематические ошибки можно разделить на четыре группы:

1. Ошибки, природа которых известна и величина их может быть достаточно точно определена. Такие ошибки называют поправками. При определении длины к поправкам относятся, например, удлинение, обусловленное изменением температуры измеряемого тела и измерительной линейки.

2. Другой вид систематических ошибок – это ошибки известного происхождения, но неизвестной величины. К их числу, например, относится погрешность измерительных приборов, определяемая иногда классом точности прибора. Если на приборе указан класс точности 0,5, то это означает, что показания прибора правильны с точностью до 0,5 % от максимальной величины, измеряемой прибором.

3. Третий тип систематических ошибок – самый опасный, это ошибки о существовании которых не подозревают, хотя величина их может быть очень значительна. Они чаще всего проявляются при сложных измерениях, и иногда оказывается, что какая-нибудь величина, определенная, как полагают, с точностью, например, 2-3 %, в действительности оказывается в 2 раза больше измеренного значения.

Один из наиболее надежных способов убедиться в отсутствии таких погрешностях – измерить интересующую нас величину другим методом и в других условиях. Однако абсолютной гарантии это не дает.

4. Ошибки, обусловленные свойствами измеряемого объекта. Если взять среднее арифметическое из ряда измерений, то случайная ошибка будет меньше, чем единичного. Поэтому для уменьшения случайной ошибки необходим ряд измерений, причем, тем больший, чем меньшую случайную ошибку мы хотим получить. Однако, очевидно, что нет смысла в большем числе измерений, чем это необходимо, чтобы систематическая ошибка превышала случайную. Отсюда вытекают правила:

1. Если систематическая ошибка является определяющей, т.е. она существенно больше случайной ошибки, присущей данному методу, то достаточно одного измерения.

2. Если случайная ошибка является определяющей, то необходимо несколько измерений. Число измерений целесообразно выбирать таким, чтобы случайная ошибка среднего арифметического была меньше систематической ошибки, с тем, чтобы последняя опять определяла конечную ошибку результата.

1. Определение погрешностей результатов.

Общую погрешность результатов испытания составляют:

а) погрешности в соблюдении условий испытания – неучтенные утечки и отклонения в тепловой схеме, колебания параметров пара и воды, тепловая инерция установки;

б) погрешности измерений;

в) погрешности методов подсчета величин при косвенных измерениях и приведения опытных величин к условиям характеристики;

г) погрешности графического построения характеристики;

Точность результата измерений характеризуется его среднеквадратичной погрешностью - .

В отношении погрешностей различают две категории величин:

1) величины, получаемые в результате большого числа измерений одного и того же истинного их значения;

2) величины, получаемые путем однократного измерения.

К первой категории относятся величины, принимаемые по таблицам, например, - коэффициент расхода диафрагмы, удельный объем пара, воды, полученные путем обработки данных многочисленных измерений. Для них известна среднеквадратичная и предельная погрешности.

Для величины второй категории известна лишь максимальная (допустимая) погрешность однократного измерения, соответствующая классу точности прибора, с учетом погрешности отсчета.

2. Оценка и учет погрешностей при точных измерениях

В зависимости от назначения и требований, предъявляемых к точности измерений, измерения делятся на точные (лабораторные) и технические.

Измерения точные, как правило, выполняются многократно повторяемыми и с помощью средств измерения повышенной точности. Путем повторения измерений влияние на их итог случайных погрешностей можно ослабить, а следовательно повысить точность измерения. Однако, несмотря на это, вследствие неизбежного наличия во всяком измерении случайных погрешностей истинное значение измеряемой величины остается неизвестным и вместо него мы принимаем некоторое среднеарифметическое значение, относительно которого при большом числе измерений, как показывает теория вероятности и математическая статистика, у нас есть обоснованная уверенность считать, что оно является лучшим приближением к истинному значению. Теория случайных погрешностей основывается на двух аксиомах, базирующихся на опытных данных.

Аксиома случайности. При очень большом числе измерений случайные погрешности, равные по величине, но разные по знаку, встречаются одинаково часто, т.е. число отрицательных погрешностей равно числу положительных.

Аксиома распределения. Малые погрешности случаются чаще, чем большие. Очень большие погрешности не встречаются. Пусть неизвестное истинное значение некоторой неизменной величины есть . При измерении этой величины получено независимых друг от друга результатов наблюдений . Измерения выполнены одним и тем же прибором и с одинаковой тщательностью, то есть с одинаково точными и свободными от систематической погрешности. Предположим, что каждому измерению сопутствует случайная погрешность - различная по значению и по знаку. Следовательно, для каждого результата наблюдений можно записать выражение вида и затем получить совокупность уравнений для ряда измерений:

……………..

Предположим, что распределение случайных погрешностей – равностороннее по отношению к среднему значению измерений , (т.е. аксиома случайна):

,

и поэтому .

После того, как найдено среднее значение для ряда наблюдений необходимо найти случайные отклонения каждого результата наблюдения от среднего значения :

В соответствии с аксиомой случайности:

.

Как уже было отмечено, отклонения в измерениях или погрешности, являются случайными, то есть значение (размер) для каждого отдельного измерения предвидеть. Поэтому представляется естественным применять к ним законы теории вероятностей и математической статистики.

Закон нормального распределения случайных погрешностей следующим уравнением:

,

где - плотность распределения вероятностей;

- среднее квадратическое отклонение результата наблюдения при большом числе измерений ();

- основание натуральных логарифмов.

Если через обозначить частоту появления погрешности при общем их числе , то отношение есть относительная частота появления значения .

При неограниченно большом числе наблюдений это отношение равнозначно понятию вероятности, то есть может рассматриваться как вероятность появление погрешности в при повторении измерений неизменных условиях.

Вероятность того, что погрешности не превосходят численно некоторого значения , то есть лежат в пределах до , может быть найдена путем интегрирования уравнения

.

Произведя замену переменной , получаем:

.

Для функции

,

которую принято называть нормальной функцией распределения. Составлены таблицы для различных значений .

Найдем точки перегиба кривой Гаусса и соответствующие им значения и . Для этого приравняем вторую производную уравнения нулю и найдем, что перегиб кривой происходит в двух точках, симметрично расположенных по обе стороны от оси ординат при значениях . Полученные точки перегиба разделяют область часто встречающихся случайных погрешностей от области погрешностей, редко встречающихся. Для неограниченно большого ряда измерений 68,3 % всех случайных погрешностей ряда лежит ниже данного значения и 31,7 % выше.

Конечная цель анализа выполненных измерений состоят в определении погрешности результата наблюдения ряда значений измеряемой величины и погрешности их среднего арифметического значения, принимаемого как окончательный результат измерения, относительной частоты погрешностей и вероятности.

3. Оценка точности результата наблюдения.

Для оценки точности результата наблюдения служит среднеквадратическое отклонение результата наблюдения (квадрат этой величины, т.е. называется рассеянием или дисперсией результата наблюдения - ). В реальных условиях мы имеем дело с конечными рядами наблюдаемых значений измеряемой величины, так что, определяя , при ограниченном числе наблюдений, можем найти только приближенное значение или оценку этого отклонения по формуле:

,

где - число наблюдений;

- значение величины, полученное при -м наблюдении;

- среднее арифметическое значение (результат измерений).

Для получения полного представления о точности и надежности оценки случайного отклонения результата наблюдения должны быть указаны доверительные границы, доверительный интервал и доверительная вероятность. При известном доверительные границы указываются следующим образом: нижняя граница - или , верхняя граница + или (сокращенно или ) за пределы которых с вероятностью (или 68,3 %) не выйдут значения случайных отклонений или результаты отдельных наблюдений ряда измерений. Доверительный интервал выражается в виде:

.

В зависимости от целей измерения могут задаваться и другие доверительные границы или и .

Значения для наиболее употребительных доверительных вероятностей при приведены в таблице. В инженерной практике предпочтение отдается вероятности 0,95 и 0,997.

Значения для наиболее употребительных вероятностей при

	0,683	0,90	0,95	0,98	0,99	0,9973
		1,645	1,96	2,33	2,58	3,00

4. Оценка точности результата измерения.

Для оценки достоверности результата измерения, принимаемого равным среднему значению , применяют показатель точности, аналогичный показателю результата наблюдения. При этом согласно теории погрешностей оценка среднего квадратического отклонения результата измерения в раз меньше оценки среднего квадратического отклонения результата наблюдения. При числе измерений оценка среднего квадратического отклонения результата измерения

.

Доверительные границы погрешности результата измерения:

верхняя или ;

нижняя или ,

или ;

.

Доверительный интервал:

.

5. Оценка точности результата измерения

при малом числе наблюдений.

На практике, как правило, число измерений конечно и в большинстве случаев не превышает 15-20 отдельных наблюдений, а при ответственных измерениях - нескольких десятков. При малом числе наблюдений () и условии, что распределение погрешностей отдельных измерений следует нормальному, пользуются для определения таблицей, основанной на распределении Стьюдента.

Измерения при малом числе наблюдений чаще дают преуменьшенное значение средней квадратичной погрешности по сравнению с погрешностью для достаточно большого ряда тех же измерений. Распределение Стьюдента, упрощено говоря, учитывает это обстоятельство, и при одинаковой доверительной вероятности значение больше в распределении Стьюдента, чем в нормальном. Иными словами, вероятность появления, например, одинаково больших погрешностей в распределении Стьюдента, т.е. при малом числе измерений – больше.

При практическом применении распределения Стьюдента погрешность среднего арифметического значения (результата измерения) при малом числе наблюдений () и заданной доверительной вероятности определяется из значений или , вычисленных по формулам с помощью выражения

.

Значения для наиболее употребительных доверительных вероятностей и различных приводятся в таблице. При распределение Стьюдента сходится с нормальным.

Доверительные границы:

нижняя

верхняя

Доверительный интервал:

.

Если выражается в долях среднего арифметического значения измеряемой величины, по доверительные границы указываются следующим образом:

; .

6. Необходимое число наблюдений.

Среднее квадратическое отклонение (или дисперсия ) при ограниченном числе наблюдений может быть определено только приближенно. При этом оценка будет отличаться от среднего квадратического ряда тех же измерений тем больше, чем меньше произведено наблюдений.

В математической статистике доказывается, что оценка среднего квадратического отклонения (или ), найденная при малом числе наблюдений в предположении нормального распределения позволяет судить о среднем квадратическом отклонении (или ) неограниченно большого ряда тех же наблюдений и найти доверительный интервал для с заданной вероятностью :

.

Коэффициенты и для вероятности находят из условий:

,

.

Значения и определяются из выражения:

,

при , отвечающем вероятности , ,

,

при для , .

Для определения значений и , отвечающих соответственно вероятностям и и числу степеней свободы , пользуются таблицами распределения , которые обычно составляются только до , так как при степенях свободы более 30, распределение может быть выражено через нормальное.

Доверительный интервал для среднего квадратического отклонения находится по выражению:

.

Коэффициенты и для наиболее часто выбираемых вероятностей (0,90; 0,95; 0,98; 0,99), которые соответствуют вероятности (0,05; 0,025; 0,01; 0,005) и (0,95; 0,975; 0,99; 0,995) со степенями свободы даны в таблицах.

Следует отметить, что при малом числе измерений, границы доверительного интервала, заключающие внутри себя , не расположены равносторонне по отношению к вычисленному значению среднего квадратического отклонения. При достаточно большом числе измерений можно ожидать, что лежит в равносторонних границах.

При точных измерениях важно знать, сколько нужно сделать наблюдений измеряемой величины , чтобы в результате независимых равноточных измерений получить приближенное равенство с требуемой точностью и надежностью. Определение числа измерений для заданной точности среднего квадратического отклонения производится следующим образом. Задаются вероятностью того, что среднее квадратическое отклонение для большого числа наблюдений находится в некоторых границах, опирающихся на оценку среднего квадратического отклонения при малом числе наблюдений.

С уменьшением ширины доверительной границы значительно растет число наблюдений. Поэтому для достижения желательной точности измерений необходимо заботится не только о числе, но и точности измерений отдельных наблюдений, отражающейся на значении оценки среднего квадратического отклонения .

7. Наблюдения, не заслуживающие доверия.

Наблюдения, содержащие грубые погрешности, должны быть отброшены как не заслуживающие доверия. Поэтому необходимо уточнить, в каких же случаях сильно отклоняющиеся результаты измерения должны быть отброшены. На практике часто пользуются простым предложением отбрасывать результаты наблюдения, содержащие большие погрешности, то есть, превышающие или . Однако этот прием нельзя считать достаточно строгим, так как погрешности являются случайными и потому появление большой погрешности само по себе зависит от числа наблюдений. При малом числе наблюдений для определения, какие наблюдения из ряда подлежат отбрасыванию, применяют критерий В.И. Романовского, основанный на распределении Стьюдента. Пусть при измерении некоторой постоянной величины получено результатов наблюдений . При этом значений не вызывают сомнений в отношении соответствия их закономерному ряду, а одно наблюдение кажется сомнительным. Определим для ряда от до среднее арифметическое значение

и оценку среднего квадратического отклонения

.

Далее, исходя из степени достоверности, которая должна быть обеспечена, зададимся вероятностью того, что разность не превышает некоторое допускаемое значение , определяемое по формуле:

.

Значения для различных берут в таблицах. Если , наблюдение подлежит исключению из ряда, как не заслуживающее доверия.

8. Оценка точности косвенных измерений

В косвенных измерениях определение значений искомой величины производится на основании прямых измерений других величин, связанных с функциональной зависимостью

,

где - средние арифметические значения прямых измерений с одинаковым числом отдельных наблюдений .

При определении искомой величины полагаем, что результаты измерений величин свободны от систематических погрешностей. Погрешность результата косвенного измерения величины зависит от погрешности результатов прямых измерений независимых друг от друга величин .

Для оценки точности результата косвенного измерения величины применяют среднее квадратическое отклонение, вычисляемое по формуле

,

где - средние квадратические отклонения результатов измерения величин .

В зависимости от требований к измерениям может быть задана различная доверительная вероятность. Обозначая для выбранной доверительной вероятности через погрешности величин , связанные с или равенством

и подставляя в формулу получаем:

.

Погрешности и в формулах выражаются в тех же единицах, что и искомая величина .

Если непосредственно измеряемые величины являются по своей природе разнородными, то пользуются относительными погрешностями этих величин.

При использовании оценок средних квадратических отклонений значение погрешности результата косвенного измерения также будет приближенно.

Приведенные выше формулы для определения погрешности результата косвенного измерения могут быть использованы и в том случае, если находится по отдельным значениям прямых измерений, т.е.

.

В этом случае должно быть известно значение среднего квадратического отклонения.

III. РЕЖИМНАЯ НАЛАДКА ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩИХ УСТАНОВОК

1. Схемы установки средств измерения при испытании

Основной целью наладки теплоиспользующих установок является выбор оптимальных режимов работы, при которых обеспечивается высокое качество продукции, максимальная производительность установки и минимальный расход тепла и других видов энергии.

Режимно-наладочные испытания теплоиспользующих установок состоят из серии балансовых и упрощенных опытов. В результате режимной наладки удается выявить соответствие эксплуатационных показателей установки проектным, проанализировать экономические показатели и разработать рациональные энерготехнологические режимы. Перед наладкой должна быть составлена программа испытаний и разработана схема установки средств измерения.

При балансовых испытаниях теплоиспользующих установок составляют тепловой и материальный балансы, а при упрощенных ограничиваются определением удельного расхода тепла на единицу выпускаемой продукции.

При испытании теплоиспользующих установок производятся измерения количества и качества материала (продукта) в начальной и конечной стадиях процесса, количества и параметров теплоносителя, температуры поверхности элементов оборудования и других параметров, характеризующих технологический процесс в промежуточных стадиях.

На рис. 5.1 показана схема измерений при балансовых испытаниях рекуперативного теплообменного аппарата поверхностного типа непрерывного действия при протекании процессов без изменения и с изменением агрегатного состояния одного из теплоносителей.

На рис. 5.2 показана схема измерений при испытании конвективной сушилки с однократным использованием сушильного агента.

Рис.5.1. Схема измерений при балансовых испытаниях рекуперативного

теплообменного аппарата:

а) – без изменения агрегатного состояния теплоносителя;

б) – при изменении агрегатного состояния теплоносителя

Рис. 5.2. Схема расстановки средств измерения

при испытании конвективной сушилки (перечень средств измерения)

В – вентилятор; ВП – выносной подогреватель воздуха;

ДП – внутрикамерный (дополнительный) подогреватель; К – камера сушилки

2. Методика испытаний и обработки результатов измерений

Испытания теплоиспользующих установок производятся при номинальной производительности. Перед испытанием необходимо произвести тщательный осмотр установки и ликвидировать все выявленные дефекты. Особенно следует обращать внимание на исправность конденсатоотводчиков (пропуск пара, скопление конденсата, гидравлические удары и т.д.).

Аппараты непрерывного действия испытываются при установившемся тепловом режиме. Продолжительность испытания теплоиспользующих установок обычно составляет одну рабочую смену, но не менее одного технологического цикла. Отсчет показаний измерительных приборов производят через каждые 10 мин., за исключением показаний дифференциальных манометров, измеряющих расход пара или жидкости. Показания дифференциальных манометров снимаются через каждые две минуты. В течение опыта следует производить хронометраж всех операций: пуска, остановки, поступления в аппарат материала и выхода готовой продукции. При использовании насыщенного пара расход его следует определять по количеству конденсата, измеряемого мерной емкостью.

На рис. 5.3 показана мерная калориметрическая емкость, которая позволяет определить расход конденсата и его энтальпию. Мерная калориметрическая емкость устанавливается после конденсатоотводчика. В нее наливается определенное количество холодной воды с температурой . Затем в течение определенного времени , отсчитываемого по секундомеру, подается конденсат. Количество воды увеличивается до , температура смеси – до . По этим данным определяются расход конденсата (в кг/с) и его энтальпия (в кДж/кг):

,

,

где - тепловой эквивалент калориметрической емкости (в кДж/К), учитывающий затраты тепла, необходимого для нагревания прибора на 1 К, = ;

- масса сосуда и змеевика, кг;

- удельные теплоемкости материала сосуда и змеевика, кДж/(кг×К).

Из сравнения полученного значения энтальпии конденсата с табличным значением энтальпии жидкости при температуре насыщения можно судить о качестве работы конденсатоотводчика. Если , то в конденсате пролетный пар отсутствует; если , то вместе с конденсатом через конденсатоотводчик прорывается пролетный пар. При конденсатоотводчик заливается конденсатом, т.е. недостаточен по производительности или неисправен.

Рис. 5.3. Мерная калориметрическая емкость

1 – конденсатоотводчик; 2 – тройник; 3 – калориметрическая емкость

В результате испытания теплоиспользующих установок после усреднения измеренных величин составляет материальный и тепловой баланс аппарата, а также определяют средний коэффициент теплопередачи.

Для рекуперативных теплообменных аппаратов при теплообмене без изменения агрегатного состояния уравнение теплового баланса примет вид

,

где - массовый расход греющей и нагреваемой жидкости, кг/с;

- температура греющей жидкости на входе в аппарат и на выходе из аппарата, ^оС;

- удельные теплоемкости греющей и нагреваемой жидкости, кДж/(кг×К);

- температура нагреваемой жидкости на входе в аппарат и на выходе из него, ^оС;

- коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду;

- в кВт.

Для рекуперативных аппаратов при теплообмене с конденсацией одного из теплоносителей

,

где - энтальпия греющего пара и его конденсата, кДж;

- расход пара, кгс.

Из уравнения теплового баланса по результатам испытания можно определить и по нему судить о качестве изоляции. Из уравнения теплопередачи можно определить действительный коэффициент теплопередачи и с сравнить его с расчетным.

IV. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

КОНВЕКТИВНОЙ СУШИЛКИ

С ОДНОКРАТНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУШИЛЬНОГО АГЕНТА

1. По показаниям психрометра, установленного на входе вентилятора и (показания сухого и мокрого термометров) параметры влажного воздуха - , , , , .

2. По показаниям психрометра, установленного на выходе из сушилки по и определяются параметры влажного воздуха, влагосодержание , энтальпия , парциальное давление и энтальпия пара в воздухе.

3. Количество испаренной влаги:

,

где - масса влажного материала на входе в сушилку, кг/ч;

и - начальная и конечная влажность материала, %.

4. Масса сухого материала, кг/ч:

.

5. К.п.д. выносного подогревателя воздуха:

,

где - расход воздуха, кг/ч;

- расход пара, кг/ч;

и - энтальпия воздуха на входе в подогреватель, и после него (в кДж на 1 кг сухого воздуха);

- расчетная энтальпия конденсата при давлении греющего пара, кДж/кг;

- энтальпия пара, кДж/кг.

Тепло (в кВт), отданное в выносном и внутрикамерном подогревателях воздуха:

,

,

где - расходы пара на выносной и внутрикамерный подогреватели, кг\с;

- энтальпии пара и конденсата в выносном и внутрикамерном подогревателе, кДж/кг;

- к.п.д. выносного подогревателя.

7. Расход тепла (в кДж на 1 кг испаренной влаги) в выносном внутрикамерном подогревателе:

,

.

8. Определяются и сравниваются расходы сухого воздуха (в килограммах на 1 кг влаги) по балансу тепла и балансу влаги:

,

,

где - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг×К);

- температура воздуха перед калорифером и после него, К;

- влагосодержание воздуха перед калорифером и воздуха, выходящего из сушилки (в килограммах на 1 кг сухого воздуха).

9. Расход тепла на испарение влаги (в кДж/кг):

,

где - энтальпия водяного пара в воздухе, уходящем из сушилки, кДж/кг;

- температура влаги, поступающей с материалом в сушилку, ^оС.

10. К.п.д. сушилки (в процентах):

.

11. Удельная теплоемкость влажного материала (в кДж/(кг×К):

,

где - удельная