ТЕПЛОВОЇ ІЗОЛЯЦІЇ ТРУБОПРОВОДУ
ЗА ДОПОМОГОЮ тепломірів
Мета роботи. ознайомлення з методом теплового контролю ефективності ізоляції трубопроводів в промислових умовах, визначення теплових втрат з 1 м 2 зовнішньої поверхні і 1 погонного метра довжини ізольованого трубопроводу, а також коефіцієнта теплопровідності і критичного діаметра ізоляції за допомогою тепломіра.
Для перевірки ефективності теплової ізоляції трубопроводів в промислових умовах служить тепломір. В основу роботи тепломіра покладено метод додаткової стінки. Він полягає в тому, що на поверхню ізоляції, теплові втрати з якої необхідно визначити, щільно кріпиться додаткова стінка відомої товщини dс доп з відомим коефіцієнтом теплопровідності LС доп (рис. 4.1.).
Вимірявши температури tс2 і tс3 на поверхні додаткової стінки або їх різниця. можна визначити питомий тепловий потік, що проходить через неї, за формулою
Якщо термічний опір теплопровідності додаткової стінки мало в порівнянні з термічним опором теплопровідності основний стінки (теплової ізоляції), то при сталому тепловому стані цей же питомий тепловий потік qF пройде і через досліджувану стінку. Для зменшення термічного опору додаткової стінки, її виконують невеликої товщини і з матеріалу з великим коефіцієнтом теплопровідності. Це призводить до значного зменшення температурного перепаду в додатковій стінці і відповідно до проблеми точності його виміру.
Підвищити точність вимірювання перепаду температур в додатковій стінці дозволяє многоспайная диференціальна термопара. Вона являє собою велику кількість термопар, з'єднаних між собою в спеціальній послідовності. У цьому випадку навіть невеликого перепаду температур відповідає значна електрорушійна сила, яка досить точно вимірюється простим гальваметром.
Експериментальна лабораторна установка, представлена на рис. 4.2, складається з металевої труби 1 з нанесеною на неї тепловою ізоляцією 2. Торці цій ізольованій труби 6 також теплоізольовані.
Усередині труби розташований електронагрівач 5. Теплова потужність, що виділяється електричним нагрівачем, регулюється лабораторним трансформатором 12. Величина цієї потужності визначається за показаннями амперметра А і вольтметра V.
Рис.4.2. Схема експериментальної установки і вимірювань для визначення теплових втрат з поверхні ізольованого трубопроводу за допомогою тепломіра: 1 - труба;
2 - теплова ізоляція труби; 3 - охоронні пояса додаткової стінки;
4 - вимірювальний пояс (тепломір) додаткової стінки; 5 - електронагрівач;
6 - теплова ізоляція торців; 7 - перемикач термопар (тумблер);
8 - мілівольтметр; 9 - термопари; 10 - контрольна лампочка; 11 - вимикач;
12 - лабораторний трансформатор; 13 - многоспайная диференціальна термопара; 14 - потенціометр.
До зовнішньої поверхні шару ізоляції щільно прикріплений, у вигляді додаткової стінки, вимірювальний пояс 4 (тепломір). Він являє собою гумовий пояс товщиною 3 мм, шириною 60мм і довжиною кола 425мм. З метою усунення неврахованих втрат теплоти з торців вимірювального пояса, з обох сторін, впритул до цих торцях, встановлені охоронні пояса 3. Вони відрізняються від вимірювального пояса тільки меншою шириною.
Для вимірювання перепаду температури по товщині тепломіра в нього вмонтовано 100 термоелементів (термопар), з'єднаних між собою послідовно за схемою диференціальної термопари 13. При цьому парні спаи термоелементів розташовані на одній стороні тепломіра, а непарні - на іншій стороні. Термічний опір теплопровідності тепломіра можна вважати постійним. З урахуванням цього, відповідно до рівняння (4.1), величина визначається питомої теплового потоку qF має прямо пропорційну залежність від вимірюваного перепаду температури. Якщо тепломір виготовлений в заводських умовах, то шкала його вторинного приладу тарують безпосередньо в одиницях виміру qF. тобто в Вт / м 2. В даній лабораторній установці температурний перепад вимірюється потенціометром ПП-63 в мілівольтах. Для переходу до qF служить графік залежності qF = ƒ (# 916; tc доп), розташований на стенді.
Вимірювання температури на внутрішній і зовнішній поверхні шару теплової ізоляції служать термопари 9, підключені через перемикач 7 до милливольтметру 8.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Перевірити готовність установки до роботи: включення установки по контрольній лампочці, підключення тепломіра до потенціометра, роботу лабораторного трансформатора і перемикача термопар, показання приладів.
2. Приготувати протокол вимірювань. Форма протоколу наводиться нижче.
3. Встановити за допомогою трансформатора задану викладачем силу струму, що живить електронагрівач. Показання амперметра і вольтметра занести в протокол вимірювань.
4. Через 15 - 20 хвилин почати вимірювання різниці температур в тепломірів (вимірювальному поясі) за допомогою потенціометра ПП - 63, а також температури на внутрішній і зовнішній поверхнях теплової ізоляції за допомогою мілівольтметра. Для вимірювання температури навколишнього середовища використовувати відповідний скляний термометр. Вимірювання повторювати через кожні 5 хвилин.
5. Після досягнення стаціонарного температурного режиму, коли показання температур протягом останніх 3 - х вимірів залишаються незмінними, вимірювання і запису їх результатів закінчити.
Увага! Включення і вимикання струму, як і зміна його величини, виконується в присутності і під наглядом викладача.
Протокол вимірювань до лабораторної роботи 4
Опит№ ___________ Час початку __________ Час закінчення __________ Дата _______
ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ
Для обробки використовуються тільки такі результати вимірювань, які отримані при сталому тепловому стані експериментальної установки.
Експериментальна величина питомого теплового потоку qF. що проходить через тепломір, визначається з графіка qF = ƒ (# 916; t) за вимірюваним в лабораторній роботі температурному перепаду # 916; t в мілівольтах (див. Протокол вимірювань). Графік знаходиться на стенді. При сталому тепловому стані величина qF дорівнює тепловим втратам з 1м 2 поверхні теплової ізоляції.
У практиці часто використовується поняття лінійних теплових втрат. Перерахунок теплових втрат з 1м 2 поверхні ізоляції на 1 погонний метр довжини циліндричного шару цієї ізоляції виконується за формулою
де d2 - зовнішній діаметр теплової ізоляції (d2 = 135мм).
Розглянута в даній лабораторній роботі експериментальна установка, крім теплових втрат, дозволяє експериментально визначати величину коефіцієнта теплопровідності теплової ізоляції. Для цього використовується наступна формула
де d1 - внутрішній діаметр теплової ізоляції (d1 = мм); tc1 і tc2 - виміряна температура відповідно на внутрішній і зовнішній поверхні теплової ізоляції.
Для повної оцінки ефективності теплової ізоляції трубопроводу знань про величину теплових втрат qF і коефіцієнта теплопровідності # 955; з недостатньо. Щоб їх доповнити, перш за все, з використанням отриманих результатів вимірювань, необхідно знайти коефіцієнт тепловіддачі із зовнішньої поверхні ізоляції в навколишнє середовище. В даному випадку відоме рівняння Ньютона - Рихмана набирає вигляду
де # 945; 2 - коефіцієнт тепловіддачі із зовнішньої поверхні ізоляції в навколишнє середовище; tж - температура навколишнього середовища.
Після цього обчислюється критичний діаметр теплової ізоляції за формулою
Для остаточного висновку про ефективність дослідженої теплової ізоляції необхідно порівняти величину з внутрішнім діаметром ізоляції d1. Якщо менше або дорівнює d1. то накладена теплова ізоляція ефективна. В іншому випадку, тобто при більше d1. нанесена на трубопровід теплова ізоляція може збільшувати теплові втрати, а не зменшувати їх, як повинно бути. Отже, або повністю, або частково витрати на теплову ізоляцію можуть бути марними.
Основні результати вимірювань експерименту заносяться в таблицю по формою, що додається.
Основні вимірювання і результати експерименту