Содержание к диссертации
Введение
1 Оптико-электронные системы измерения температур 11
1.1 Теоретические основы измерения температуры бесконтактным способом 11
2 Инфракрасные пирометры 27
2.1 Инфракрасный пирометр бит 27
2.1.1 Устройство, работа пирометра и его составных частей 28
2.1.2 Общая схема и оптическая часть пирометра 29
2.1.3 Электрическая схема пирометра 31
2.1.4 Конструкция 33
2.2 Инфракрасный пирометр бит-М 34
2.2.1 Устройство, работа пирометра и его составных частей 36
2.2.2 Общая схема и оптическая часть пирометра 37
2.2.3 Электрическая схема пирометра 39
2.2.4. Особенности градуирования пирометра БИТ-М по энергии излучения 42
2.2.5 Рекомендации по выбору режимов работы 44
2.3 Системы модуляции пирометров 44
3 Градуирование пирометров по энергии излучения 48
3.1 Создание эффективной модели АЧТ 48
3.1.1 Современное состояние проблемы 50
3.1.2 Эффективная излучательная способность цилиндрической полости . 52
3.1.3 Модель АЧТ 56
3.1.4 Рекомендации по выбору режима работы. Контроль и уход за прибором 60
3.1.5 Расчет погрешности градуирования 60
3.2 Оценка погрешности измерений 62
4 Применение ИК-пирометров в экспериментальных исследованиях 68
4.1 Метод обследований 68
4.2 Обследование оборудования котельных 72
4.2.1 Котельные агрегаты ПТВМ 74
4.2.2 Котельные агрегаты КВГМ 78
4.2.3 Котельные агрегаты ТВГ-8М 80
4.2.3 Внешние газоходы 82
4.2.4 Дымовые трубы 84
4.2.5 Котельная в микрорайоне г. Казани Азино 89
4.2.6 Котельная в микрорайоне г. Казани Савиново 96
4.2.7 Проведение исследований котельных Азино и Савиново 98
4.2.8 Результаты проведения исследований котельной в Азино 99
4.2.9 Результаты проведения исследований котельной в Савиново 100
4.2.10 Выявление зон с ухудшенной тепловой изоляцией на теплогенераторе ТВГ-8М по их излучению 101
5. Теплотехнические испытания стеновых панелей 106
5.1 Теплотехнические испытания трехслойной стеновой панели на дискретных связях в лабораторных условиях 106
5.1.1 Цель и задачи исследований 106
5.1.2 Конструкция панелей 106
5.1.3 Метод проверки теплотехнических качеств наружной стеновой панели 107
5.1.4 Проверка теплотехнических качеств наружной стеновой панели 112
5.1.5 Результаты проверки теплотехнических качеств наружных стеновых панелей 124
5.2 Оценка теплотехнических качеств наружных стеновых панелей в натурных условиях 125
Заключение 129
Список литературы 131
Приложения 141
- Теоретические основы измерения температуры бесконтактным способом
- Инфракрасный пирометр бит-М
- Эффективная излучательная способность цилиндрической полости
- Котельная в микрорайоне г. Казани Азино
Введение к работе
Резкий рост стоимости энергоресурсов с одной стороны, и недостаточность инвестиций в последние десятилетия в основные отрасли народного хозяйства - энергетику, строительную индустрию, жилищно-коммунальное хозяйство - с другой, привело к необходимости создания приборов и методов контроля состояния энергетического оборудования и ограждающих строительных конструкций.
Одним из наиболее объективных критериев состояния энергетического оборудования и ограждающих строительных конструкций является температура их поверхностей. Однако непосредственное (контактное) измерение температуры сопряжено с рядом трудностей: затруднительно измерить температуру электрического контакта без его отключения, измерение температурных полей на значительной площади требуют большого числа датчиков и т. д. Эти проблемы решаются при использовании приборов бесконтактного измерения температуры - например, тепловизоров или инфракрасных пирометров - причем «стоимость пирометра в 30-100 раз меньше стоимости тепловизора, а выполняет он 50-70% задач, решаемых с помощью тепловизора.» [1]. Инфракрасная техника в настоящее время является одним из бурно развивающихся разделов современной физики. Это связано с тем, что основная доля теплового излучения окружающих нас тел приходится на инфракрасный участок спектра.
Предлагаемые в данной работе приборы по принципу действия являются яркостными пирометрами с зеркальной оптической системой. Инфракрасные системы могут быть использованы для решения задач пассивного обнаружения дефектов и оптического измерения температур объектов:
- в электроэнергетике (периодический контроль теплового состояния линий электропередач, подстанций, трансформаторов, электродвигателей, генераторов - что позволяет предупреждать возможные аварии, вызываемые перегревом и обгоранием контактных соединений);
в теплоэнергетике (контроль теплоизоляции и герметичности трубопроводов - что обеспечивает нахождение мест утечки.);
в строительстве и ЖКХ (контроль качества теплоизоляции ограждающих конструкций, обнаружение дефектов уплотнений оконных проемов, стыков и т. д.; обнаружение трещин, мест инфильтрации воздуха, воды и т. д.);
при техническом обслуживании предприятий (контроль электрических цепей подстанций, трансформаторов, рубильников, паровых кранов, труб и т. д.; контроль износа теплоизоляции холодильников, футеровки теплогенераторов, печей; измерение уровня жидкостей в закрытых резервуарах и т д.);
для неразрушающего контроля качества материалов и изделий (определение скрытых дефектов по аномалиям теплового поля);
- в экологии (обнаружение сверхнормативных выбросов нагретой воды).
Отличительная особенность приборов - высокая пороговая чувствитель
ность, равная 0,1 К, что позволяет с большой надежностью производить обна
ружение мест с локальной аномалией температуры.
Автором в натурных условиях был проведен ряд измерений с помощью представленных приборов.
Определены сопротивления теплопередаче панелей жилых домов серий 90и125[2].
Также был обследован котел ТВГ-8[3,4]. Целью исследования являлось определение технического состояния котельного агрегата: выявление дефектов обмуровки и футеровки, режима работы подовых горелок по методикам, изложенным в [5,6].
Кроме того, были обследованы котельные в микрорайонах г. Казани (Азино и Савиново), оснащенные котельными агрегатами ПТВМ-180 и КВГМ-180. Наряду с котлоагрегатами, обследовались газоходы и дымовые трубы.
Актуальность темы.
Подтверждается следующими документами: Указ Президента Российской Федерации от 7 мая 1995 г. № 473 «Основные направления энергетической политики Российской Федерации на период до 2010 г.»; Закон Российской Феде-
рации «Об энергосбережении» № 28-ФЗ от 3 апреля 1996 г.; федеральная целевая программа «Энергосбережение России», принятая постановлением Правительства Российской Федерации от 24 января 1998 г. № 80. Об этом свидетельствует:
ужесточение требований к теплозащитным свойствам наружных ограждающих конструкций, нормируемых действующими строительным нормами и правилами [7,8];
введение энергетических паспортов на здания и сооружения, регламентирующих проведение энергетических обследований и включающих контроль наружных ограждающих конструкций по сопротивлению теплопередаче (теплопроводности)^] ;
введение стандартов, подготовленных Госстроем к 1999 году и направленных на применение в строительстве энергосберегающих конструкций и материалов.
Цель работы.
Повышение достоверности измерения температур бесконтактным методом на основе создания эффективных и в то же время относительно недорогих измерительных приборов.
Основная задача.
Разработка приборов и экспериментальных методов оперативного контроля путём измерения полей температур поверхностей наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений и энергетического оборудования.
Частные задачи:
1. Разработка оптической схемы, позволяющей проводить измерения
температуры на относительно небольших площадях с достаточно больших рас
стояний;
2. Разработка компактного ИК-пирометра, позволяющего проводить опе
ративный мониторинг;
Разработка ИК-пирометра, позволяющего определять цветовую температуру исследуемого объекта для повышения точности определения истинной температуры;
Повышение точности измерения температуры исследуемого объекта путем совершенствования электрической схемы пирометра и использования более совершенных систем модулирования измеряемого инфракрасного излучения;
Создание эффективной модели АЧТ для градуирования приборов-пирометров по энергии излучения и оценка погрешности измерений;
Разработка методов контроля качества обмуровки энергетических установок и теплотехнической эффективности строительных конструкций в лабораторных условиях и при натурных обследованиях.
Научная новизна работы.
Разработаны и созданы ИК-пирометры БИТ и БИТ-М, позволяющие со значительных расстояний измерять температуры относительно небольших участков, благодаря небольшому углу поля зрения;
Реализована оптическая схема, позволяющая визуализировать центр площадки, излучение которой фиксируется пирометром (БИТ-М). Использование в оптической схеме БИТ-М кассеты с набором ИК-фильтров позволяет оценивать цветовую температуру исследуемого объекта;
Предложена отличная от традиционных система модулирования измеряемого инфракрасного излучения, которая позволяет повысить точность измерений благодаря возможности изменения температуры модулятора и повышению точности её определения. Получен патент на полезную модель № 49619 [10];
Разработана принципиальная электрическая схема ИК-пирометра, позволяющая изменять постоянную времени накопления сигнала, что позволяет снизить уровень шума на высоких коэффициентах усиления при измерении потоков излучения от слабонагретых тел или тел с малой излучательной способностью (БИТ-М).
8 Практическая ценность работы.
Созданы приборы - инфракрасные пирометры, позволяющие бесконтактным способом измерять температуру. Создана высокоэффективная модель АЧТ для градуировки ИК-пирометров по энергии излучения. Реализованы оптическая и принципиальная электрическая схемы компактного ИК-пирометра (БИТ). Анализ поля температур исследуемых объектов позволяет обнаруживать скрытые дефекты конструкции. Минимальный размер дефекта, определяемого БИТ, составляет 40x40 мм, для БИТ-М - круг диаметром 70 мм.
Реализация результатов работы.
Были произведены обследования энергетического оборудования районных котельных в Азино и Савиново и котельной, обслуживающей учебно-лабораторные корпуса и общежития казанского государственного архитектурно-строительного университета (имеется акт внедрения МУП «ПО «Казэнер-го»), а также работы по оценке теплотехнической эффективности жилых домов.
Степень достоверности и обоснованности научных положений.
Достоверность и обоснованность полученных результатов основана на использовании современных методов научного исследования и подтверждается экспериментами, физической обоснованностью применяемых допущений, сопоставлением с известными, опубликованными в научной литературе исследованиями, выполненными другими авторами.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы обсуждались на седьмой Всесоюзной конференции по радиационному теплообмену «Теория и практика комплексной оптимизации радиационного теплообмена и горения при сжигании органических топлив в энергетике и промышленности. Проблемы экологии, надежности и энергосбережения», Ташкент, 21-23 октября 1991, научно-технической конференции «Минеральная часть топлива, шлакование, загрязнение и очистка котлов», Челябинск, 15-17 сентября 1992, 7-м научно-техническом семинаре «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика», Казань, 24-25 мая 1995, «Десятой меж-
9 дународной научно-технической конференции по компрессорной технике», Казань, 1995, научно-технической конференции по итогам научных исследований и внедрения их в производство, посвященной 50-летию Казанской государственной архитектурно-строительной академии «Строительство и архитектура», Казань, 1996, V Школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика РАН В. Е. Алемасова. КазНЦ РАН, Казань, Россия, 3-9 сентября 2006 и были опубликованы в ряде публикаций, в том числе в трёх статьях журнала «Проблемы энергетики».
Структура и содержание работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных литературных источников из 96 наименований и приложений. Она изложена на 149 страницах, содержит 36 рисунков и 7 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, приведены научная новизна, структура диссертации, основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрены теоретические основы измерения температуры бесконтактным способом, обоснован выбор участков инфракрасного спектра, а также проведён обзор современного состояния проблемы.
Во второй главе дано описание инфракрасных пирометров - бесконтактных измерителей температуры. Рассмотрены устройство, работа пирометров и их составных частей, приведены основные технические характеристики, оптические схемы, а также сравнение различных схем модулирования инфракрасного излучения.
Третья глава посвящена градуированию пирометров по энергии излучения. Для этого необходимо иметь модель АЧТ с высокой степенью соответствия. На основе анализа излучательных характеристик различных полостей предложена модель АЧТ.
Произведена оценка погрешности измерения температуры.
Четвертая глава разработке метода обследования обмуровки энергетических установок. Приведены результаты экспериментов - обследований оборудования котельных.
В пятой главе рассмотрено определение сопротивления теплопередаче трехслойных панелей в лабораторных условиях и оценка теплотехнической эффективности трехслойных стеновых панелей различных серий в натурных условиях.
В заключении изложены основные результаты работы.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Конструкции инфракрасных пирометров - «бесконтактных измерителей
температуры» (БИТ и БИТ-М):
компактная конструкция БИТ позволяет проводить оперативный мониторинг состояния обмуровки энергетического оборудования котельных и теплотехнической эффективности строительных конструкций;
оптическая схема БИТ-М, позволяет визуализировать центр площадки, излучение которой фиксируется пирометром;
использование в оптической схеме БИТ-М кассеты с набором ИК-фильтров позволяет оценивать цветовую температуру исследуемого объекта;
использование в оптических схемах ИК-пирометров новой системы модулирования измеряемого инфракрасного излучения позволяет повысить точность измерений.
Конструкция эффективной модели АЧТ, для градуирования инфракрасных пирометров по энергии излучения;
Метод контроля состояния обмуровки энергетического оборудования котельных, позволяющий с высокой степенью достоверности судить о скрытых дефектах, и результаты обследования оборудования котельных;
Метод контроля теплотехнической эффективности строительных конструкций в лабораторных условиях и при натурных обследованиях, а также результаты лабораторных измерений сопротивления теплопередаче и обследования ограждающей конструкции в натурных условиях.
Теоретические основы измерения температуры бесконтактным способом
Испускание лучистой энергии происходит в результате колебательных и вращательных движений молекул тела, а также при переходе электронов внешней орбиты атомов с одного энергетического уровня на другой. Любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, непрерывно излучает энергию. Интенсивность и спектр теплового излучения зависят от свойств тела и его температуры (см. например [21-24]).
Основная доля теплового излучения окружающих нас тел приходится на инфракрасный участок. Инфракрасное излучение не видимо для человеческого глаза, но может быть обнаружено различными приемниками теплового излучения и тем или иным способом преобразовано в видимое изображение. Успехи, достигнутые в последнее время в освоении инфракрасного диапазона электромагнитного спектра, привели к созданию тепловизоров - устройств, предназначенных для наблюдения объектов по их собственному инфракрасному излучению (см. например [5,24-32]).
Возможность тепловизоров дистанционно оценивать температурные поля в реальном масштабе времени и без каких-либо нарушений тепловой среды, неизбежных при использовании контактных датчиков температуры, вызвала широкое применение тепловизоров в широких областях промышленного производства.
Атмосфера представляет собой среду, состоящую из смеси газов и водяного пара со взвешенными в ней частицами различной величины и различного происхождения. Это могут быть частицы дыма, пыли органического и неорганического происхождения. Влиянию атмосферы на прохождение инфракрасного излучения посвящено большое количество работ [24,33-47].
Нижние слои атмосферы состоят из механической смеси азота (78%), кислорода (21%)) по объему и ряда других газов, на долю которых приходится около 1%), на оптические свойства атмосферы могут оказывать влияние углекислый газ, водяной пар и озон. Содержание углекислого газа С02 в приземном слое атмосферы неравномерно и колеблется от 0,3 до 0,005%, а озона около 10"5-И0"6%.
Концентрация водяного пара в атмосфере может быть от 10 до 4% (по объему) и зависит от географической широты, высоты над уровнем моря, времени года и местных метеорологических условий.
Кроме газов и водяного пара, в нижних слоях атмосферы постоянно имеются пыль, дым, минеральные и органические частицы, бактерии, капли воды и кристаллики льда. Примеси препятствуют прохождению инфракрасного излучения сквозь атмосферу. Условия прохождения лучистого потока в атмосфере оцениваются коэффициентом прозрачности атмосферы. Коэффициентом прозрачности т, или прозрачностью, данного слоя атмосферы называется отношение лучистого потока (потока излучения) Q, прошедшего через атмосферный слой определенной толщины, к начальной величине входящего потока Q0.
Ослабление лучистого потока при прохождении через слой атмосферы может происходить либо вследствие поглощения, либо вследствие рассеяния энергии излучения. В первом случае лучистая энергия, поглощаясь материальными частицами среды, превращается в другие виды энергии (в основном в тепловую энергию). При рассеянии излучение отклоняется частицами среды в разные стороны и назад, так что в первоначальном направлении проходит только часть лучевого потока.
Из формулы (1.5) видно, что с увеличением длины волны рассеяние излучения при прочих равных условиях будет уменьшаться. Этим объясняется луч 14 шее прохождение инфракрасного излучения в слабозамутнённой среде по сравнению с видимым.
В зависимости от соотношения между длиной волны лучистого потока и размерами частиц рассеивающей среды рассеяние может быть молекулярным (на весьма малых частицах), дифракционным (на частицах, соизмеримых с длиной волны) и геометрическим (на частицах больших размеров).
При прохождении инфракрасного излучения через атмосферу наблюдается избирательное поглощение излучения многоатомными молекулами газов и водяным паром. Избирательное, то есть возникающее только при определённых длинах волн, поглощение объясняется тем, что оно происходит на тех волнах, частота которых является резонансной для молекул атмосферных газов.
Сильнее всего инфракрасное излучение поглощается парами воды, а из атмосферных газов углекислым газом (ССЬ) озоном (Оз). В приземном слое атмосферы полосы поглощения воды перекрывают полосы поглощения других газов и соответствуют участкам спектра вблизи длин волн 0,92; 1,13; 1,4; 1,88; 2,7; 3,2; 6,3 мкм.
Углекислый газ характерен сильным поглощением при длинах волн 2,7; 4,3; 14,5 мкм. Последняя полоса поглощения шириной 13-г-17 мкм является наряду со спектром поглощения водяного пара при Я 17 мкм, одной из основных причин непрозрачности атмосферы для инфракрасного излучения с длиной волны более 14 мкм.
Наиболее сильная полоса поглощения озона проходит около 9,6 мкм. Так как процент содержания озона около 10 5-10"6 %, его поглощательной способностью можно пренебречь, за исключением послегрозового периода, когда в воздухе резко увеличивается содержание озона (Рис. 1.1).
Инфракрасный пирометр бит-М
Инфракрасный пирометр «БИТ-М» (Рис. 2.5) предназначен для измерения плотности потока монохроматического излучения и яркостной температуры нагретых объектов по величине их излучения в области 7,5-20 мкм как в стационарном режиме, так и в процессе сопровождения. Контроль координат местоположения измеряемой поверхности объекта осуществляется визуально лучом гелий-неонового лазера. Излучение лазера в виде красноватого пятнышка находится в центре поля излучения поверхности объекта, воспринимаемого пирометром на разных расстояниях в процессе выполнения измерений [3].
В состав инфракрасного пирометра входят: пирометр со встроенным лазером газовым ЛГН-105, блоки питания пирометра и лазера, вольтметр В7-35, штатив для крепления пирометра.
К особенностям пирометра относятся: - достаточно небольшие габариты и вес, что позволяет решать задачи пассивного обнаружения дефектов и оптического измерения температуры в промышленности; - надежный контроль местоположения поля излучения измеряемой поверхности лучом гелий-неонового лазера; - высокая стабильность (воспроизводимость) измерений, что обеспечивается контролем температуры модулятора (опорного встроенного излучателя); - возможность определения цветовой температуры, при использовании набора ИК-фильтров; - применение цифровой системы регистрации и управления пирометром. Общая схема и оптическая часть пирометра. Блок-схема пирометра представлена на рис. 2.6. Основные части системы: 1 - маска-модулятор (вращающийся модулятор предназначен для прерывания лучистого потока по определенному закону; неподвижная маска является опорным излучателем); 2 - оптическая часть (сферическое зеркало и два ломающих) - предназначена для фокусировки на приемник принимаемого от объекта излучения; 3 - гелий-неоновый лазер для визуализации исследуемой поверхности объекта, поле излучения которой измеряет пирометрический прибор. 4 - набор инфракрасных фильтров, позволяющий выделять из спектра излучения объекта определенный спектральный интервал [64]; 5 - приемник ИК-излучения - основная часть системы, превращающая падающее на него излучение в электрический сигнал, поступающий в блок обработки информации; 6 - устройство обработки выходного сигнала приемника, служащее для усиления сигнала и выделения необходимой информации; 7 - устройство для использования полученной информации - цифровой индикатор; 8 - блок питания. Результирующий электрический сигнал, снимаемый с приемника излучения, пропорционален разности сигналов, обусловленных величиной регистрируемых световых потоков от опорного излучателя и объекта. Для количественной оценки результатов измерений необходимо знать зависимость между результирующим электрическим сигналом и вызывающим его излучением, т.е. знать чувствительность прибора.
Оптическая схема инфракрасного пирометра показана на рис. 2.7. Излучение от исследуемого объекта 7 проходит через узел модуляции, состоящий из маски 10 и модулятора 11, по коллиматорной трубе 9 к сферическому собирающему зеркалу 6 с фокусным расстоянием 500 мм, далее отраженный поток направляется двумя плоскими преломляющими зеркалами 5. Температура маски модулятора измеряется термометром сопротивления с погрешностью 0,5 градуса. Вращение диска модулятора осуществляется электродвигателем 12. В качестве приемника излучения 8 применен пироэлектрический датчик МГ-30 с чувствительной площадкой 1x1 мм. Спектральная селекция регистрируемого излучения определяется оптическими свойствами ИК-фильтров 4. Спектральное пропускание ИК-фильтров [64] представлено в приложении.
Пирометр измеряет направленный в узком угле падающий поток теплового излучения. Для удобства работы с пирометром применен гелий-неоновый лазер 1. Излучение лазера 2 двумя плоскими преломляющими зеркалами 5 направляется по центру коллиматорной трубы внутри угла поля зрения пирометра. Излучение лазера в виде красноватого пятнышка определяет координаты местоположения измеряемой поверхности. Работать с макетом инфракрасного пирометра очень удобно: визуализируется центр местоположения исследуемой поверхности на любом расстоянии. Необходимо только оценить габаритные размеры (диаметр) поля излучения поверхности объекта, воспринимаемого пирометром. В таблице 2.1 приведены значения диаметров поля излучения, воспринимаемого пирометром на различных расстояниях от зрачка коллиматорной трубы.
Электрическая схема блока питания состоит из трех унифицированных линейных стабилизаторов напряжения, обеспечивающих питание приемно-усилительного устройства, двуполярным постоянным напряжением 15 В и дви 40 гателя модуляции напряжением 27 В. Питание линейных стабилизаторов напряжения осуществляется от трансформатора ТС-100 и выпрямителей. Блок питания подключается к сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В.
Приемно-усилительное устройство содержит усилитель аттенюатор, собранный на операционном усилителе, фазочувствительный выпрямитель и активный фильтр низкой частоты. На операционном усилителе собран формирователь опорного напряжения, управляющий работой фазочувствительного выпрямителя. Коэффициент усиления усилителя аттенюатора задается положением галетного переключателя и принимает значения 10:1, 10:2, 10:5, 1:1, 1:2,1:5, 1:10, 1:20 ± 5%. Частота среза фильтра нижней частоты составляет 20 Гц ± 20%. Регулировка фазы опорного сигнала относительно фазы измеряемого сигнала производится подвижкой оптронной пары (фотодиод-светодиод) в узле модуляции светового потока. Подбор фазы производится по максимуму сигнала на выходе фильтра низкой частоты положительной или отрицательной полярности. Формирователь опорного канала собран по схеме триггера Шмидта и обеспечивает получение необходимого по длительности фронтов и амплитуде управляющего напряжения. Фазочувствительный выпрямитель представляет собой усилитель с управляемым от опорного напряжения коэффициентом передачи. При подаче на него положительного напряжения К = +1, при подаче отрицательного напряжения К = -1. В качестве регистрирующего прибора применен цифровой вольтметр В7-35. Питание вольтметра осуществляется напряжением 220 В, 50 Гц.
Эффективная излучательная способность цилиндрической полости
Наибольший интерес представляют распределение ef(r ) на концевой стенке полости, так как при использовании полости в качестве эталона черного излучения оптические приборы будут наблюдать именно эту поверхность.
Как правило, приближенные методы дают завышенные результаты, но для полостей большой длины это сказывается только при малых є.
Рассмотрение точных и приближенных значений ef (х ) для цилиндрической стенки полости показывает, что наибольшая погрешность имеется при (х — / ) . Причем она возрастает при уменьшении / и S. При малых х приближенные значения занижены, а при больших - завышены. Наряду с законами распределения эффективной излучательной способности по поверхности полости необходимо определить свойства полости в целом как излучателя.
Формула (3.4) позволяет сравнивать излучение абсолютно черного тела с площади, равной площади выходного отверстия цилиндрической полости, с излучением полости, т.е. описывает эффективную полусферическую излучатель-ную способность.
Решением соответствующих уравнений получены конкретные значения для г (Таблица 3.1). Рассмотрение таблицы 3.1 показывает, что хотя эффект полости возрастает с увеличением длины полости, по существу он наблюдается и в полостях малой длины.
Увеличение Єег с ростом Є непропорционально. Излучение полости всегда выше, чем у плоской поверхности при той же температуре, особенно это заметно при малых Є. АЧТ Модель представляет из себя керамическую трубу 4, внутренний диаметр которой 50 мм, с намотанной на ней плоской нихромовой спиралью. Спираль намотана неравномерно, более плотно к краям трубы, для более равномерного прогрева полости. Наружная сторона спирали нагрева 5 покрыта тонким слоем жидкого стекла, а затем слоем плотно намотанного асбестового шнура 3. Поверхность асбестового шнура в свою очередь покрыта слоем жидкого стекла 6. Жидкое стекло предохраняет спираль нагрева от окисления, что дает возможность работать при высоких температурах спирали. Величина нагрева регулируется изменением напряжения питания. Температура модели АЧТ измеряется термопарой 9. При высоких температурах модели возможно охлаждение корпуса 2 водой 1. Для достижения равномерного прогрева дна полости и близлежащих к нему стенок, в трубу вставлен стакан 8 из дуралюминия марки Діб. Стенки стакана из этих соображений сделаны достаточно тонкими (1 мм), а дно толстым (56 мм). Полная длина стакана 143 мм, таким образом, величина lid самого стакана составляет примерно 1,8. При использовании в качества черного покрытия ламповой копоти с Є = О,94, еГ собственно стакана составляет примерно 0,992 [23], рис. 3.2.
Температуры в полости модели АЧТ Измерение изотермичности полости модели абсолютно чёрного тела выполнено при температурах 197, 250, 297 и 350 С. Как видно из рисунка, с повышением температуры уменьшается изотермичность излучающей полости модели. Уменьшение изотермичности полости по длине связано с тепловыми потерями через теплоизоляцию и за счёт излучения энергии, а также с возрастающей погрешностью измерения температуры ХА термопарой, вызванной те-плоотводом по проводам термопары.
Другая модель излучателя - черного тела представляет собой плоскую поверхность, изготовленную из закаленного алюминия. По рабочей поверхности АЧТ нарезаны кольцевые канавки глубиной 5 мм с углом раскрытия 45 градусов. Вся излучающая поверхность покрыта тонким слоем ламповой сажи с излучательной способностью, равной 0,96 [23], эффективная излучательная способность модели - 0,985. Диаметр поля излучения АЧТ составляет 150 мм. Нагрев рабочей поверхности осуществляется нихромовым проводом. Нихромо-вый провод в тонкой керамической изоляции установлен в спиральную канавку, нарезанную с обратной стороны излучающей поверхности. Для уменьшения тепловых потерь модель АЧТ по диаметру и со стороны нихромового провода покрыта слоем тепловой изоляции. В качестве изоляции использован асбестовый шнур. Нагрев нихромовой спирали осуществляется от лабораторного трансформатора. Температура излучающей поверхности АЧТ контролируется хромель-копелевой (ХК) термопарой с диаметром электродов 0,2 мм. Термопара устанавливается в глухое отверстие, высверленное с обратной стороны излучающей поверхности. Координаты отверстия направлены в выступающий кольцевой конус. Королек термопары располагается на расстоянии 0,3 мм от излучающей поверхности. Всего установлено три термопары по радиусу АЧТ -одна в центре, вторая на расстоянии 30 мм, третья - на 60 мм. ЭДС термопар измеряется потенциометром ПП-63 класса 0,05.
Котельная в микрорайоне г. Казани Азино
Котельная в Азино предназначена для теплоснабжения жилых застроек и небольших промышленных предприятий микрорайона Азино расположенного в Советском районе г. Казани. В котельной установлены два котлоагрегаты ПТВМ-180 для теплофикационной системы. Подогрев воды производится по температурному графику работы 150-70 С. В котельной также установлены два котлоагрегата ДЕ-25-14 ГМ.
В здании котельной размещены бытовые помещения, котельные агрегаты и вспомогательное оборудование. Бытовые помещения отделены от производственной части котельной железобетонной перегородкой.
Вспомогательное оборудование и котельные агрегаты установлены параллельно друг другу вдоль здания котельной. Размещение оборудования выполнено по следующей схеме: химводоподготовка, котельные агрегаты ПТВМ-180 № 1 и № 2 (отсчет взят в направлении от бытовых помещений), затем вдоль торцевой стены два котла ДЕ-25-14 ГМ. Вокруг котельных агрегатов располагается технологическое оборудование: дутьевые вентиляторы, шкафы автоматики и т. д.
В котельной не завершено строительство мазутного хозяйства, в частности не закончена полностью сборка котлоагрегатов ДЕ-25-І4 ГМ. Котлоагрега-ты ДЕ-25-І4 ГМ обмурованы, установлены горелки и экономайзеры, установлены также дутьевые вентиляторы и дымососы, выполнена сборка воздуховодов и газоходов.
Удаление продуктов сгорания из котлоагрегатов ПТВМ-180 и планируемое удаление продуктов сгорания из котлоагрегатов ДЕ-25-14 ГМ осуществляется железобетонной дымовой трубой высотой 150 м, рис.4.1.
Дымососы вынесены за наружные ограждающие конструкции здания. Па рис. 4.4 представлены внешние газоходы от котлоагрегатов ПТВМ-180 № 1 и № 2 к дымососам.
На рис. 43-4.6 приведены внешние газоходы подающие дымовые газы от дымососов в сборный внешний газоход и далее в дымовую трубу. Сборный внешний газоход построен из красного глиняного кирпича. На рис. 4.6 видны две металлические двери для доступа в сборный газоход.
На рис. 4.7 на дымовой трубе видны чугунный колпак, собираемый из секций, для защиты верхнего обреза трубы, система грозозащиты, светофорные площадки для светооградительных огней, ходовая лестница для обслуживания площадок, полосы красного цвета. На наружной поверхности трубы явно проступают серые полосы - это оставшиеся следы от стекавших потоков конденсата. Конденсат на наружную поверхность трубы поступил через вертикальные трещины и через трещины в горизонтальных швах наружного ствола.
Котельная в Савиново предназначена для теплоснабжения жилых застроек н небольших промышленных предприятий микрорайона Савиново, расположенного в Новосавиновском районе г. Казани.
В котельной установлены два котлоагрегата КВГМ-180 для теплофикационной системы. Подогрев воды производится по температурному графику работы 150-70 С. В котельной также установлены два котлоагрегата ДЕ-25-І4 ГМ.
Основным топливом котлоагрегатов КВГМ-180 и ДЕ-25-14 ГМ является природный газ, а резервным топливом - мазут.
Котлоагрегаты ДЕ-25-14 ГМ предназначены для обеспечения работы мазутного хозяйства. Однако, на момент обследования мазутное хозяйство недо-строено и котельные агрегаты не введены в работу.
Вспомогательное оборудование и котельные агрегаты установлены параллельно друг другу вдоль здания котельной. Размещение оборудования выполнено по схеме - котельные агрегаты КВГМ-180 № 1 и № 2, затем вдоль торцевой стены два котла ДЕ-25-14 ГМ. Вокруг котельных агрегатов располагается технологическое оборудование.
Дымососы и дутьевые вентиляторы вынесены в отдельное помещение-пристрой к главному корпусу. От каждого дымососа внешним газоходом дымовые газы подаются в основной сборный внешний газоход, построенный из красного глиняного кирпича рис. 4.9.
Удаление продуктов сгорания из котлоагрегатов КВГМ-180 производится дымовой трубой рис.4.8 и 4.9 4.2.7 Проведение исследований котельных Азино и Савиново
Обследование работающих котельных агрегатов ПТВМ-180 и КВГМ-180 проведено в реальных условиях. Наряду с котлоагрегатами обследовались газоходы и дымовые трубы.
Тепловизионное обследование выполнено бесконтактным измерителем температуры БИТ. БИТ измеряет действительную температуру наружной поверхности ограждающей конструкции.
Точка (цель) измерения БИТ - размеры поверхности, среднюю температуру которой измеряет прибор, равна площади квадрата со сторонами 40x40 мм. Расстояние при этом от БИТ до исследуемой поверхности составляет 1 м. Пороговая чувствительность БИТ равна 0,1 С.
Тепловое изображение всей площади исследуемой поверхности регистрируется последовательными измерениями БИТ по схеме - параллельными строками сканирования. Измерение поля температур наружной поверхности обмуровки котлоаг-регатов ПТВМ-180 по высоте и по периметру проведено с площадок обслуживания и с ходовых лестниц рис. 4.2 и 4.3. Разрешающая способность полученной термограммы составляет 40x40 мм при нормальном направлении БИТ на исследуемую поверхность.
