СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА В ТЕПЛОВОЙ СЕТИ Российский патент 1994 года по МПК G01F9/00 G01K17/06 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расхода тепла в тепловых сетях, содержащих центробежные электронасосы.

Известны способы измерения расхода тепла с помощью механических и электрических тепломеров, содержащих счетчики количества жидкости и термометры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети (см. Скрицкий Л.Г. Основы автоматики и автоматизации систем теплогазоснабжения и вентиляции. М. : 1968, с. 43-44 и Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие. Изд. 3-е, перераб. и доп. Под ред. Б.Д.Кашарского. Л.: Машиностроение, 1976, с. 61).

Однако данный способ измерения расхода тепла требует установки измерителей расхода, чувствительные элементы которых находятся в измеряемом потоке и непрерывно вращаются. Максимальный предел измерения расхода до 300 м³/ч, что не всегда удовлетворяет запросам производства. Надежность таких тепломеров недостаточна.

Известен также способ расчета расхода тепла по империческим формулам.

Недостатком этого способа является низкая точность из-за наличия исходных данных, получаемых приближенным путем.

Цель изобретения - повышение точности замера расхода тепла, приборный учет накопленного расхода тепла, ликвидация существующих громоздких и сложных устройств по измерению расхода тепла, уменьшение эксплуатационных расходов.

Цель достигается тем, что в тепловой сети, содержащей центробежный электронасос, измеряют одновременно активную мощность, потребляемую электродвигателем привода насоса, давление на выкиде и приеме насоса, температуру теплоносителя на подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, вычисляют мощность, действующую на валу насоса, и давление на выкиде, развиваемое собственно насосом, определяют расчетный коэффициент подачи путем деления давления на мощность и вычитания результата из постоянного числа, равного отношению давления к мощности при нулевой подаче, строят характеристику, отражающую зависимость расчетного коэффициента подачи, и по ней определяют производительность насоса и умножают ее на разность температур в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети.

На фиг. 1 представлена структурная схема участка тепловой сети; на фиг. 2 представлена характеристика центробежного насоса СЭ 800-100, где вместо напора в метрах принято давление, а также предлагаемая новая характеристика насоса; на фиг. 3 - характеристики центробежного насоса типа СЭ 1250-140 при различном значении диаметра рабочих колес, а также новая энергетическая характеристика; на фиг. 4 - характеристики другого типа насоса ЦНС-180 при различном диаметре рабочих колес и новая энергетическая характеристика; на фиг. 5 представлена структурная схема, поясняющая принцип измерения расхода тепла в тепловой сети.

Тепловая сеть (фиг. 1) состоит из источника 1 тепла, подающего трубопровода 2, потребителя 3 тепла, обратного трубопровода 4, в котором устанавливается центробежный насос 5 с электродвигателем 6. Для измерения количества тепла, потребляемого потребителем, измеряется разность температур на прямом и обратном трубопроводах манометрами 7, 8, разность давлений на выходе и приеме насоса манометрами 9, 10, а также активная мощность, потребляемая приводным электродвигателем насоса. По разности давлений и мощности рассчитывают расход теплоносителя и умножают его на разность температур устройством 11.

Тогда количество тепла, отпускаемое потребителем, будет равно
G = C Qdt , где G - количество тепла;
С - теплоемкость воды;
Q - расход теплоносителя на обратном трубопроводе;
Θ - разность температур в прямом и обратном трубопроводах тепловой сети;
t₁-t₂ - промежуток времени, в течение которого измерялся расход тепла.

Наиболее сложным является измерение расхода теплоносителя, особенно при больших диаметрах трубопроводов и больших расходах. По предлагаемому способу расход жидкости производится без установки специальных приборов в поток жидкости, а непосредственно путем анализа параметров самой насосной станции.

Насос 5 служит для подачи жидкости. Основными параметрами центробежных электронасосов являются: подачи и развиваемый напор Н в мм вод.ст. Напор равен максимальной высоте, на которую может подняться жидкость (вода). Напор и подача - величины взаимосвязанные: чем выше развиваемый данным насосом напор, тем ниже его производительность. Поскольку все типовые характеристики насоса сняты на воде с плотностью 100 кг/м³, то вместо напора в метрах будем в дальнейшем пользоваться давлением в МПа, из расчета 1 МПа равен 100 м напора. Типичная зависимость развиваемого давления от подачи показана на фиг. 2.

Для измерения расхода данным способом предлагается ввести в число паспортных характеристик насоса новую характеристику М - Q (фиг. 2-4). Эта характеристика отражает изменение значения потребляемой мощности на создание единицы давления, которую обозначим через М, а соответствующую характеристику через М - Q, которая для данного значения равна
M = A - K , где N - мощность на валу насоса;
Р - разность давлений на приеме и выкиде насоса.

Значение характеристик М - Q для данного типа насоса независимо от величины подачи и остается неизменным. Следовательно, если знать характер изменения мощности на валу насоса при каком-то давлении, то можно судить и о производительности насоса.

Для измерения расхода тепла по предлагаемому способу (фиг. 5) необходимо провести следующие измерения и вычисления. Для этого на участке тепловой сети с электроцентробежным насосом измеряются: активная мощность, потребляемая электродвигателем привода насоса Р, кВт; ток в питающей сети электродвигателя привода насоса I, А; давление на выкиде насоса Р_в, МПа; давление на приеме насоса Р_п, МПа; температура в подающем трубопроводе сети Т_п, ^оС; температура в обратном трубопроводе тепловой сети Т_о, ^оС. На типовой характеристике насоса (фиг. 2) берется отношение значения подачи для определенного давления к мощности на валу насоса и строится соответствующая зависимость М - Q. Для удобства вычислений эта зависимость приводится к началу координат, как показано на фиг. 2 -4. Так, для характеристики, показанной на фиг. 2, точка М для определенного значения мощности и давления определяется выражением
M = 9,3 - 10³
Для характеристики, показанной на фиг. 3, это выражение равно
M = 9,64 - 2 10² а для характеристики, показанной на фиг. 4, M = 27 - 10³
Для вычисления мощности, действующей на валу насоса, измеренное значение активной мощности умножается на КПД электродвигателя η_э, которое находится из рабочей характеристики электродвигателя по известному рабочему току I.

При отсутствии ваттметра мощность на валу насоса может быть определена расчетным путем по формуле
N = 1,73U^.Icos ϕ η_э. Здесь η_э, соsϕ также находится из рабочей характеристики электродвигателя в зависимости от значения рабочего тока. Давление на выкиде насоса, которое непосредственно создается насосом, определяется в общем случае путем вычитания из действующего давления Р_в на выкиде насоса той части давления на приеме насоса, которая превышает номинальное паспортное давление на приеме насоса:
Р = Р_в - (Р_п - Р_н), где Р - результирующее давление;
Р_в - давление на выкиде насоса;
Р_п - давление на приеме насоса;
Р_н - номинальное давление на приеме насоса.

По полученным значениям мощности и давлению вычисляется энергетический коэффициент М
M = A - K , где А - постоянный коэффициент для данной характеристики;
К - масштабный коэффициент;
N - мощность на валу насоса, кВт;
Р - результирующее давление на выкиде насоса, МПа. Далее определяют разность температур на подающем и обратном трубопроводах тепловой сети
Θ = Т_п - Т_о
Обозначим теплоемкость перекачиваемой жидкости через С, тогда расход тепла будет равен
G = C Θ Q. Расход тепла за промежуток времени от t₁ до t₂ равен
G = C Qdt Рассмотрим пример определения расхода тепла для сети с насосом СЭ-800-100, характеристика которого показана на фиг. 2.

Исходные данные: активная мощность, потребляемая электродвигателем привода насоса, Р = 240 кВт; рабочий ток электродвигателя I = 445 А; из характеристики находим, что КПД электродвигателя равен η_э = 0,82; давление на выкиде насоса Р_в = 1,6 МПа; давление на приеме насоса Р_п = 0,45 МПа; температура на подающем трубопроводе Т_п = 176^оС; температура на обратном трубопроводе Т_о = 78^оС; номинальное давление на приеме насоса Р_н = 0,1 МПа.

Расчет: находим мощность, действующую на валу насоса
N = Р η_э = 240 х 0,82 = 196 кВт; находим давление, которое создает насос на выходе
Р = Р_в - (Р_п - Р_н) = 1,6 - (0,45 - 0,1) =
=1,6 - 0,35 = 1,25 МПа; определяем энергетический коэффициент
M = 9,3 - 1000 = 2,93
По характеристике М - Q (фиг. 2) находим: точку А = 2,93; точку В = пересечение характеристики М; точку С = 815 м³/ч = 815^.с= = 1^.815 = 815 кг/ч.

Находим разность температур в подающем и обратном трубопроводах Θ= Т_п - Т_о = = 176 - 78 = 98^оС; принимаем теплоемкость воды равной единице С = 1, находим расход тепла за 1 ч
G = c^. Θ Q = 1^.98^.815 = 79870 ккал/ч или 79870^.4,19^.10³ = 33,465 кДж/ч.

Использование: приборостроение, для измерения расхода тепла в тепловых сетях, содержащих центробежные электронасосы. Сущность изобретения: для повышения точности и упрощения измерения расхода тепла измеряют одновременно активную мощность, потребляемую электродвигателем привода насоса, давление на нагнетании и всасе насоса, температуру теплоносителя на подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, вычисляют мощность, действующую на валу насоса, и давление на нагнетании, развиваемое собственно насосом, определяют расчетный коэффициент подачи путем давления на мощность и вычитания результата из постоянного числа, равного отношению давления к мощности при нулевой подаче, строят характеристику, отражающую зависимость расчетного коэффициента от подачи, и по ней определяют производительность насоса и умножают на разность температур в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети. 5 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТЕПЛА В ТЕПЛОВОЙ СЕТИ, заключающийся в измерении давления на нагнетании центробежного электронасоса, разности температур в прямом и обратных трубопроводах тепловой сети, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, одновременно измеряют активную мощность, потребляемую электронасосом, и давление на всасе центробежного насоса, при этом определяют расчетный коэффициент подачи центробежного насоса и строят градуировочную характеристику, по которой определяют производительность центробежного насоса с учетом разности температур в прямом и обратном трубопроводах тепловой сети.