Способ определения паросодержания хладагента Советский патент 1992 года по МПК F25B49/00 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к измерениям различных параметров в процессах охлаждения.

Известен способ определения паросодержания, включающий процессы подогрева хладагента дополнительным источником тепла, измерения температуры с помощью датчика, расположенного непосредственно к источнику тепла или радиально на выходе. Способ основан на выявлении косвенной независимости температуры в месте расположения датчика от теплопереноса между стенкой трубы и паросодержанием хладагента при неизменной мощности источника тепла.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения паросодержания, включающий нагревание потока хладагента после испарения источником тепла участка трубопровода, вдоль которого на расстояниях от источника 2 см и 10-15 см измеряют температуры, распределение которых по длине подчиняется экспоненциальному закону, по отклонению которых относительно предельных, экспонент сухой пар - жидкость, судят косвенно о парЪсодержании производя всякий раз обратный пересчет по уравнению экспоненты.

Однако такой способ также требует тарировки всякий раз и введения по ее резульXJ

СП 00

со ч

СП

татам параметров в управление экспоненты, кроме того, на результаты измерения оказывает влияние измерения потока хладагента, которые неизбежны в процессе измерения, размещение датчиков температуры и их изоляция от температуры окружающей среды, а также загрязнение трубопровода, которое влияет на параметры управления экспоненты и температуры в точках измерения. Хотя способ измерения по двум точкам температуры точнее, косвенный механизм измерения, заложенный в нем, недостаточно точен, так как на экспоненциальный закон распределения температуры подлине влияют все вышеуказанные параметры. Также очень ограничен диапазон измерения пэросодержанмя в связи с исчезновением разности температур при паросодержании, меньше 0,8, для больших значений которого наблюдается срыв жидкостной пленки со стенки трубы и наступление теплообмена с газом, который ухудшает его и способствует повышению температуры. Наконец этот способ определяет косвенно паросодержание без связи с внешними воздействиями, которые фиксировали бы эталонную зависимость в заданном диапазоне измерений, т.е. при фиксированном значении мощности источника тепла и, следовательно, заявленная эталонная кривая, имеющая вид экспоненты и отражающая лишь температурные изменения без регулярной связи с определяющим параметром в диапазоне измерений (например, тепловым потоком) будучи полученной в точке, являющейся неоднозначной. И, значит, одному и тому же значению ларосодержания могут соответствовать разные эталонные кривые, что делает измерение ненадежным, поскольку всякие измерения диапазона должны иметь привязку по меньшей мере к одному из измеряемых параметров.

Серьезным недостатком способа является большой расход энергии на подогрев хладагента всего потока после испарения, достигающим нескольких десятков киловатт в зависимости от мощности процесса испарения холодильной машины.

Целью4 изобретения является снижение энергозатрат на подогрев хладагента и повышение точности при непрерывном определении паросодержания.

На чертеже изображено устройство для реализации способа измерения пзроеодержания в процессе испарения.

Устройство состоит из холодильной машины с компрессором 1, конденсатором 2, дресселем 3, испарителем 4, датчиком 5 температуры жидкого хладагента после

конденсации, датчиком 6 температуры перед испарителем, микропотока 8, отбираемого до испарителя, и микропотока 10 после испарителя, нагревателя 7, нагревателя 11,

датчика 15 температуры микропотока 8 после нагревания; датчика 12 температуры после нагревания микропотока 10; датчика 13 величин микропотока 10 и 14 микропотока 8, компьютера 16, регулирующего клапана 9

0 микропотока 8,

Способ измерения паросодержания в процессе испарения в холодильной машине осуществляют следующим образом.

Задают температуру конденсации tK

5 40°С и испарения tn 20°C, затем в процессе работы холодильной машины после конденсации в конденсаторе 2 и дросселировании в дросселе 3 потока хладоагента, измеряют температуру датчиком 5, равную

0 40°С. После измерения температуры датчиком 5, равной 30°С до и после испарения хладоагента в испарителе 4, отбирают равные микропотоки 8 и 10 хладагента величиной 0,002 кг/с, которые затем нагревают

5 соответственно в нагревателях 7 и 11 путем увеличения вних тепловых q2, qi потоков, проводимым к микропотокам 8 и 10, и одновременно измеряют температуры потока хладагента до отбора микропотоков датчи0 ком 5, равную и после нагревателей 7 и 11 датчиками 15 и 12. Измеряют тепловые потоки Q2 0,1796 кДж/с и q 1 0,0186 кДж/с, как только температуры измерения датчиками 15 и 12 после нагревателей 7 и 11 достиг5 нут значения 20,1°С, т.е. превысят температуру, измеренную датчиком 5 на входе испарителя ча 0,1°С. Величину микротока 10, равную примерно 0,001 кг/с, устанавливают капиллярной трубкой в месте

0 отбора и измеряют датчиком 13. Величину микротока 8 измеряют датчиком 14 и выставляют равной величине микротока 10 измерением проходного сечения регулирующего клапана 9. По измеренной темпе5 ратуре датчиком 5 жидкости после конденсатора 2, равной 40°С, и при нулевом паросодержании по таблицам или диаграммам определяют соответствующую им энтальпию Ид 131 кДж/кг (здесь ис0 пользованы диаграммы Одесского института инженеров морского флота), а по измеренной температуре кипения 1К - 20°С (датчиком 5} при нулевом ларосо- держании определяют энтальпию ho

5 125 кДж/кг и энтальпию hi - 131 кДж/кг, при единичном паросодержании -л той же температуре hi 311 хДж/кг Далее используют полученные значения тепловых потоков и энтальпий ч вычисляют паросодержание:

X - 1 Ql(hl -пд) - -j q2(hi -h0)

- 0.0186(311-131)з

0,1796(311 -128) и ОУ мПри мощности холодильной машины порядка 125 кДж/с мо.щность, расходуемая для подогрева хладоагента и в процессе измерения, составила 0.1796 + 0,0186 - 0,1982 кДж/с и в пределе при нулевом паросодер- жании составила бы около 0.32 кДж/кг, в то время как в известном устройстве она составила бы соответственно 13 кДж/с и 102 кДж/с соответственно, что имеет больше преимущества в экономии энергии. Кроме того, точность непрерывного измерения паросодержания также весьма высокая, так как зависит лишь от точности измерения температуры и считывания с таблиц, которые просты, точны и хорошо отработаны, в то время как в известном устройстве точность зависит от условий, в которых снимались тарировочные кривые и которые необходимо выдерживать и в процессе измерений. Кроме того, процесс измерения прерывается и ограничен, т.е. невозможно проводить измерения в полном диапазоне 0-1 (паросодержаний), тогда как в предлагаемом способе этот полный диапазон ничем не ограничен, а расход энергии в тысячу и более раз меньше.

Сравнивая предлагаемый способ определения паросодержания с табличными значениями, которые равны 0,9, мы видим, что точность определения паросодержэния очень высока, составляет около 0,02% и определяется исключительно метрологическими характеристиками заложенных технических средств. Формула изобретения Способ определения паросодержания

хладагента путем его дросселирования, испарения, подогрева и измерения температуры образовавшейся парожидкостной смеси, отличающийся тем. что, с целью снижения энергозатрат и повышения точности при непрерывном определении паросодержания, дополнительно измеряют температуры хладагента до и после дросселирования, отбирают части потока хладагента До и после испарения и измеряют их

расходы с обеспечением равенства между ними, причем подогрев осуществляют подводом тепла к этим частям, измерение расходов частей - до превышения их выходных температур над входными, превышение определяют одновременным измерением с расходами частей их температур до и после подогрева, а паросодержание определяют по следующей зависимости:

25

Х 1

qi(ht -пд) q2(hi-h0)1

где х - паросодержание, кг/кг;

qi - количество тепла, подводимого к части потока, отобранного после испарения, кДж/с;

Q2 - количество тепла, подводимого к части потока, отобранного до испарения, кДж/с;

hi -энтальпия хладагента при заданной температуре кипения и X 1, кДж/кг;

hA - энтальпия хладагента до дроссеои- рования и X 0, кДж/кг;

ho-энтальпия хладагента при заданной температуре кипения и X 0, кДж/кг.

4 з

5

Использование: холодильная техника, измерение паросодержания потока хладагента. Сущность изобретения: хладагент дросселируют, испаряют, подогревают, измеряют температуру парожидкостной сме- си до и после дросселирования, отбирают части потока хладагента до и после испарения и измеряют их расходы с обеспечением равенства между ними, подогрев осуществляют подводом тепла к этим частям, измерение расходов частей - до повышения их выходных температур над входными, превышение определяют одновременным измерением с расходами частей их температур до и после подогрева, а паросо- держание определяют по следующей зависимости: х (hi-hfl)(hi-ho)J}, где х - паросодержание, кг/кг; qi - количество тепла, подводимого к части потока, отобранного после испарения, кДж/с; Q2 - количество тепла, подводимого к части потока, отобранного до испарения, кДж/с; hi - энтальпия хладагента при заданной температуре кипения и х t, кДж/кг; пд - энтальпия хладагента до дросселирования и х О, кДж/кг; ho - энтальпия хладагента при заданной температуре кипения и х О, кДж/кг. 1 ил. (Л С

ff

-to

Ю

Ю

8

x

т