Об использовании средств ИК-диагностики при испытаниях теплообменных аппаратов

Определению рациональных форм теплообменных поверхностей посвящено большое количество исследований, однако математическое описание влияния формы профиля на теплообмен до настоящего времени отсутствует. По этой причине теплотехнические характеристики теплообменных аппаратов могут быть получены только экспериментальным путем. В научно-исследовательской лаборатории кафедры ТГВ и ОВБ ПГТУ создан экспериментальный стенд для исследования теплообменных аппаратов. За основу взят испытательный стенд по ГОСТ 12.2.003–74, ГОСТ 12.3.002–75 (разд. 1, 2), ГОСТ 5976–73 (разд. 3), в части электротехнических изделий стенд соответствует ГОСТ 12.2.007.0–75. Испытательный стенд состоит из водяного контура и аэродинамической установки. Конструкция испытательного стенда обеспечивает перемещение рабочих сред (воздуха и воды), возможность измерения начальных и конечных параметров (температуры, давления и расхода) рабочих сред и стабилизацию данных параметров при испытаниях в следующих пределах: ❏ температура воздуха на входе аэродинамической установки — от 10 до 30 °С (точность поддержания принятого параметра ±0,5 °С); ❏ температура воды перед воздухонагревателем — от 80 до 92 °С (точность поддержания ±0,3 °С); ❏ массовая скорость набегающего потока воздуха — от 0 до 7,0 кг/(м2⋅с); ❏ скорость воды в теплопередающих трубках — от 0 до 1,5 м/с. Расход воздуха измеряется с помощью микроманометров и анемометров, воды — крыльчатым расходомером. Температура воздуха и воды измеряется термометрами расширения по ГОСТ 215–73 и термопарами с использованием в качестве вторичного прибора безбумажного регистратора типа «Экограф-Т» (в шестиканальной модификации). Атмосферное давление измеряется ртутным барометром, давление воды в водяном контуре испытательного стенда — манометрами, аэродинамическое и гидравлическое сопротивления аппаратов — дифференциальными манометрами. Принципиальная схема аэродинамической установки приведена на рис. 1, общий вид установки — см. фото 1. Отличительной чертой стенда является наличие прибора для тепловизионной съемки (портативного компьютерного термографа «Иртис», фото 2), используемого для снятия температурногополя по теплоотдающей поверхности калорифера. Основные технические характеристики применяемой модификации термографа приведены в табл. 1. На стенде были проведены сравнительные испытания двух образцов воздухонагревателей — серийного КСК3-6-ХЛЗ (аналогичного производимому Костромским калориферным заводом) и опытного ВНВ-211-206-ДХЛЗ с оребренными трубками овального сечения, выпускаемых ООО «Завод калориферов «Феникс» (г. Пермь). Целью проведения испытаний являлось определение теплотехнических, аэродинамических и гидравлических характеристик указанных образцов воздухонагревателей и их сравнительная оценка. Значения коэффициентов теплопередачи и гидравлического и аэродинамического сопротивлений определялись на основе обобщенных критериальных зависимостей. Обработка результатов испытаний проведена в соответствии с ГОСТ 26548–85. Результаты испытаний показали: 1. Производительность по теплу для серийного воздухонагревателя во всех циклах испытания выше производительности по теплу опытного воздухонагревателя. В основном это является следствием того, что серийный образец имеет большую теплоотдающую поверхность (больше коэффициент оребрения). 2. Зависимость изменения теплопроизводительности воздухонагревателей от скорости воды и массовой скорости воздуха имеет характер, в основном совпадающий с характеристиками аналогов других производителей. Более интенсивное увеличение теплопроизводительности наблюдается для серийного калорифера при высоких массовых скоростях воздуха. 3. Зависимость изменения коэффициента теплопередачи от расхода воды и массовой скорости воздуха близка к аналогичным зависимостям для воздухонагревателей других производителей. 4. Зависимость коэффициента теплопередачи от массовой скорости воздуха более существенна, по сравнению с аналогичным изменением скорости теплоносителя. 5. В области малых скоростей воды во всех диапазонах массовых скоростей воздуха, обеспечиваемых при испытаниях, коэффициент теплопередачи опытного образца выше серийного. Серийный образец имеет большие коэффициенты теплопередачи при высоких скоростях теплоносителя и массовой скорости воздуха. Проведение дополнительного тепловизионного обследования поверхности опытного образца воздухонагревателя (отдельная термограмма представлена на рис. 2) позволило предположить, что в местах приварки коллекторных перегородок имелись дефекты сварки, что могло привести к перетоку теплоносителя внутри коллектора и, соответственно, к снижению интенсивности теплообмена. Тепловизионная съемка также позволила предположить нарушения в технологическом процессе цинкования и неплотности примыкания ребер к отдельным трубкам теплообменника. После разборки (распиливания) теплообменника дефект приварки коллекторных перегородок не подтвердился (характер термограммы был обусловлен дефектами окраски и, соответственно, изменением излучающей способности поверхности), дефекты же оребрения и некачественного цинкования были подтверждены. Исследования с применением тепловизионной съемки позволяют проводить диагностику теплообменах аппаратов неразрушающим методом, что может быть рекомендовано как при опытных испытаниях, так и при испытаниях серийных теплообменных аппаратов. ❏ РИСУНКИ: фото 1~1~; рис.1~2~; рис.2~3~; фото 2~5~; ТАБЛИЦЫ: Таб.1~4~;

1. ГОСТ 26548–85. Воздухонагреватели. Методы испытаний // Разработан Министерством строительного, дорожного и коммунального машиностроения. Утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 20.05.1985 г., №1408. 2. Портативный компьютерный термограф «Иртис-200», «Иртис-2000» // Руководство пользователя. М.: ООО «ИРТИС», 2006.