Спосіб визначення узагальнюючого техніко-економічного критерію ефективності роботи теплообмінного апарата

Спосіб визначення узагальнюючого технікоекономічного критерію ефективності роботи теплообмінного апарата, який реалізується за допомогою лабораторного стенда, який містить систему трубопроводів з холодним та гарячим теплоносіями, рух яких контролюється вентилями, BT (1 видається під відповідальність власника патенту UA ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС Корисна модель відноситься до теплообмінного обладнання, де основним апаратом є теплообмінник. Лабораторний стенд можна використовувати в дослідженнях та лабораторних занять по дисциплінам «Тепломасообмін», «Теплотехніка», «Процеси та апарати хімічних виробництв» та ін., які відносяться до харчової, хімічної, нафтопереробної та інших галузей промисловості. На представленій установці (Фіг.1), проводяться експериментальні дослідження теплових, гідродинамічних та техніко-економічних показників 3 у реальному часі за допомогою спеціально розробленої програми. До стенда може бути під'єднано будь-який теплообмінник, де обидва теплоносії рідини. В існуючому експериментальному стенді на вході і виході рідинних потоків вмонтовані термопари, що фіксують температуру теплоносіїв в реальному часі і через аналоговий цифровий перетворювач передають її значення в ПК. Крім того здійснюється безперервний моніторинг втрат тиску за допомогою розробленої програми на ПК (фіксується тиск для обох теплоносіїв - як для теплообмінника так і магістральних трубопроводів). Переміщення теплоносіїв здійснюють два насоси, роботу яких забезпечують двигуни постійного струму; витрачена потужність та оберти контролюються та можуть змінюватись для знаходження оптимальних режимів роботи, що дозволяє вибрати найбільш доцільні параметри роботи теплообмінного обладнання та показань амперметрів та вольтметрів обох двигунів насосів. В розробленій програмі кінцевий блок враховує капітальні витрати на виробництво, монтаж та експлуатацію теплообмінного обладнання. Основою корисної моделі є створення багатофункціонального лабораторного стенду з використанням комп'ютера та спеціальної програми для визначення термодинамічних та технікоекономічних оптимальних параметрів роботи теплообмінних апаратів в реальному часі. Відомий стенд для дослідження роботи блока для повного спалювання твердого палива з двоконтурним теплообмінником, який складається з теплообмінника, калориметра, теплообмінникаспоживача, водопроводів, насоса, записуючого пристрою [Патент України на корисну модель №25011, F24B 5/00, F24H 1/00, Бюл. №11,2007р.]. Відомий стенд для дослідження характеристик гвинтових теплообмінників, який виконано у вигляді рами, циліндричного колектора, всередині якого встановлено гвинтове робоче колесо, труб для підведення і відведення гарячої води [Патент України на корисну модель №42555, F28F 27/00, Бюл. №13,2009p.]. Основний недолік обох прототипів специфічність конструкції основного елемента стенда (теплообмінника), що обмежує застосування результатів дослідження на інші стенди. Патент України на корисну модель №42555 був прийнятий за аналог тому, що він є найбільш близьким за технічною сутністю. Його основним недоліком є те, що методика заміру та обробки експериментальних даних виконані в традиційній манері і потребують великих затрат часу, чого можна було б уникнути при застосуванні ПК. Стенд та програма розрахунку, що пропонується до розгляду, можуть бути використані не тільки для води, а в трансформованому вигляді і для інших теплоносіїв. Поставлена задача розв'язується шляхом розробленої спеціальної програми для розрахунку значень техніко-економічного критерія у реальному часі при автоматично фіксованих через певні проміжки часу (5, 10, 20сек і т.д.) значеннях температур, тисків на входах та виходах 51454 4 теплообмінника, витрат потужності, що передаються в ПК. При проведенні експериментів здійснюється зміна режимів руху теплоносіїв та температури, внаслідок чого можна отримати графічну залежність техніко-економічного критерія (грн/кВт*год) і різних параметрів (наприклад, теплового потоку Q, коефіцієнта теплопередачі К, коефіцієнта тепловіддачі і т.д.). І в певний момент часу при досягненні оптимального режиму (мінімальні витрати) фіксується значення приладів, при яких забезпечується ця оптимальна робота. Використання розробленої програми полегшує процес пошуку оптимальних значень критерія ефективності теплового обладнання. Отже представлена установка із використанням комп'ютерної програми дозволяє: 1. Проводити серійні досліди, на базі яких можна отримувати коефіцієнти теплопередачі та тепловіддачі, а також витрати потужності на транспортування теплоносіїв. 2. Проводити експерименти в режимі руху теплоносіїв від ламінарного до розвинутого турбулентного. 3. Вибирати і розраховувати по експериментальним даним критерії оптимальних режимів роботи графітового теплообмінника, серед яких найбільш вагомим є коефіцієнт економічної ефективності. При розрахунку цього коефіцієнта враховано такі техніко-економічні складові (для теплообмінного апарата з двома теплоносіями): капітальні затрати, витрати на електроенергію окремо для гарячого та холодного теплоносіїв і об'ємні витрати обох теплоносіїв з урахуванням вартості кожного з них, відрахування на заробітну плату, ремонтні роботи та утримання обладнання, амортизаційні витрати. Суть корисної моделі реалізована за допомогою лабораторного стенда (Фіг.1). Лабораторний стенд має систему трубопроводів з холодним та гарячим теплоносіями, рух яких контролюється вентилями (2, 4, 5, 6, 8, 11, 12, 12а, 13), насоси (7, 10) для переміщення теплоносіїв по ним, баки (1, 1a) для одного теплоносія (холодного) та бак (9) для другого теплоносія (гарячого), графітовий теплообмінник (3). Температури гарячої, холодної води та різниця температур на вході та виході кожної гілки вимірюється в реальному часі за допомогою аналогового-цифрового модуля 1-7018 (14), куди подається сигнал від хромельалюмелевих термопар (клас точності - 0,2), потім сигнал поступає в інтерфейсний модуль 1-7520 (15), звідки подається на комп'ютер (16) зі спеціальною програмою. Стенд працює наступним чином. Теплоносії (вода) циркулює по системі трубопроводів за допомогою двох насосів (7, 10) встановлених на кожній гілці, окремо для гарячого та холодного теплоносіїв. Теплоносії знаходяться в окремих баках: в гарячому (9) встановлені теплоелектронагрівачі для підняття до потрібного рівня температури гарячого теплоносія, інші два баки (1, 1a) можуть бути заповнені холодним теплоносієм, відповідно до того, які дослідження треба зробити (рух можна організувати по замкну 5 51454 тому колу або з постійним входом та виходом холодного теплоносія з лабораторної установки. Гарячий теплоносії, знаходячись в баці, нагрівається до потрібної температури і постійно подається через систему трубопроводів в вертикальні канали теплообмінника (3), де здійснює один хід і після цього повертається в бак і може знову нагріватися до потрібної температури. Холодний теплоносій подається в горизонтальні канали теплообмінника, BT (1 K0 BB BB ) BН (1 ) 100 100 Tроб Комп’ютерна верстка А. Крижанівський де здійснює чотири ходи, після чого надходить в другий бак і скидається в каналізацію чи подається по колу. Витрати теплоносіїв змінюються за допомогою регулятора напруги, що подається на двигуни насосів (7, 10). Система вентилів (2, 4, 5, 6, 8, 11, 12, 12а, 13) дозволяє організувати рух теплоносіїв в різних конфігураціях. Техніко-економічний критерій оптимальності (грн/год) розраховується за формулою: Сз Нзр де ВТ - ринкова вартість теплообмінника, грн; ВВ - вартість робіт по монтажу обладнання, амортизаційні відрахування, ремонтні роботи, % від вартості обладнання; ВН - ринкова вартість насосів, грн; Троб - кількість робочих годин в одному календарному році; Сз - заробітна плата за годину роботи, грн; Нзр - відрахування на заробітну плату за годину, грн; N1, N2- дійсні потужності насосів під час роботи, кВт; 6 (N1 N 2 ) Кн (Gx n1 Gг с t x) Кн - вартість одиниці установленої потужності насосів, грн/(кВттод); Gх, Gг- витрати теплоносіїв, відповідно холодного та гарячого, м3/год, nх - вартість холодного теплоносія, що витрачається, грн/м3. - густина гарячого теплоносія, кг/м3; c - теплоємність гарячого теплоносія, ккал/(кгК); t - різниця температур між початковою гарячим та холодним теплоносіями; x - вартість 1 калорії енергії, що передається, грн/ккал). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601