|
В автоматизированных системах
каждый элемент должен обеспечивать в процессе эксплуатации заданные ему
функции. Для того чтобы сравнить фактический режим работы элемента с
расчетным, проводятся испытание и наладка систем. Эти работы по своей
технической сути должны быть прежде всего правильно организованы. Этим
вопросам, а также методикам проведения испытания и наладки в настоящее время
уделено мало внимания. Учитывая это, автор собрал и обобщил материал по
научно обоснованным методикам испытания и наладки основных элементов систем.
Их внедрение должно повысить качество и уровень работ, сократить их сроки и
трудоемкость.
9.1. Научные основы технических испытаний и наладки
автоматизированных систем кондиционирования воздуха и вентиляции
Пуско-наладочные работы являются важным этапом
создания автоматизированных систем. Если при проектировании выбираются
основные и принципиальные решения системы, то при испытании и наладке
оценивается работоспособность системы, правильность расчета ее элементов,
недостатки принятых решений и пути их устранения. Таким образом, при наладке
имеют дело с овеществленным проектом и обеспечивают конечный эффект
применения систем: создание и поддержание заданных параметров состояния и
газового состава воздуха в помещении при минимальном потреблении тепловой и
электрической энергии.
Современное состояние методов наладочных работ,
регламентируемое справочниками и инструкциями, позволяет считать, что в этом
вопросе имеются большие и до сих пор неиспользуемые резервы, прежде всего за
счет несовершенства целей и методов проведения работ. Это важно, так как
пуско-наладочными работами занимается большой контингент людей, не всегда
обладающих достаточными профессиональными знаниями и навыками.
Область применения научных методов охватывает все основные
виды работ по испытанию и наладке аппаратов тепловлажностной обработки,
вентиляционных сетей, автономных кондиционеров и других элементов. При
разработке методик должен применяться системный подход как средство учета
взаимосвязи всех элементов друг с другом и с системой в целом. Не удается
изменить ни один элемент системы, не повлияв на другие. Например, при
неправильном выборе элемента изменяются режимы работы его и последующих
элементов. Это характерно как для тепловых, так и для аэродинамических
процессов в системах.
Главный принцип испытания и наладки систем связан с
правильным учетом физических процессов, протекающих в исследуемом элементе.
Многие объекты испытания характеризуются сложным физическим механизмом
явления, распределенностью процесса в пространстве, множественностью
элементарных поверхностей обмена, нестационарностью процесса в управляемом
элементе. Методики не всегда это учитывают. Так, при испытании поверхностных
аппаратов определяют общий коэффициент теплопередачи всего аппарата, а
сравнивают его с таковым для единичного теплообменника. Методика снятия
тепловоздушного баланса помещения не оговаривает условий испытания с учетом
нестационарности воздействий. Из физических представлений о процессе вытекает
математический аппарат как средство описания этого процесса.
Обоснование целей испытания должно быть основой методики.
При этом необходимо учитывать методы и особенности проектирования и расчета
элементов, монтажные отступления от проекта, особенности эксплуатации.
Методики не всегда учитывают комплекс условий, определяющих цели испытаний.
Так, для поверхностных аппаратов цели испытаний связаны с состоянием
поверхности (загрязнением, поломкой части оребрения и др.) и не учитывают
сложность и несовершенство расчета процесса, распределенность температур
воздуха и воды, начальную неравномерность параметров воздуха. При обосновании
цели испытания должно использоваться понятие «расчетный режим».
Соответствие методов испытания и проектирования является
непременным условием обоснованной методики. Общеизвестно, что задача
испытания является обратной по отношению к задаче проектирования. При этом
известные и искомые величины, как правило, меняются местами. Например, при
расчете процессов обработки воздуха в аппаратах известны расход, параметры
состояния воздуха и начальная температура воды, а определяют поверхность,
расход воды и ее конечную температуру. При испытании известны расходы сред,
начальные параметры воздуха и температура начальной воды, а находят конечное
состояние воздуха и температуру конечной воды. Аналогично меняются местами
известные и искомые величины в аэродинамических расчетах. Учитывая такую
взаимосвязь, можно утверждать, что совершенствование методов проектирования и
расчета процессов, выбора оборудования должно отражаться на методиках
пуско-наладочных работ. При испытании могут применяться расчеты, часто
заменяющие трудоемкие замеры (см. п. 9.2 и 9.3).
Другими признаками научно обоснованных методик испытаний
являются применение при необходимости ЭВМ, использование информации смежных
областей знаний и техники, сведение к минимуму систематических и случайных
погрешностей замеров. Все это вместе взятое обеспечит научно обоснованное
проведение наладочных работ.
9.2. Испытание и наладка поверхностных аппаратов систем
Целью испытания поверхностных аппаратов следует считать
проверку возможности обеспечения заданного конечного состояния воздуха в
расчетных условиях или расчетного коэффициента эффективности процесса
(нагревания или охлаждения воздуха) Кв- Положительный результат испытания
укажет на то, что последующий процесс «не сдвинется». Коэффициент
эффективности процесса, используемый и при проектировании, является более
точной и полной характеристикой процесса, чем коэффициент теплопередачи.
Последний обычно относится к поверхности единичного теплообменника и не
учитывает, что в аппарате может быть несколько таких теплообменников,
по-разному соединенных по воздуху и воде.
Причины испытания поверхностных аппаратов объясняются
рядом особенностей их проектирования: распределенностью процесса тепло- и
массообмена на большой поверхности, невозможностью учета начальной
неравномерности температур и скоростей воздуха на входе в аппарат, трудностью
учета разных обвязок теплообменников по воде, несоблюдением температурного
графика теплоносителя по сравнению с принятым в проекте, отнесением
коэффициента теплопередачи единичного теплообменника ко всему аппарату и др.
К неточностям расчета добавляются монтажные отступления от проекта, поломка
части оребрения, недостаточный контакт между оребрением и трубкой,
загрязнение наружной поверхности, нарушение теплообмена из-за засорения
трубок и скопления воздуха и др.
Таким образом, сложность и приближенность расчета
процессов обработки воздуха в поверхностных аппаратах и различные монтажные и
эксплуатационные факторы требуют испытания этого оборудования.
Расчетные условия для аппаратов систем должны приниматься
с учетом изменения всех параметров и расхода воздуха da, tK, dK, Gt) и воды
(tun). Комбинации этих величин разнообразны, особенно с учетом переменности
расхода воздуха GB и изменения температуры воды twa. Возможные расчетные
режимы рассмотрены в работе [10]. Так как методика выбора расчетного режима в
справочнике [14] не описывается, то в проекте возможны ошибки и
специалист-наладчик должен предварительно проверить, правильно ли выбраны
расчетные условия для данного аппарата. Наиболее характерные в этом отношении
ошибки: выбор расчетного режима всегда при наружных расчетных параметрах (что
справедливо не во всех случаях), выбор расчетного режима без учета изменения
тепловой и влажностной нагрузок (расчет воздухонагревателя, например, нужно
вести при Qn0M min и GBJI min), неучет возможной переменности расхода
приточного воздуха, изменяющегося при изменении нагрузки помещения, например
тепловой.
Методика испытания поверхностных аппаратов основана на
сравнении фактического коэффициента эффективности процесса К в. Факт ПРИ
фактическом расходе воздуха G., рat4. с расчетным сочетанием этих величин
(/Сь. расч» GBfnC4). Возможны два случая. Первый (положительный), когда
фактический коэффициент эффективности К р. фаы больше или равен расчетному
Кв. расч- Такой результат означает, что во всем диапазоне сочетаний величин
(tlly dH, tK, dv, Gp) при соблюдении температуры и расхода тепло-,
хладоносителя заданные процессы в заданном аппарате будут обеспечены в любых,
включая расчетные, условиях. Второй (отрицательный), когда фактический коэффициент
эффективности меньше расчетного. Это значит, что в определенных, например
расчетных, условиях заданный процесс и конечное состояние воздуха не будут
обеспечены.
Важно отметить, что по этой методике испытания аппаратов
можно проводить не при расчетных наружных параметрах, а при произвольных
температурах (tH, tWH) сред и при расчетных расходах воздуха и воды. Для
этого открывают арматуру в сети и обеспечивают расчетный расход воды. Процесс
можно считать установившимся спустя время, равное трем постоянным времени
аппарата (см. п. 3.3). При измерениях температур (tH, /к, tWH), по которым
вычисляют А'в. факт — (^к — tu)/(twll — tH), нужно учитывать неравномерность
температур воздуха по сечению аппарата. Правильность усреднения температур
воздуха до и после аппарата определяет объективное значение фактического
коэффициента эффективности. Распределение температур по высоте может быть
нелинейным и в этом случае среднеарифметическое отличается от истинного
среднего. Если после аппарата нет других теплообменников, а установлен
приточный вентилятор, то измерять конечное состояние можно за вентилятором.
Отрицательный результат испытания может быть объяснен
такими причинами: заниженным по сравнению с расчетным расходом тепло-,
хладоносителя, несоответствием установленной поверхности расчетной,
нарушением теплообмена на части поверхности, несоблюдением принятого в
расчете температурного графика теплоносителя. Увеличить коэффициент
эффективности процесса можно закрытием воздушного клапана на байпасе,
повышением температуры или расхода теплоносителя для хладоносителя —
понижением его начальной температуры.
Анализ методики показывает, что она отличается от
применяемой, в которой после замеров вычисляют коэффициент теплопередачи
аппарата и сравнивают его со значением, найденным из справочника. Такой метод
имеет ряд недостатков. В справочнике коэффициент теплопередачи отнесен не ко
всему аппарату, а к единичному теплообменнику, поэтому сравнение этих величин
не обосновано. Кроме того, точность производственных и лабораторных испытаний
различна, поэтому результаты несравнимы.
Предлагаемая методика обосновывает цели испытания;
измерения и их обработка отличаются простотой; в результате этого удается
повысить точность испытаний и сократить их время.
9.3. Испытание и регулирование расходов воздуха в
вентиляционных сетях систем кондиционирования воздуха и вентиляции
Системы постоянной производительности не имеют
регулирующих органов для автоматического изменения расходов в отдельных
частях системы, поэтому возможно только ручное регулирование сети для
обеспечения требуемых расходов воздуха на всех участках. В системах
переменного расхода имеются автоматизированные регулирующие органы, изменяющие
расходы воздуха в отдельных частях системы и производительность вентиляторов.
В таких системах регулирование расходов упрощается, так как это делает
регулятор. При расчетных нагрузках регуляторы открывают клапаны и
направляющие аппараты. Если заданный параметр в этом случае поддерживается,
то в помещение подается требуемое количество воздуха.
Необходимость регулирования расходов в разветвленных
вентиляционных сетях объясняется приближенностью аэродинамического расчета,
монтажными отступлениями от проекта, работой вентиляторов в режиме, отличном
от паспортного. Различают регулирование системы на проектные данные и на
санитарно-гигиенический эффект.
Применяемый метод регулирования вкратце сводится к таким
операциям: осмотру сети, ликвидации негерметичных соединений; полному
открытию всех дроссельных регулирующих органов при заниженной
производительности вентилятора; регулированию соотношений расходов в двух
наиболее удаленных от вентилятора параллельных ответвлениях; постепенному
выравниванию соотношений расходов в ответвлениях всей сети по мере
приближения к вентилятору; установке требуемой производительности
вентилятора.
При такой «технологии» регулирования расходов остается
неясным, как однозначно определить положение дроссельного органа, при котором
будет обеспечен требуемый расход воздуха на каждом из участков. Обычно поиск
соотношения расходов ведут итерационным путем. В каждом ответвлении
выставляют дроссельный орган в некоторое произвольное положение, измеряют
расход, вычисляют его, сравнивают с_требуемым, перемещают дроссельный орган в
новое положение, снова измеряют, вычисляют и т. д. Применяемый метод
оказывается весьма трудоемким и мало эффективным.
Теоретическая основа предлагаемой методики базируется на
аналитическом решении задачи распределения расходов воздуха в разветвленных
сетях на основе первоначальных замеров в сети. Расчетом можно определить
положения дроссельных устройств, обеспечивающих требуемые расходы воздуха во
всех ответвлениях. Все работы по данной методике разделены на три этапа. На
первом производят предварительный замер аэродинамических характеристик сети и
вентилятора при открытых дроссельных органах. На втором этапе расчетом
определяют положение дросселей, на третьем — дроссели выставляют в расчетные
положения и производят контрольные замеры расходов.
Возможности предлагаемой методики позволяют вести
регулирование расходов в разветвленных вентиляционных сетях в различных
случаях:
при произвольной конфигурации вентиляционной сети и любом
числе ответвлений;
когда вентилятор работает «в характеристике» или наоборот;
когда характеристика вентилятора отличается от паспортной;
если сеть герметична или при негерметичной сети для
равномерной или локальной негерметичности;
при установке любых видов дроссельных органов или при их
отсутствии;
при наличии отверстий в боковых стенках воздуховода;
для сетей, запроектированных без расчета сечений и увязки
сопротивлений; на участках, где из-за неправильного выбора сечения требуемый
расход воздуха обеспечен быть не может, методика позволяет определить новое,
увеличенное сечение.
Теория регулирования расходов в разветвленных сетях
основывается на ряде понятий. Участком считают часть сети между тройниками
или крестовинами, где расход одинаковый. Участки разделяют на ответвления,
транзитные и магистральный участок, на последнем перемещается общий расход.
Соотношение между расходом L воздуха на участке и его сопротивлением Ар как
разностью полных давлений на границах участка в переходной области
турбулентного режима выражается характеристикой 5
Характеристики транзитных и магистрального участков
неизменны, так как дроссельные органы на них не используются.
Расчетная номограмма для определения положения дроссельных
органов построена на основе формулы (9.2); для нормализованных сечений
воздуховодов приведена на 9.1. Отсчет приращений Д£дг и AS ведется от
их нулевых значений, соответствующих полному открытию дроссельного органа.
Отрицательная величина AS, полученная в расчете, показывает, что сечение
воздуховода занижено и должно быть увеличено. Численное значение 5 меняется
на шесть- семь порядков, т. е. в миллионы раз, поэтому для 5 применен
логарифмический масштаб. Такой же масштаб применен и для шкалы так как
коэффициент сопротивления меняется на три порядка.
Если дроссельный орган установлен на относительно
стабилизированном потоке на расстоянии от предшествующей фасонной части хотя
бы Ud > 5, положение дросселя однозначно определяет его коэффициент
сопротивления, поэтому на номограмме 9.1 введено семейство шкал для
определения расчетного положения разных дроссельных устройств.
Последовательность операций предлагаемой методики такова.
Сначала составляют схему налаживаемой системы. При этом обращают внимание на
удаление (Ud) дроссельных органов от предшествующих фасонных частей. Если
дроссельные органы в сети отсутствуют, то намечают места их установки.
Измеряют расходы воздуха во всех ответвлениях, расходы и давления перед
тройниками, полное давление на всасывании и нагнетании вентилятора и его
производительность. Перед замерами все дроссельные органы сети должны быть открыты.
Для оценки фактической характеристики вентилятора и сравнения ее с паспортной
полное давление вентилятора измеряют при нескольких значениях
производительности. По результатам замеров оценивают, работает ли вентилятор
«в характеристике» или нет. По соответствию сумм измеренных расходов в
ответвлениях расходам в узлах и производительности вентилятора делают вывод о
герметичности сети. Возможный дисбаланс связан с утечками или подсосами,
которые распределяются по сети равномерно или сосредоточенно. При возможности
устраняют утечки и подсосы, герметизируя сеть.
Таблица для расчета ( 9.1) позволяет систематизированно
вести запись всех замеренных и вычисленных величин, в результате чего
расчетом определяют положение дроссельного органа.
Специальные случаи регулирования расходов в сетях связаны
с заниженным сечением ответвлений, негерметичностью сети, наличием отверстий
в боковых стенках воздуховодов.
Для обеспечения требуемого расхода воздуха при отрицательной
разности Sip — 5фЗКТ нужно увеличить сечение ответвления. В первом
приближении отношение сечений можно полагать обратно пропорциональным
квадратному корню из отношения характеристик. Дроссельный орган не следует
устанавливать вблизи от предшествующей фасонной части и, кроме того, его
нельзя приближать к приточному воздухораспределительному устройству.
Наименьшее возмущение в поток вносит дроссельный орган в виде сетки,
размещаемой между фланцами.
Для негерметичной сети рассматривают два характерных
случая. Первый, когда утечка (или подсос) воздуха происходит в основном в
одном месте и негерметичность устранить не удается. В этом случае в схему
сети вводится еще одно условное ответвление с расходом, равным утечке, и
сопротивлением, равным полному давлению воздуха перед местом утечки. Этот
условный участок на схеме можно изображать штриховой линией, характеристика
/частка неизменна. При заполнении таблицы учитывают это ответвление.
Второй случай, когда сеть равномерно негерметична. При
этом за расход воздуха на участке можно приближенно принять средний из
расходов воздуха в начале и конце участка. В остальном последовательность
расчета положений дроссельных органов сохраняется.
Если дроссельные органы установлены непосредственно за
фасонной частью, то их аэродинамические характеристики значительно меняются в
силу изменения эпюры скоростей набегающего на клапан потока. В этом случае
для оценки изменения коэффициента сопротивления клапана полезно использовать
данные Л. В. Павлухина (ВНИИ Охраны труда). Сеть с боковыми отверстиями в
стенках воздуховода регулируется по методике, изложенной в литературе.
|