CC BY
13Решетневскуе чтения. 2018
УДК 536.2.08
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
А. А. Ходенков, А. В. Делков, М. Г. Мелкозеров, Э. В. Ходенкова, А. А. Кишкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: hodenkov.aa@gmail.com
Рассматривается вопрос автоматизации теплотехнических измерений при испытаниях теплоэнергетических установок. Особое внимание уделяется использованию термопар для измерения температуры потока. Приводится описание автоматизированной системы регистрации сигналов на основе контроллеров National Instruments.
Ключевые слова: автоматизация теплотехнических измерений, теплоэнергетическая установка, измерительный комплекс.
AUTOMATED MEASURING COMPLEX FOR TESTING OF HEAT-POWER PLANTS
A. A. Khodenkov, A. V. Delkov, M. G. Melkozerov, E. V. Khodenkova, A. A. Kishkin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: hodenkov.aa@gmail.com
This article considers the issue of automation of thermal engineering measurements during testing of heat power plants. Particular attention is paid to the use of thermocouples for measuring the flow temperature. A description of the automated signal recording system based on National Instruments controllers is given.
Keywords: automation of heat engineering measurements, heat power plant, measuring complex.
Теплоэнергетические установки используются во многих отраслях современного промышленного производства, обеспечивая преобразование энергии различных типов. Для контроля работы теплоэнергетических установок, оценки их энергетической эффективности в рамках испытаний и разработки мероприятий по их оптимизации необходима система фиксации основных термодинамических параметров. Таким образом, вопрос автоматизации измерений при проведении испытаний теплоэнергетических установок в настоящее время является актуальным [1].
В настоящей работе рассматривается вопрос разработки автоматизированной системы измерений для паросиловых энергоустановок на низкокипящем рабочем теле. Использование подобных установок позволяет увеличить КПД имеющихся тепловых двигателей или задействовать тепловые источники, недоступные для пароводяных турбин и котлов. А применение данных установок для энергообеспечения космических аппаратов позволит существенно продлить жизненный цикл аппаратов и повысить их надежность [2; 3].
Особенностью функционирования системы изменений параметров для паросиловой энергоустановки является необходимость измерения параметров потока рабочего тела в каналах и полостях, что обуславливает ряд специфических требований: низкая инерционность измерительных узлов, отсутствие загромождения проходных сечений, возможность автоматиче-
ской фиксации значительного объема данных при переходных процессах.
Авторами была создана автоматизированная система измерений термодинамических параметров на основе контроллеров National Instruments. Система позволяет измерять и фиксировать следующие параметры: температуру потока, полное и статическое давление, расход рабочего тела. Особое внимание уделялось контролю температуры как основного параметра термодинамического процесса.
Контроль измеряемой температуры потока рабочего тела осуществляется с помощью термопар &-типа, на рис. 1 представлена схема заделки термопары по длине трубопровода в первом и втором контуре.
Заделка термопары температуры рабочего тела осуществляется в соединитель 5, по средствам резьбового соединения для обеспечения герметичности. Конструктивно данный датчик представляет собой болт М5 ГОСТ 7805-70 с просверленным по вертикальной оси отверстием 1,5 мм и с монтируемой термопарой k-типа с помощью эпоксидного клея, для обеспечения герметичности (рис. 2).
Данное исполнение датчиков и выбранный тип термопар с непосредственным погружением в измеряемую среду позволяет уменьшить погрешность измерения и снизить тепловую инертность контроля температуры, что особенно важно при измерении температуры движущегося потока в трубах малого диаметра [4; 5].
Тепломассообменные процессы в конструкциях ЛА, энергетическихустаноеок,и систем жизнеобеспечения
Рис. 1. Схема исполнение заделки термопары температуры потока Т1-Т12: 1 - основной трубопровод; 2 - пайка; 3 - штуцер; 4 - уплотнительный материал; 5 - соединитель; 6 - уплотнение термопары; 7 - термопара ¿-типа
Измерительная система построена на базе контролеров National Instruments NI cDAQ9181 и NI USB 6008. Для считывания и обработки сигналов термопар используются два 16-канальных изотермических модуля ввода NI 9214 совместно с шасси cDAQ9181 с подключением по локальной сети. Для считывания и обработки сигналов датчиков температур и расхода используются блоки NI USB 6008.
Рис. 2. Термопара температуры рабочего тела и теплоносителя в сборе
Фиксация и обработка параметров производится в графической среде разработки LabVIEW signalexpress for DAQ 2012. При запуске программы производится считывание конфигурационных файлов, содержащих описание измерительных каналов и сразу же начинается общий цикл измерений.
Применение автоматизированного измерительного комплекса позволяет проводить испытания теплоэнергетических установок в сжатые сроки с оценкой всех основных термодинамических параметров.
Библиографические ссылки
1. Задачи и методы математического моделирования тепловых технических систем / А. В. Делков, Д. А. Непомнящий, Д. Б. Ситничук, А. А. Кишкин // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : тезисы Всерос. науч.-практ. конф. творческой молодежи; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 69-70.
2. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. 3-е изд., перераб и доп. М. : Наука, 1970. 940 с.
3. Разработка установок-утилизаторов низкопотенциального тепла на основе органического цикла Ренкина / А. А. Кишкин, Д. В. Черненко, А. В. Дел-ков и др. // Альтернативная энергетика и экология. 2014. № 3 (4). С. 35-36.
4. Очков В. Ф. Теплотехника и теплоэнергетика. М. : МЭИ, 2007. 54 с.
5. Семенов А. Г. Математические модели в инженерной практике : учеб. пособие / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. Кемерово, 2003. 96 с.
References
1. Delkov A. V., Nepomnyashchii D. A., Sitnichuk D. B., Kishkin A. A. [Problems and methods of mathematical modeling of thermal technical systems] Aktu-al'nye problemy aviatsii i kosmonavtiki: tezisy Vseros. nauch.-prakt. konf. tvorcheskoi molodezhi; Sib. gos. aerokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2013. P. 69-70. (In Russ.)
2. Loitsyanskii L. G. Mekhanikazhidkosti i gaza [Mechanics of liquid and gas]. 3-e izd., pererab i dop. Moscow : Nauka, 1970. P. 940. (In Russ.)
3. Kishkin A. A., Chernenko D. V., Delkov A. V. et al. [Development of low-potential heat recovery facilities based on the Rankine Organic Cycle] Al'ternativnaya energetika i ekologiya. 2014. № 3 (4). P. 35-36. (In Russ.)
4. Ochkov V. F. Teplotekhnika i teploenergetika [Heat engineering and heat power engineering]. Moscow: MEI., 2007. 54 p.
5. Semenov A. G. Matematicheskie modeli v inzhen-ernoi praktike [Mathematical models in engineering practice] : Uchebnoe posobie. Kemerovskii tekhnologicheskii institut pishchevoi promyshlennosti. Kemerovo, 2003. 96 p.
© Ходенков А. А., Делков А. В., Мелкозеров М. Г., Ходенкова Э. В., Кишкин А. А., 2018
