CC BY
42
УДК 536.532 Доц. В.О. Фединець, д-р техн. наук -
НУ "Львiвська полiтехнiка "
ОСОБЛИВОСТ1 ВИМ1РЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ГАЗОВИХ ПОТОК1В
Розглянуто особливостi вимiрювання температури газових потокiв залежно вiд типового випадку !х протiкання. Зазначено, що пiд час вимiрювання у високошвидгас-них потоках необхiдно враховувати як впливовий фактор часткове гальмування потоку в зош розмiщення термоперетворювача, що спричиняе додаткове нагрiвання його робо-чо! частини. Розроблено рекомендаци з вибору методiв i засобiв вимiрювання.
Ключовг слова: температура, газовий потж, методи вимiрювання, перетворювач, технологiчний процес.
Вступ. Температура газових потоюв е важливим параметром технолопч-ного процесу, !! необхщно вим1рювати неперервно, з високою точнютю, невеликою шерцшшстю 1 високою надшнютю. Специфжа умов вим1рювання температури газових потоюв визначаеться р1зномаштнютю технолопчних об'екпв, що використовуються в промисловому виробнищга, ф1зико-х1м1чними власти-востями та швидюстю потоку, д1апазоном вим1рюваних температур, вимогами до точносп та надшносп результата вим1рювання, характером переб1гу та 1мо-в1рними збуреннями технолопчного процесу.
Точно вим1ряти температуру газового потоку набагато складшше, шж температуру рщини або твердого тша. Це пов'язано 1з вщносно слабким конвек-тивним теплообмшом м1ж первинним термоперетворювачем (ТП) 1 газовим потоком, вщносно хорошим теплообмшом випромшенням 1 теплообмшом через теплопровщнють м1ж ТП 1 навколишшм середовищем, а також складними поеднаннями параметр1в, що одночасно характеризують потж 1 його температуру. Розглянемо найбшьш типов! випадки протжання газових потоюв та особли-восп вим1рювання !х температури.
Пов1тря у прим1щеннях. Для забезпечення комфортних умов у житло-вих та громадських примщеннях з використанням систем опалення, вентиляцп та кондицюнування необхщно вим1рювати температуру повггря у примщеннях. Правильному визначенню ще! температури необхщно придшяти особливу ува-гу, осюльки коефщент конвективно! тепловщдач1 вщ пов1тря до твердих тш тут е досить малим, внаслщок чого похибка вим1рювання може бути значною. Зменшення похибки вим1рювання може бути досягнуто завдяки покращенням умов теплообмшу, що досить просто можна досягнути шляхом тдвищення швидкосп обтжання ТП повгтрям [1]. Якщо такий споиб використати немож-ливо, то для покращення умов теплообм1ну необхщно впроваджувати певш конструкторсью ршення тд час розроблення ТП. Кр1м цього, необхщно забез-печити правильний виб1р мюця установлення ТП.
Газов1 потоки в трубопроводах та технолопчних апаратах. Важли-вють вим1рювання ще! температури визначаеться тим, що з1 змшою температури змшюються 1 витрати потоюв. Тому в таких термоперетворювачах защкавле-ш газотранспортш тдприемства, осюльки тд час транспортування трубопроводами газопод1бш енергоносп шддаються багатофакторним впливам температури, що призводить до змши !х густини. Додатков1 похибки вим1рювання витрати (наприклад енергоноспв), що виникають при цьому, можуть досягнути ве-
ликих значень. I одним iз шляхiв зменшення цих похибок е оснащення витрато-мiрiв i вимiрювачiв кiлькостi термоперетворювачами, що коректують 1х покази на зм^ температури.
Вимiрювання температури з високою точнiстю забезпечить i бшьш точ-не вимiрювання витрати. Похибка вимiрювання залежить як вiд параметрiв потоку, так i вщ конструктивних особливостей ТП. Зменшення похибки можливе за рахунок збiльшення коефщента конвективно1 тепловiддачi мiж ТП i обтжа-ючим його газовим потоком, що можна досягнути забезпеченням необхщно! глибини занурення.
Правильне установлення ТП дае змогу практично уникнути похибки внаслщок тепловiдведення через теплопровiднiсть [2]. Похибку за рахунок теп-лообмшу випромiненням в цьому випадку необхщно оцiнювати з врахуванням впливу теплообм^ випромiненням мiж ТП, тiлами, що його оточують, i стш-ками трубопроводiв чи технологiчних апаратiв. Необхщно також враховувати, що вимiрювання температури в трубопроводах та технолопчних апаратах е найбшьш поширеними, тому треба розробляти таю конструкцп ТП, яю були б нескладними i придатними для сершного виробництва.
Прист1нний шар газового потоку. Шд час обтжання газовим потоком твердого тiла бшя його поверхнi утворюеться пристiнний шар, в межах якого швидюсть зменшуеться вiд значення, що дорiвнюе швидкосп набiгаючого потоку, до нуля. На вимiрюваннi температури пристiнного шару газового потоку, яка мае функцюнальну залежшсть з температурою твердого тша, розроблено метод вимiрювання температури обертових поверхонь [3]. Використання цього методу дало змогу зменшити похибку вимiрювання температури обертових поверхонь, збшьшити термiн служби ТП, пiдвищити надшнють i достовiрнiсть от-римання вимiрювальноl шформацп. Але пристiнний шар газового потоку мае значний градiент температур, який розподiляеться по всiй товщиш пристiнного шару вiд нагрiтого твердого тша, в ньому мають мюце тепловi втрати шляхом тепловiддачi через теплопровщшсть, конвекцп i випромiнення. Ц втрати е ос-новними джерелами виникнення похибок тд час вимiрювання температури обертових поверхонь методом вимiрювання температури пристiнного шару газового потоку. Внаслщок цього виникае необхщнють розроблення ефективних методiв зменшення тепловтрат у пристшному шарi [4].
Газов1 потоки в камерах спалювання. Надзвичайно важлива роль температур, як параметра газового потоку тд час дослщжень газових машин i 1х елементiв - компресорiв i турбiн. Знання температури необхiдне для розрахун-ку елементiв конструкцiй газових машин. У цьому випадку зростають вимоги i до геометричних розмiрiв термоперетворювачiв, оскiльки встановленi в потж термоперетворювачi великих розмiрiв спотворюють процес витжання i змтю-ють обтжання дослiджуваних елементiв газових машин.
Для тдвищення одинично1 потужностi, пiдвищення коефщента корис-но1 дп авiацiйних, промислових газових турбш i двигунiв внутршнього згорян-ня необхiдно пiдвищувати температуру i тиск газiв в 1х камерах спалювання. А з тдвищенням температури для досягнення потрiбноl надшносп двигунiв необ-хiдно проводити дослщження, пов'язанi з вимiрюванням розподiлу температур
газiв у камерах спалювання. Умови цих вимiрювань характеризуються тим, що ТП тддаеться iнтенсивному впливу високих температур i тискiв. Тому пiд час створення конструкцш ТП особливу увагу необхвдно звернути на вибiр термо-метричних та конструкцшних матерiалiв.
Вихлопн1 та димов1 газов1 потоки. З тдвищенням температур у двигу-нах внутршнього згоряння, у процесах спалювання енергоноспв виникае проблема необхiдностi зменшення юлькосл шкiдливих компонентiв (особливо окси-дiв азоту), якi викидаються у навколишне середовище. Для таких газових потокiв необхiдно вимiрювати швидкозмiннi температури, що змiнюються за перюдич-ними, зазвичай гармошчними, законами. Змiни температур i одночаснi змiни швидкостей потоку, що призводять до змши коефщенпв конвективно1 тепловщ-дачi, залежать вщ режиму роботи двигунiв i процешв спалювання. Пiд час вимь рювання температури, що змiнюеться за часом, ТП не встигае миттево прийняти температуру потоку. Потрiбно деякий час для того, щоб температура ТП стала рiвною температурi потоку. Тому такий характер вимiрювань для зменшення ди-намiчноl похибки потребуе використання малошерцшних ТП. Вимiрювання температури газових потоюв, що змiнюються в чаш, при змшних коефiцiентах теп-лообмiну розглянуто в багатьох роботах, наприклад у [5, 6]. Але дотепер не роз-роблено едино1 методики оцiнювання динамiчних похибок вимiрювання температур, що змiнюються в чаш, при змшних коефщентах теплообм^.
Високошвидк1сн1 газов1 потоки. Пiд час проведення дослщжень проце-сiв тепломасообм^, в областi газово1 динамiки, а також пов'язаних iз створен-ням лиальних апаратiв для дослiдження навколоземного i космiчного простору необхiдно вимiрювати температуру газового потоку, що рухаеться зi швидкiстю 50 м/с i бiльше. Для таких випадкiв необхщно враховувати як впливаючий фактор часткове гальмування потоку в зош розмiщення ТП, що викликае додаткове на^вання його робочо1 частини. На^вання ТП i його температура залежать не тшьки вiд фiзичних властивостей стану руху газового потоку, але також i вiд його власних властивостей. Тому для вимiрювання необхщно використовувати спецiальнi конструкцп ТП. Розрахунки, виконаш автором, показують, що для повггря додаткове нагрiвання становить 1; 2; 5; 20; 500 К вщповщно при швид-костях 50; 100; 200 i 1000 м/с. Для швидкостей потоку до 50 м/с додаткове наг-рiвання е незначним, тому цю швидюсть тд час практичних вимiрювань температури можна вважати верхньою межею дiапазону ''помiрних'' швидкостей.
Пiд час вимiрювання температури високошвидкiсних газових потокiв необхщно враховувати вимоги до геометричних розмiрiв ТП, оскiльки ТП великих розмiрiв, помiщенi в газовий потж, можуть негативно позначитися на його витжанню i змiнювати режим обтжання дослiджуваних елементiв. Оскiльки потоки зазвичай хiмiчно агресивнi, то необхщно досить виважено пiдходити до вибору як термометричних, так i конструкцшних матерiалiв. Крiм цього, дуже часто вимiрювання необхiдно здiйснювати в динамiчних режимах, Тому ТП по-винш мати невеликий показник теплово1 шерцп.
До газових потокiв вiдноситься також i полум'я, в якому вщбуваеться хi-мiчна реакцiя горiння зважених у потощ частинок палива з штенсивним видi-ленням тепла. Швидюсть видшення тепла й iнтенсивнiсть випромшення визна-
чають температуру факела. Висою температури й агресившсть ra3iB у полум'1 створюють ютотш обмеження у виборi як методу вимiрювання, так i конструк-цшних та термометричних матерiалiв. Особливостi та методи вимiрювання температури полум'я детально описанi в [7].
Висновки. Аналiз типових випадкiв протiкання газових потоюв вказуе на очевидшсть, необхщшсть та важливiсть вимiрювань 1х температури у справi подальшого прогресу наукових дослщжень i розвитку провiдних галузей нащ-онально1 економiки Укра1ни, зокрема таких, як аерокосмiчна технiка, металур-гiйна i хiмiчна промисловiсть.
Рiзноманiтнiсть технологiчних об'eктiв, що трапляються в промисловш практицi, а також умов вимiрювання температури газових потокiв у них не дае змоги визначити загальш рекомендацп з вибору методу вимiрювання та конструктивних особливостей ТП для проведення вимiрювань. Вирiшення цього питання повинно прийматися в кожному окремому випадку з врахуван-ням ушх особливостей як технологiчних об'екпв, так i умов вимiрювання температури газових потоюв.
Як показують результати проведеного автором аналiзу, дотепер вщсут-нiй достатнiй науковий доробок теоретичних, технолопчних та метрологiчних основ проектування ТП для вимiрювання температури газових потоюв. Незва-жаючи на певш успiхи в розробленнi теоретичних основ умов теплообмшу в газових потоках, загальна теорiя для створення оптимальних конструкцiй, якi за-безпечували б мiнiмальну похибку, залежно вщ умов вимiрювання, вiдсутня. Деяю питання щодо конструювання ТП для конкретних умов застосування е проробленими, але таю проблеми, як розроблення 1х математично! моделi, ана-лiз, прогнозування i розрахунок складових похибок вимiрювання та деякi iншi розроблеш недостатньо.
Прiоритетним напрямом у виршенш ще! проблеми е створення оптимальних конструкцш високоточних i надшних ТП з використанням термометричних та конструкцшних матерiалiв iз спещальними властивостями, високою стабiльнiстю 1х електрохiмiчних, хiмiчних та механiчних властивостей у широкому дiапазонi змiни температур.
Л1тература
1. Линевег Ф. Измерение температур в технике : пер. с нем. Т.И. Киселевой и В.А. Федоровича / Ф. Линевег / под ред. Л.А. Чарихова. - М. : Изд-во "Металлургия", 1980. -544 с.
2. Фединець В. Вплив конструкци i способу монтажу первинних термоперетворювач1в на похибку вишрювання температури енергоносив в трубопроводах / В. Фединець // Системи транспортування, контролю якосп та облжу енергоносив : матер. доп. 1-о! М1жнар. наук.-практ. конф. - Льв1в : Вид-во "Провесшь", 1998. - С. 242-246.
3. Куритнык И.П. Приборы для измерения температуры поверхностей / И.П. Куритнык, В.А. Фединец, Б.И. Стаднык, Б.И. Гиль. - М. : Изд-во ЦНИИТЭИ приборостроения. - 1986. - 40 с.
4. Фединец В.А. Повышение точности термопреобразователей для измерения температуры поверхости вращающихся объектов / В.А. Фединец // Вопросы радиоэлектроники. - Сер.: ТРТО. - 1982. - Вып. 2(43). - С. 48-51.
5. Луцик Я.Т. Вишрювання температури: теор1я та практика / Я.Т. Луцик, О.П. Гук, О.1. Лах, Б.1. Стадник. - Льв1в : Вид-во ''Бескид Б1т", 2006. - 560 с.
6. Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур / Н.А. Ярышев. - Л. : Изд-во "Энергия", 1967. - 229 с.
7. Геращенко О.А. Температурные измерения / О.А. Геращенко, А.Н. Гордов, В.И. Лах и др. - К. : Изд-во "Наук. думка", 1984. - 496 с.
Фединец В.А. Особенности измерения температуры газовых потоков
Рассмотрены особенности измерения температуры газовых потоков в зависимости от типового случая их протекания. Указано, что при измерениях в высокоскоростных потоках необходимо учитывать как влияющий фактор частичное торможение потока в зоне размещения термопреобразователя, что вызывает дополнительный нагрев его рабочей части. Разработаны рекомендации по выбору методов и средств измерения.
Ключевые слова: температура, газовый поток, методы измерения, термопреобразователь, технологический процесс.
Fedynets V.O. Features of measuring of temperature gas streams
The features of measuring of temperature of gas streams are considered depending on the typical case of their flowing. It is indicated that during measuring in high-speed streams it is necessary to take into account as influence partial braking of stream in the area of placing of receivers of temperature which causes the additional heating him working part. Recommendations are worked out from the choice of methods and measuring facilities.
Keywords: temperature, gas stream, measuring methods, receivers of temperature, technological process.
УДК 674.002.5 1нж. В.В. Войтович; проф. В.В. Шостак, д-р техн. наук -
НЛТУ Украши, м. Львiв
ЗМ1ЦНЕННЯ ВИСОКОШВИДК1СНИМ ТЕРТЯМ НАПРЯМНИК1В СТР1ЧКОПИЛКОВОГО ВЕРСТАТА
Описано результати експериментальних дослщжень. Отримано piB^H^ регреси, яке характеризуе залежшсть мжротвердост поверхш цилшдричного напрямника вщ сили притискання i швидкост подавання фрикцшного диска. Показано вплив глибини поверхневого шару на змшу мжротвердост матерiалу.
Ключовг слова: мжротвердють, змщнення, напрямник.
Керування техшчним станом технолопчного обладнання шд час експлу-атацп визначають передушм стратепею техшчного обслуговування i ремонту, в основi яко! лежить науково обгрунтована структура ремонтного циклу. Ii визначають довговiчнiстю i зносостшкютю ушх деталей верстата, зокрема й базових, а саме: напрямниюв, осей, валiв, вальниць й т. ш.
Дослщжено процес розпилювання та тдготовлення шструменту на стрь копилкових верстатах у працях В.А. Худякова, O.G. Феокпстова, G.B. Трухина, Н.Ю. Мжловцика, 1.Т. Ребезнюка, Б.А. Веселково!, С.П. Степанчука та ш. Але питанням керування техшчним станом верстапв у цих роботах не придшено уваги. За результатами аналiзу конструктивних особливостей i практики експлуатацп горизонтальних стржопилкових верстатiв встановлено:
1. На бшьшосп пiдприемств, де розпилюють колоди на бруси i дошки вико-ристовують горизонтальнi стрiчкопилковi верстати вiтчизняного виробниц-тва. Цi верстати за сво!ми показниками забезпечують вимоги щодо якост та продуктивностi.
2. На сьогодш в Украш немае жодно! науково-дослщно! роботи з дослiдження надiйностi цих верстатав, вiдсутнi науково обгрунтованi та практично апро-бованi структури ремонтних циклiв i рекомендацп щодо !х розроблення.
