Методические указания к выполнению лабораторных работ по газоснабжению

Методические указания к выполнению лабораторных работ №№1,2,3 по газоснабжению для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» дневного и заочного форм обучения Составители: Сурков А.П., Цыренова С.С. Редактор: Стороженко Т.А. Подписано в печать 2003 г. Формат 60x84 1/16. Усл.п.л.1,39, уч-изд.л.0,9. Тираж 50 экз. _____________________________________________________ РИО ВСГТУ. Улан-Удэ, Ключевская, 40а, Отпечатано в типографии ВСГТУ. Улан-Удэ, Ключевская, 42.

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Восточно-Сибирский государственный технологический Университет

Методические указания к выполнению лабораторных работ №№1,2,3 по газоснабжению

ВСГТУ, 2003 г. для студентов специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция» дневного и заочного форм обучения.

Улан-Удэ 2003

В методических указаниях изложена методика определения расхода газа газовым счетчиком (лаб. раб.№1), методом перепада давления (лаб. раб.№2) и КПД газовой плиты (лаб. раб.№3). Перед методическими указаниями по выполнению лабораторных работ приведены типы и виды расходомеров, расходомерные диафрагмы, дифманометры, микроманометры, бытовые газовые плиты.

Теоретические данные Для измерения расхода газа используются различные методы, которые зависят от производительности и давления газа. К бытовым газовым приборам относятся газовые плиты, газовые водонагреватели, кипятильники и т.д. I. Расходомеры объемного типа Бытовые газовые счетчики относятся к классу объемных, одномембранных, двухкамерных, клапанных с рычажнофрикционным механизмом, Для точных лабораторных измерений применяется барабанный газовый счетчик с жидкостным (водяным) заполнением типа 1ГСБ-400 со следующими техническими характеристиками: - расход, л/час: номинальный - 400; минимальный 20; максимальный - 600; - объем измерительного пространства, л. - 5; - порог чувствительности, л/час -4; - рабочее давление, кПа -6; - погрешность показаний в пределах измерений, % -1; - температура газа, град. С - 15...25; - наименьшая цена деления шкалы, л. - 0,02; - потеря напора при номинальном расходе газа, Па - 80; - диаметр счетчика, мм. - 275; - высота, мм - 370; -ширина,мм-315; -вес, кг. - 7.

Технические характеристики бытовых счетчиков

клапанных

Технические данные

ЗГК Ф-6

ЗГК Ф-2

ГК-6

ГКФ

Расход газа, м3/ час: номинальный минимальный максимальный Объем измерительного пространства, л. Порог чувствительности, м3/час

6 0.3 9 5

2.5 0.12 3.75 2.1

6 0.3 9 5

6 0.3 9 5

0.06

0.03 75

0.06

0.06

3 2 10

3 2 8

3 2 10

3 2 10

0.02 5-35

0.02 5-35

0.05 5-35

0.02 5-35

400 325 154

326 250 137

345 299 180

„90 325 156

230 1 3

200 1 3

230 1 3

1 3

Погрешность показаний при расходе: 5-10% более 10% Потеря давления при номинальном давлении, Па Цена наименьшего показания, л. Температура среды, град. С Габаритные размеры, мм: высота диаметр толщина Расстояние между осями штуцеров, мм. Диаметр штуцера, дюйм Рабочее давление, кПа

Для замера расхода газа с давлением до 0,1 МПа и при расходе не более 1200-2000 м3/час применяются ротационные счетчики. Счетчики типа РГ выпускаются для номинальных расходов газа 25, 40, 100, 250, 400, 600 и 1000 м3/час и эксплуатируются при температурах газа от 0-50 град. С. Нормальное направление потока газа сверху – вниз. При больших давлениях газа и расходах устанавливаются расходомерные диафрагмы в комплекте с дифманометром. Измерение расхода газа осуществляется с помощью устанавливаемой на газопроводе диафрагмы или трубопровода малого сечения, создающей местное сужение потока. Средняя скорость потока в суженном сечении возрастает, благодаря чему статическое давление в данном сечении становится меньше статического давления перед диафрагмой или трубопровода малого сечения. Перепад давления возрастает с увеличением расхода газа и служит мерой расхода. Перепад определяется с помощью дифманометров, микроманометров типа «ЦАГИ», «ММН-240», регистрирующих манометров типа ДПМ и ДП (жидкостные и с ртутным заполнением) и ДСС - сильфонные. Для регистрации расхода газа среднего и высокого давления совместно с самопишущими дифманометрами для установки на газопроводах диаметрам от 50 до 500 мм при Ру=0,25; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 и 10,0 МПа промышленность поставляет камерные нормальные диафрагмы типа ДКН-10; ДКН-25 и ДКН-100; дисковые нормальные - типа ДДН-2,5; ДДН-6; ДДН-10; ДДН16. Диафрагма должна устанавливаться на прямолинейном участке газопровода общей протяженностью не менее 30 диаметров (25 диаметров перед диафрагмой и 5 диаметров после диафрагмы).

Технические характеристики ротационных счетчиков

Дифманометры поплавковые жидкостные самопишущие:

РГ Технические данные Расход газа, м3/час, номинальный минимальный максимальный Порог чувствительности, м3/час Потеря давления, Па, не более Рабочее давление, кПа

40

100

250

400

600

1000

40 48 4 0.6

100 120 10 1.5

250 300 25 3.75

400 480 40 6

600 720 60 9

1000 1200 100 15

300 300 100 100

300 100

300 100

300 100

300 100

2

2

2

2

Погрешность показаний, %, при расходах : 10-20 3 20-120

1.6

2

1-1.6 1-1.6 1-1.6 1-1.6 1-1.6

Габаритные размеры., мм длина ширина высота

260 340 177 260 175 240

425 380 360

530 380 360

620 470 440

710 545 500

Диаметр штуцеров, мм

50

125

150

150

200

Диаметр фланцев, мм Масса, кг

140 185 9 28

233 75

260 90

260 142

315 225

80

ДПМ-710 - дифманометр самопишущий, привод диаграммы от синхронного микродвигателя; ДПМ-710р - расходомер самопишущий, привод диаграммы от синхронного микродвигателя; ДПМ-710ч - дифманометр самопишущий, привод диаграммы от часового механизма; ДПМ-710чр - расходомер самопишущий, привод диаграммы от часового механизма. Заполнителем поплавкового сосуда дифманометров служит масло МВП. Верхние пределы измерений по перепаду давления, кПа: 0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0. Рабочее давление (избыточное) - 0,25 МПа. Температура окружающей среды от +5 до +50 град. С, при относительной влажности не более 80%. Дифманометры поплавковые ртутные типа ДП могут применяться в качестве самопишущих приборов для регистрации давления (перепада давления), а также в качестве расходомеров для газа среднего и высокого давления: ДП-710 - дифманометр самопишущий, привод диаграммы от синхронногого микродвигателя; ДП-710р - расходомер самопишущий, привод диаграммы от синхронного микродвигателя; ДП-710ч - дифманометр самопишущий, привод диаграммы от часового механизма. Верхние пределы измерения по перепаду давления, кПа: 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10,0. Рабочее избыточное давление до 16 МПа. Температура окружающей среды от +5 до +50 °С при относительной влажности до 80%. Время одного оборота диаграммы 12 и 24 часа.

Дифманометры сильфонные как и поплавковые, могут применяться в качестве самопишущих приборов для замера давления, перепада давления, а также в качестве расходомеров. ДСС-710н или ДСС-7Шв - дифманометры сильфонные, самопишущие с приводом диаграммы от синхронного микродвигателя; ДСС-710нч или ДСС-710ВЧ - дифманометры сильфонные, самопишущие с приводом диаграммы от часового механизма; ДСС-712н или ДСС-712в - дифманометры сильфонные, самопишущие с интегратором и приводом диаграммы от синхронного микродвигателя; ДСС-734н или ДСС-734в - дифманометры сильфонные, самопишущие с дополнительной записью давления и приводом диаграммы от синхронного микродвигателя; ДСС-734нч или ДСС-734вч - дифманометры сильфонные, самопишущие с дополнительной записью давления и приводом диаграммы от часового механизма; ДСС-732н или ДСС-732в дифманометры сильфонные, самопишущие с интегратором и дополнительной записью давления, привод диаграммы от синхронного микродвигателя. Верхние пределы измерения перепада давления, кПа: а) С индексом «н» - 6,3; 10,0; 16,0; 25,0; 40,0; 63,0; б) С индексом «в»- 63,0; 100,0; 160,0. Рабочее избыточное давление, МПа: а) С индексом «н» -16,0; б) С индексом «в» - 32,0. Температура окружающей среды от +5 до +50 °С при относительной влажности не более 80%. Микроманометры типа «ЦАГИ» и «ММН-240» являются переносными (спиртовым) эаполнителем.

приборами

с

жидкостным

Данные микроманометры применяются в лабораторной практике и в промышленных условиях при проведении испытаний теплосиловых и других установок для измерения малых давлений, разрежения или перепада воздуха и неагрессивных паров и газов. Приборы данного типа в зависимости от их назначения подразделяются на образцовые и рабочие (технические и повышенной точности). В качестве рабочей жидкости применяется этиловый спирт плотностью 0,8095 кг/дм3. Прибор состоит из широкого сосуда, измерительной трубки, закрепленной на поворотном кронштейне с фиксатором угла наклона трубки. Микроманометр «ЦАГИ» имеет шкалу от 0 до 160 мм, «ММН-240» - от 0 до 240 мм. Прибор снабжен уровнем для установки в горизонтальное положение, который устанавливается с помощью двух регулировочных винтов. Для изменений диапазона измерения давления измерительная трубка может быть установлена под тремя фиксированными углами к горизонтальной плоскости. Синус углов наклона трубки: равен: 0,125; 0,25; 0,5. Погрешность показаний - 0,5% от верхнего предела измерений. Действительное давление (перепад давления) при замерах микроманометром определяется по формуле ∆P = 9,81 (n2-n1) sinα ρсп С, Па, где n2, n1 - соответственно, конечное и начальное показания микроманометра, мм; sinα - синус угла наклона трубки (для ЦАГИ); ρсп - плотность спирта, кг/л; С - поправочный коэффициент, учитывающий угол наклона трубки определяется по таблице 1:

sin α С

0,125 1,010

0,250 1,029

0,500 1,029

Таблица 1. 1,000 1,006

Бытовые газовые плиты Бытовые газовые плиты должны отвечать требованиям ГОСТ 10798-85 и имеют следующую классификацию: - высший класс «а»; - высший класс «б»; - первый класс «а»; - первый класс «б». Плиты высшего класса «а» имеют программное устройство, включающее терморегулирование работы духового шкафа, клапаны-отсекатели и электрический розжиг конфорочных горелок и горелки духового шкафа, имеют одну конфорочную» горелку повышенной производительности, освещение духового шкафа, вертел с электроприводом и жарочную горелку. Плиты высшего класса «б» оснащаются автоматическим зажиганием конфорочных горелок, клапаном - отсекателем и терморегулятором горелок духового шкафа. В плитах первого класса «а» предусмотрен терморегулятор, конфорочные горелки нормальной производительности. Объем духового шкафа должен быть не менее 50 л. Плиты первого класса «б» могут иметь духовой шкаф объемом до 35 л. Газовые плиты бывают переносными, туристическими и стационарными. Переносные и туристические плиты оборудованы одной или двумя конфорочными горелками тепловой мощностью от 1,75 до 2,0 кВт и без духового шкафа. Стационарные газовые плиты выпускаются только с духовыми шкафами и бывают с 2, 3 и 4 конфорочными горелками. Газовые плиты работают только на низком давлении газа и имеют возможность сжигать природный и сжиженный углеводородный газы.

Технические характеристики унифицированных газовых плит. 1. Число конфорочных горелок-2 (не менее); 2. Тепловая мощность конфорочных горелок, кВт: -номинальная -1,85; -максимальная - 2,8; -минимальная - 0,7. 3. Тепловая мощность горелки духового шкафа - 3,5 кВт; 4. КПД конфорочных горелок - не менее 55%; 5. Габаритные размеры плиты, мм: - длина (глубина) - 600; - ширина - 400-1050; 6. Размеры духового шкафа, мм: - высота - 260; - ширина -330. 7. Высота от пола до стола плиты - 850 мм; 8. Диаметр входного штуцера-15 мм; 9. Высота от пола до оси входного штуцера - 770 мм; 10. Масса плиты (без баллона) - 45-80кг; 11. Диаметры сопловых oтверстий, мм: конфорочные: - для природного газа - 1,2; - для сжиженного газа - 0,75; духового шкафа: - для природного газа -1,8-1,6; - для сжиженного газа-1,2-1,0; 12. Номинальное давление, кПа: - для природного газа-1,3; - ля сжиженного газа - 3,0. Разогрев духового шкафа до температуры 285-300 град. С не более 25 минут.

Лабораторная работа №1 «Измерение расхода газа газовым счетчиком» 1.Задачи лабораторной работы. Ознакомиться с устройством и принципом действий газового счетчика. Определить расход газа при помощи газового счетчика и приведение его к нормальным условиям. Построение зависимости расхода газа от давления перед газовой плитой с объяснением хода кривой зависимости. 2. Экспериментальная установка. Схема экспериментальной установки представлена на рис.1 и состоит из газового баллона, газового счетчика, газовой плиты и измерительных приборов. 3. Основные расчетные формулы. Объем газа Vзам , м3, замеренный за время , t с, определяется по разности показаний газового счетчика в конце и в начале опыта по формуле: (m − m1 ) V= 2 , м3, 1000

где m2, m1 - соответственно, показания газового счетчика в конце и в начале опыта, л. Замеренный объем газа приводится к нормальным условиям, т.е. к температуре 0 °С и давлению 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) по формуле: ( P − Pг − P ) 273 , V = Vзам ∗ бар ∗ 760 273 + Τг где Рбар- среднее барометрическое давление за период испытания, мм рт.ст.; Рг - среднее давление газа в газовом счетчике в начале и

в конце опыта, мм рт.ст.; Р - давление насыщенных паров воды при средней температуре газа за время опыта, мм.рт.ст.; Тг - средняя температура газа за время опыта, °С. Ввиду того, что давление газа измеряется U-образным манометром с водяным наполнением, производится перерасчет давления в мм рт.ст. по формуле: Pв P = г , мм рт.ст. 13,6 в где Рг - давление газа, измеренное U-образным манометром, мм вод.ст. Давление насыщенных водяных паров приведено в таблице приложения П-1 стр.20 в зависимости от средней температуры воды в газовом счетчике за время опыта. Если давление в Па, то берем 101300 (не 760). Расчетный расход газа, сжигаемого газовой горелкой, определяется по формуле; 7 Секундный расход газа определяется по формуле: Vс =

Vнорм.

τ

, м3/с.

Данные измерений и результаты их обработки сводятся в таблицу №2: Таблица 2. № Т, t m1 m2 Давление Расход газа 3 3 мм рт. ст. мм вод ст м м \ч °C c в Р Vз Vн Vр Рбар Рг Р 1 2 3 4 5 6

4. Порядок проведения работы. Производят измерения атмосферного давления Рбар, мм рт.ст., давления газа в счетчике, Рв, мм вод.ст., температуры газа Т, °С, снимают показания газового счетчика Vзам, м3, в начале m1 и в конце m2 опыта, продолжительность опыта t, с. На основе данных измерений определяют: - давление газа в счетчике Pг, мм рт. ст.; - замеренный объем газа Vзам, м3; - объем газа при нормальных условиях Vнорм; - расчетный и секундный расходы газа Vр, м3, Vс, м3/с. Измерения и их обработку проводят 6 paз. Начертить схему лабораторной установки, построить график зависимости расхода газа от давления газа перед газовой плитой и объяснить ход кривой зависимости.

5. Контрольные вопросы.

Лабораторная работа №2 «Определение расхода газа методом перепада давления»

1. Цель и задачи выполнения лабораторной работы; 2. Порядок выполнения лабораторной работы; 3. Контрольно-измерительные приборы, применяемые в работе; 4. Типы и виды приборов, служащие для измерения давления газа; 5. Типы и виды расходомеров; 6. Устройство и принцип действия газового счетчика; 7. Объяснить график зависимости расхода газа от давления.

1. Задачи лабораторной работы. Ознакомление с принципом действия и устройством микроманометра; Определение расхода газа при помощи газового счетчика и с помощью ссужающего устройства и микроманометра; Построение графика зависимости расхода газа от давления газа перед прибором. 2. Экспериментальная установка.

Температура газа, Тг, °С

Упругость насыщенных паров воды, P, мм рт. ст.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

9,21 9,84 10,52 1 1,23 11,99 12,79 13,63 14,53 15,48 16,18

Таблица 3. Температура Упругость насыщенных газа, паров воды Тг, °С Р, мм рт. ст. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

17,53 18,65 19,83 21,07 22,38 23,76 25,21 26,74 28,35 30,04

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1 и состоит из баллона, участка raзопровода, газовой плиты и контрольно-измерительных приборов. 3. Основные расчетные формулы. Расход газа, сжигаемого в газовой горелке газовой плиты, измеряется методом перепада давления. В качестве ссужающего устройства служит газопровод малого диаметра длиной 1,8 метров и внутренним диаметром 5 мм, вторичным прибором служит микроманометр (ЦАГИ или ММН-240). Определение расхода газа методом перепада давления производится в зависимости от режима движения газа по газопроводу по формулам: -для ламинарного режима движения газа: V p' =

ΔP ∗ d 4 , 147 ∗ 10 − 4 ∗ ρνl

м3 / ч

ρ0 = (ρс+dг) * К, кг/м3;

-для критического режима движения газа: ⎛ ΔP ∗ d 4,75 ⎞ ⎟⎟ V p'' = ⎜⎜ −10 ⎝ 55,9 ∗ 10 ∗ ρl ⎠

где

0 , 57

,

м3 / ч

ρс - плотность газа на сухую массу, кг/м3; dг =5 г/м3- влагосодержание газа, кг/м3; К - коэффициент, зависящий от

давления где ΔP - перепад давления газа в газопроводе, Па; d - внутренний диаметр газопровода, м; ρ - плотность газа, кг/м3; ν - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; ℓ - длина участка газопровода, м. Перепад давления газа в ссуженном участке газопровода определяется по формуле: P = (n1-n2) sinα* ρcп*C *9,81, Па, где n1, n2- соответственно, показания микроманометра в начале и в конце опыта, мм спирт.ст.; sinα - синус угла наклона трубки (0,125; 0,25; 0,5;1,0); ρcп=0,8095- плотность спирта, кг/л; С - поправочный коэффициент на угол наклона трубки микроманометра, который определяется по таблице 1, стр.10. Плотность газа определяется по формуле: ⎛ Р + P ⎞ ⎛ 273 ⎞ ⎟⎟, кг/м3; ρ г = ρ ⎜⎜ бар г ⎟⎟ ∗ ⎜⎜ 760 273 t + ⎝ ⎠ ⎝ г ⎠ где ρг - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; Рбар- барометрическое давление, мм рт. ст.; Рг- давление газа перед газовым прибором, мм рт.ст.; (см. лаб.раб.№1); tг- температура газа, °С. Плотность газа при нормальных условиях определяется по формуле:

насыщенных паров воды. Плотность газа на сухую массу определяется по формуле: ρс=0,01∑( ρсi*ri), кг/м3; ρсi - плотность сухой массы i-го компонента газа, кг/м3; ri - объемная доля i-го компонента газа, % объема. Коэффициент, зависящий от влагосодержания газа определяется по формуле: где

К=

0,804 . 0,804 + d г

Кинематическая вязкость газа определяется по формуле: νг =νсм[1+0,006(tг-20)], м2/с, где νсм - кинематическая вязкость смеси сжиженных углеводородных газов (СУГ) при нормальных условиях, м2/с; tг - температура газа, °С. Кинематическая вязкость смеси СУГ определяется по формуле: νсм=0,01∑(νi * ri), м2/с; где

νi - кинематическая вязкость i–х компонентов газа (ν С3 Η 8 = 3,78 ∗ 10−6 ,ν С 4 Η10 = 2,57 ∗ 10 −6 , м2/с) ;

Р - упругость насыщенных паров воды в

ri - объемная доля i–х компонентов СУГ, % объема. ОАО «Бурятгаз»: С3Н8=51,4% - 53%; С4Н10=46,9% - 47%; Для определения режима движения газа находим число Рейнольдса по формуле: Re =

W ∗d

ν см

счетчике, мм pт. ст.; tг - температура газа, °C. τ - время опыта, с. Давление газа определяется по формуле: Ргв Рг = , мм рт.ст.; 13,6 где Ргв - давление газа у газового прибора, измеренное при помощи U-образного манометра, мм вод.ст. Погрешность измерения расхода газа определяется по формуле: V p − V p' ' V p'''' − V p ,%или∂ = ,% ∂= Vp V p''

,

Re ≤ 2400 - ламинарный режим; 2400 < Re > 4000 - переходный режим; где W - средняя скорость потока смеси СУГ, м/с; d - внутренний диаметр газопровода, м; νсм - кинематическая вязкость смеси СУГ, м2/с. Средняя скорость потока смеси СУГ определяется по формуле: VΡ , м/с; W= 3600 ∗ F

где Vp - расчетный расход газа, определенный для ламинарного или турбулентного режима движения потока смеси СУГ по газопроводу, м3/ч; F – площадь поперечного сечения газопровода, м2. Числа Re должны получаться или для ламинарного или для критического режимов. Контрольное измерение расхода газа производится по расходомеру: ⎛ m − m1 ⎞ ⎛ Pбар + Pг − P ⎞ ⎛⎜ 273 ⎞⎟ 3600 3 ⎟⎟ ∗ ⎜ Vp = ⎜ 2 ⎟ ∗ ⎜⎜ ⎟ ∗ τ , м /ч. 760 ⎝ 1000 ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ 273 + t г ⎠

где m2, m1- соответственно, показания газового счетчика в конце и в начале опыта, л; Pбар - барометрическое давление, мм рт. ст.; Pг - давление газа, мм рт. ст.;

где V p - контрольный расход газа, м3/ч (лаб. раб.№1). V p' режима

расход,

определенный

для

ламинарного

движения газа, м3/ч; V p'' - расход, определенный для критического

режима движения газа, м3/ч. Результаты расчетов сводятся в таблицы 3 и 4. № 1 1 2 3 4 5 6

Давление мм рт. ст. мм в.ст Рбар Рг Рв 2 3 4

Расход газа Т, м3/ч м3/с °C Vр Vр 5 6 7

T с

8

Таблица 3. m1 m2 % 9

10

11

Примечание. Графы 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10 – лаб. раб..№1; графы 5, 6, 11-сравнение результатов лаб. раб..№№1 и 2. № n1 n2

К

dP

pг

Vг

1 1 2 3 4 5 6

4

5

6

7

2

3

V л 8

W п 9

л 10

п 11

Таблица 4. Re V л п 12 13 14

4. Порядок проведения работы. 1. Производят измерения: - барометрического давления по барометру-анероиду (Рбар), мм рт.ст. - давления газа по U-образному манометру (Рв), мм вод. ст.; - температуры газа по ртутному термометру (Т), °С. 2. Снимают показания: - газового счетчика (m1, m2) за время T; - показания микроманометра (n1, п2). На основе данных измерений определяют: - давление газа перед газовым прибором (Рг), мм рт. ст.; - плотность газа для условий опыта (pг), кг/м3; - коэффициент кинематической вязкости газа (Vг), м2/с; - расход газа для ламинарного или турбулентного режимов движения (V1 или V11) м3/ч; - скорость потока горючей смеси СУГ (W), м/с; - число Рейнольдса; - погрешность измерения, которая не должна превышать 10%. Измерения и обработку результатов проводят 6 раз.

Начертить схему лабораторной установки. Построить график зависимости расхода газа от давления перед газовым прибором с объяснением вида и хода кривой зависимости. 4. Контрольные вопросы. 1. Цель и задачи проведения лабораторной работы. 2. Порядок выполнения работы. 3. Устройство и принцип действия микроманометра. 4. Единицы измерения давления и формулы их перевода систему СИ. 5. Объяснить график зависимости расхода от давления газа.

Лабораторная работа №3 «Определение КПД газовой плиты»

рт.ст.; 1. Задачи лабораторной работы. Ознакомиться с типами и видами бытовых газовых плит. Определить КПД газовой плиты с выключенным и включенным духовым шкафом. Построить кривую зависимости изменения КПД от давления газа перед прибором. 2. Экспериментальная установка. Схема экспериментальной установки представлена на рис. I и состоит из газового баллона, регулятора давления газа, газовой плиты с кастрюлей и комплекта контрольно-измерительных приборов. 3. Основные расчетные формулы. Количество затраченного тепла определяется по формуле: Qзатр= Vнор * Qнр , кДж; где Vнор- израсходованный объем газа, приведенный к нормальным условиям, м3/ч; Qнр - низшая теплота сгорания газа, кДж/м3. Приведенный объем газа определяется по формуле (лаб. раб.№1): ⎛ m − m1 ⎞ ⎛ Pбар + Pг − P ⎞ ⎛⎜ 273 ⎞⎟ 3 ⎟⎟ ∗ ⎜ Vноp = ⎜ 2 ⎟ ∗ ⎜⎜ ⎟, м ; 760 ⎝ 1000 ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ 273 + tг ⎠

где m2, m1 - соответственно, показания газового счетчика в конце и в начале опыта, л;

Рбар- среднее барометрическое давление, мм рт.ст.; Рг - давление газа перед газовым прибором мм

Р - упругость насыщенных паров воды в газовом счетчике, мм.рт.ст.; tu - температура газа, °С ; Низшая теплота сгорания газа определяется по формуле:

Qнр = Qнс ∗ К ; кДж/м3; где Qнс - низшая теплота сгорания газа на сухую массу, кДж/м3. К - коэффициент, зависящий от влагосодержания газа, определяется по формуле: 0,804 К= 0,804 + d г где dг - влагосодержание газа, кг/м3. Низшая теплота сгорания газа на сухую массу определяется по формуле:

(

)

Qнс = 0,01 ∗ ∑ Qнic ∗ ri , кДж/м3;

где Qнiс - низшая теплота сгорания i-того компонента газа, кДж/м3; ri - объемная доля i-того компонента газообразного топлива, % об. Полезно используемое тепло от сгорания газообразного топлива в горелке бытовой газовой плиты определяется по формуле: Qпол=(Qвод+Qс+Qо.с.), где Qвод -количество тепла, воспринятое водой, кДж; Qс - количество тепла, затраченное на нагрев сосуда, кДж; Qо.с. - количество тепла, отданное в окружающую

среду, кДж; Количество тепла, воспринятое водой, определяется по формуле: Qвод=Gвод* С р' *(Tкон-Tнач), кДж; где Gвод = 1 кг - количество нагреваемой воды; С р' = 4,187 кДж/(кг °К) - средняя массовая теплоемкость воды при постоянном давлении; Tн, Тк - соответственно, начальная и конечная температуры воды, °К. Количество тепла, затраченное на нагрев сосуда, определяется по формуле: Qс=Gс* С р' *(Tкон-Tнач), кДж; где Gс - масса сосуда; С р' = 0,822 кДж/(кг °К) - средняя массовая теплоемкость материала сосуда (алюминий). Количество тепла, отданное в окружающую среду определяется по формуле: Qо.с.=Qрад+Qконв, кДж; где Qрад- количество тепла, отданное в окружающую среду радиацией или излучением, кДж. Qконв - количество тепла, отданное в окружающую среду конвекцией, кДж. Количество тепла, отданное в окружающую среду лучеиспусканием, определяется по формуле: ⎡⎛ T ⎞ 4 ⎛ T ⎞ 4 ⎤ Q рад = ε ∗ Co ∗ F ⎢⎜ 2 ⎟ − ⎜ 1 ⎟ ⎥ ∗ τ , кДж; ⎢⎣⎝ 100 ⎠ ⎝ 100 ⎠ ⎥⎦

где

ε=0,2 - степень черноты полного нормального

излучения; С0= 5,67 10-3 кВт/(м2 °К) - коэффициент излучения абсолютно черного тела; F=0,091 м2 - поверхность теплообмена цилиндра (кастрюли). Т2- средняя температура поверхности сосуда, °К, Т1 - температура окружающего воздуха, °К. τ - время опыта, сек. Средняя температура поверхности сосуда определяется по формуле: ⎛t +t ⎞ Т 2 = ⎜ нач кон ⎟ + 273 , °К. 2 ⎝ ⎠ Количество тепла, отданное в окружающую среду конвекцией, не учитывается ввиду того, что сосуд, установленный на конфорке газовой плиты, омывается отходящими дымовыми газами. Коэффициент полезного действия (КПД) газовой плиты определяется по формуле: Q η = пол ∗ 100 , %. Qзатр Данные измерений и результаты их обработки сводятся в таблицы 5 и 6. Таблица 5. Давление № Т, m1 m2 T , с Vp, м3/ч мм рт.ст. мм в.ст. °К Рг Рв Рбар 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6

№

Vр, м3/ч

Qзатр, кВт

Qвод, кДж

Qс, кДж

Qо.с., кДж

1 1 2 3 4 5 6

2

3

4

5

6

Таблица 6. Qпол, КПД кВт газовой плиты,% 7 8

4. Порядок проведения лабораторной работы Производят измерения: - атмосферного давления (Рбар), мм. рт. ст.; - давление насыщенных паров воды в газовом счетчике (Р), мм рт. ст.; - давление газа перед газовой плитой (Рв), мм. вод, ст.; - температуры газа (Т), °К; - показания газового счетчика в начале (m1) и в конце опыта (m2), л; - продолжительность опыта (T ), с. На основе данных измерений определяют: - давление газа перед газовой плитой (Рг), мм. рт. ст.; - расчетный расход газа (Vр), м3/ч; - количество затраченного тепла (Qзатр), кВт; - количество тепла на нагрев воды (Qвод), кДж; - количество тепла на нагрев сосуда (Qсос); - количество тепла в окружающую среду (Qо.с.), кДж; - количество полезно используемого тепла (Qпол), кВт; - КПД газовой плиты, %. Измерения и их обработку проводят б раз. Начертить схему лабораторной установки.

Построить зависимости КПД газовой плиты при работающем духовом шкафе и без него. 5. Контрольные вопросы. 1. Цель и задачи выполнения лабораторной работы. 2. Порядок выполнения лабораторной работы. 3. Типы, виды и устройство газовых плит. 4. Определение количества тепла на нагрев воды, нагрев сосуда, в окружающую среду, количество полезного и затраченного тепла. 5. Объяснить график зависимости КПД при работающем духовом шкафе и без него. Список использованной литературы. 1. Лабораторный практикум по теплогазоснабжению и вентиляции. Под ред. Одельского Э.Х. Минск, Вишэйшая школа, 1973.-208 с. 2. Методические указания к выполнению лабораторных работ по газоснабжению.- Афанасьев К.А. –РИО ВСГТУ. УланУдэ. 1998,-38 с.. 3. Правила безопасности в газовом хозяйстве. - М.: Недра, 1992.-270 с. 4. Ионин А.А. Газоснабжение: учеб. для вузов - 4-е. изд. перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1989.-439 с. 5. Журавлев Б.А. Справочник мастера-сантехника.-5-е изд. перераб. и доп.- М.: Crpoйиздaт, I982.-432 с. 6. Кязимов К.Г., Гусев В.Е. Основы газового хозяйства. Учебник для проф. уч. завед. 3-е изд. перераб. и доп.-М.: Высшая школа, 2000. - 462 с.: ил. 7. СНиП 2.04.08-87*. Газоснабжение/Минстрой России.- М.: ГУП ЦПП, 1999,- 68 с.