Porovnání metodik měření rozstřikových charakteristik rozstřikovacích trysek RT 240

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta strojní, Ústav mechaniky tekutin a energetiky, Odbor mechaniky tekutin a termodynamiky Porovnání metodik měření rozstřikových charakteristik rozstřikovacích trysek RT 240 Ing. Viktor Syrovátka, Ing. Pavol Vitkovič, Prof. Ing. Jiří Nožička, CSc. 1. Úvod Cílem práce bylo porovnat dvě metody měření rozstřikových charakteristik rozstřikovacích trysek RT240. Tryska RT240 je nejpoužívanější rozstřikovací tryska pro chladicí věže v ČR v současné době. Rozstřikovací charakteristiky slouží k určení rovnoměrnosti zavodnění chladicí věže. Znát rovnoměrnost zavodnění chladicí věže je jeden z klíčových faktorů pro návrh chladicí věže. Zanedbat rovnoměrnost zavodnění může vést k snížení tepelné účinnosti chladicí věže a v některých případech k zničení chladicích výplní (převážně ve špinavých provozech jako je hutnický průmysl dochází při nerovnoměrném zavodnění k zanesení části chladicích výplní). Metody, které porovnáváme, jsou metoda superpozice a metoda interakce. Metoda superpozice spočívá ve změření rozstřikovací charakteristiky jedné trysky.

2 Skládáním (sčítáním) takto změřené charakteristiky dostaneme informaci o zavodnění. U metody interakce se měří všechny trysky najednou. 2. Popis experimentálního zařízení Celé experimentální zařízení lze rozdělit na dvě části: - Vodní hospodářství - Měřicí stojan (na obr. 1 č. 1 - stojan). Obr. 1. Schéma experimentálního zařízení na měření rozstřikových charakteristik trysek; 1 stojan, 2 trysky, 3 sběrná nádoba, 4 čerpadlo, 5 nádrž, 6 vodní kanál 2.1. Vodní hospodářství Vodní okruh je tvořen dvěmi nádržemi. Voda se čerpá čerpadlem (LOWARA FHS /55) ze spodní nádrže, tvořené vodním kanálem do horní nádrže s objemem 27 m 3 (obr. 1 č. 5 nádrž). Z horní nádrže pokračuje vodní okruh rozváděcím potrubím do potrubního systému s tryskami. Voda z trysek se vrací zpátky do vodního kanálu. 2

3 Obr. 2. Vodní hospodářství Horní nádrž je opatřena dvěma přepady. Zadní přepad (obr. 3) slouží jako bezpečnostní přepad, který brání přelití nádrže při plném výkonu čerpadla. Obr. 3. Zadní přepad Pro regulaci výšky hladiny slouží regulační přepad (obr. 4). 3

4 Obr. 4. Regulační přepad Z horní nádrže je vyvedené rozvádějící porubní systém (obr. 5], který je opatřen regulačními klapkami se šnekovým převodem pro nastavení Δp nad tryskami (obr. 6). Obr. 5. Rozváděcí potrubní systém Obr. 6. Regulační klapky se šnekovým převodem Dále rozvod vody pokračuje pružnými hadicemi (obr. 7), které propojují rozváděcí potrubní systém s potrubním systémem s tryskami. Obr. 7. Pružné hadice 4

5 2.2. Stojan Stojan má tvar kvádru o rozměrech 4000 x 3000 x 3000 mm (obr. 8). Uvnitř jsou umístěna ramena na uchycení potrubního systému s tryskami. Ramena spolu s potrubním systémem s tryskami lze výškově nastavit a tak vymezit vzdálenost mezi tryskami a sběrnou nádobou. Ramena jsou opatřena aretačními úhelníky. Obr. 8. Stojan 3. Návrh experimentu Pro porovnání metody superpozice a metody interakce, byl navržen experiment, který má určit zavodnění dvou trysek pomocí těchto metod. V případě obou metod nebudeme uvažovat vliv proudícího vzduchu v chladicí věži. Na obr. 9 je zobrazeno experimentální zařízení. Zařízení je postaveno v měřítku 1 : 1. Systém je tvořen plastovým potrubím, na kterém je umístěno 5 rozstřikovacích trysek RT 240. Vzdálenost mezi tryskami je 800 mm (obr. 10). Z toho si vybereme jenom dvě trysky, které nás budou zajímat a to druhou a třetí trysku od vstupu do potrubního systému s tryskami. Ostatní trysky budou mít vliv na děje odehrávající se v potrubním systému s tryskami (nejsou cílem této práce), ale nebudou mít vliv na děje odehrávající se pod tryskami (tj. nebudou opatřena rozstřikovým talířkem). 5

6 Obr. 9. Pohled na experiment Obr. 10. Uspořádaní potrubního systému s tryskami Pod tryskami je umístněná sběrná nádoba (obr. 11), která představuje v našem případě chladicí výplň do chladicí věže. Sběrná nádoba je tvořena roštem, který má 100 polí (z toho 40 aktivních červená barva na obr. 11) na sběr a distribuci vody do sběrných válců. 6

7 Obr. 11. Sběrná nádoba Měření je rozděleno na 2 části. V první častí se měří rozstřik pomocí metody superpozice (obr. 12 a)) a v druhé pomocí metody interakce (obr. 12 b)). + a) b) Obr. 12. Schéma měření a) metoda superpozice, b) metoda interakce U metody superpozice se každá tryska měří samostatně a výsledný rozstřik je součtem rozstřiku každé trysky. U druhé metody se měří obě trysky najednou a daný rozstřik je výsledný. Měření u obou metod je provedeno s následujícími parametry nastavení trysek RT 240: Obr. 13. Parametry nastavení trysek 7

8 ØD průměr trysky 22 mm; Δx vzdálenost mezi tryskou (spodní okraj držáku talířku) a sběrnou nádobou 945 mm; Δp tlak před tryskou Δp1 = 417 mm H2O, Δp2 = 400 mm H2O. 4. Metodika měření U metody superpozice se každá tryska měří samostatně a to tak, že vždy druhé trysce se demontuje rozstřikovací talířek a voda od trysky je svedena mimo aktivní oblast sběrné nádoby. Při metodě interakce jsou funkční obě trysky a měří se najednou v jednom bodě. Obě metody jsou měřeny za stejných podmínek. Rekapitulace: Průměr potrubí: DN 110 Počet trysek: 5 ks z toho 2 aktivní Vzdálenost mezi tryskami: 800 mm Průměry trysek: 22 mm Vzdálenost od trysky po sběrnou nádobu: 945 mm Tlak před tryskou: Δp1 = 417 mm H2O, Δp2 = 400 mm H2O Umístění tlakového odběru: na druhé a třetí trysce od vtoku Vzdálenost tlakového odběru od trysky: 140 mm (obr. 14) směrem od trysky ke vtoku do potrubního systému s tryskami Počet sběrných válců: 40 ks Objem sběrného válce: cca 3 l (0,003 m 3 ) Průměrná teplota vody: 23,8 C

9 Obr. 14. Tlakový odběr Pro metodu superpozice musíme změřit 2 body a pro metodu interakce 1 bod. U všech měření je dodržen následující postup. Postup měření pro každý bod: 1. Zakrytí sběrné nádoby 2. Spuštění čerpadla 3. Otevření regulačních klapek 4. Nastavení tlaku před tryskou 5. Ustálení 6. Otevření sběrné nádoby 7. Stopování času 8. Zavření sběrné nádoby 9. Vypnutí čerpadla 10. Zavření regulačních klapek 11. Měření objemu vody v sběrných nádobách Každý bod se měřil 3x. Výstup měření: Objem vody ve sběrném válci a čas mezi otevřením a zavřením sběrné nádoby. Pro zadané parametry pro trysky (tj. průměr trysky ØD, vzdálenost mezi tryskou a sběrnou nádobou Δx a tlak před tryskami Δp) dostaneme průtok plochou 400 x 1000 mm pod tryskou rozčleněný na 40 stejných segmentů. 5. Zpracování naměřených dat Pro každý bod měření máme k dispozici 3 tabulky naměřených objemů sběrných válců a čas mezi otevřením a zavřením sběrné nádoby. Po podělení objemů časem dostáváme 3 mapy průtoků pod tryskou pro daný bod měření v l/s. 9

10 Následuje určení středních hodnot pro daný bod měření ze třech měření. Při metodě superpozice máme k dispozici 2 mapy středních průtoků, z kterých uděláme matematicky součet a dostaneme výsledný rozstřik. U metody interakce je mapa středních průtoků totožná s výsledným rozstřikem. Jednotlivé mapy průtoků mají různé celkové průtoky, i když byly měřené za stejných podmínek. To je způsobeno náhodnou chybou. Chyba se odstraní normováním průtoku, tj. každý průtok do sběrného válce podělíme celkovým průtokem do sběrné nádoby v aktivní oblasti a dostaneme mapu bezrozměrného průtoku resp. procentuální dopad do každého ze čtyřiceti polí. Výsledkem je mapa středních bezrozměrných průtoků resp. procentuálního podílu (po součtu čtyřiceti polí dostaneme vždy číslo 1) pro daný bod. V následujících grafech jsou na svislé ose vyneseny průtoky a na vodorovné ose je číslo sběrného válce dle obr. 15. Obr. 15. Sběrná nádoba s číslováním sběrných válců Tabulka. 1. Průběh průtoku v řádku A 10

11 Tabulka. 2. Průběh průtoku v řádku B Tabulka. 3. Průběh průtoku v řádku C 11

12 Tabulka. 4. Průběh průtoku v řádku D Pro tyto data byl spočten korelační koeficient a ten je 0,937. Korelační koeficient Korelace je ve statistice vzájemný vztah mezi znaky či veličinami. Korelační koeficient může nabývat hodnot od 1 až po +1. Hodnota korelačního koeficientu 1 značí zcela nepřímou závislost, hodnota korelačního koeficientu +1 značí zcela přímou závislost. Pokud je korelační koeficient roven 0, pak mezi znaky není žádná statisticky zjistitelná závislost. Vypočteme aritmetické průměry souborů X a Y, vynásobíme sumy čtverců odchylek od těchto průměrů obou souborů tím jsme spočetli tzv. kovarianci, což je však absolutní veličina, pro výpočet relativní veličiny pak kovarianci dělíme odmocninou násobku rozptylu souboru X a souboru Y. kde je korelační koeficient, je kovariance, je součin střední hodnoty výběru. 12

13 6. Závěr Na základě měření lze konstatovat, že obě metody (metoda superpozice a metoda interakce) poskytují srovnatelné výsledky pro dané podmínky experimentu. Korelační součinitel 0,937 potvrzuje vzájemnou závislost. Proto je výhodné používat pro určení zavodnění chladicí výplně v chladicí věži metodu superpozice, která je při měření s více tryskami méně náročná na experiment než metoda interakce. Práce vznikla za podpory výzkumného centra MŠMT 1M Literatura MIKYŠKA, Ladislav, ŠEBEK, Jaroslav. Chladicí věže : Provoz a údržba. 1. vyd. Praha : Nakladatelství technické literatury, s. ŠAPOŠNIKOV, Vsevolod, POSSEUT, Ivo, POMAJZL, František. Atmosférické chladiče a chladicí věže / Vsevolod Šapošnikov, Ivo Posseut, František Pomajzl. 1. vyd. Praha : Nakladatelství techn. lit., s. Syrovátka, V. - Vitkovič, P. - Nožička, J., Měření průtočných charakteristik rozstřikové trysky RT240-22mm, 25mm, 28mm, 30mm [Výzkumná zpráva]. Praha: ČVUT FS, Odbor mechaniky tekutin a termodynamiky, /06. 9 s. Vitkovič, P. - Syrovátka, V. - Nožička, J., Studie rozvodu vody do chladicích věží ITTERSON 120m - JE Bohunice V2 [Výzkumná zpráva]. Praha: ČVUT, /06. 9 s. Vitkovič, P. - Syrovátka, V. - Nožička, J., Cooling Tower Experiment, In: 23rd DANUBIA- ADRIA Symposium on Experimental Methods in Solid Mechanics. Žilina: University of Žilina, 2006, s ISBN Syrovátka, V. - Nožička, J., Výpočet ztráty v rozváděcích trubkách a porovnání ztrát pro návrh rovnoměrného rozstřiku vody v chladicí věži Itterson 120m (Jaslovské Bohunice) [Výzkumná zpráva204/06]. Praha: ČVUT, Fakulta strojní, s. 13