РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НЕРАВНОМЕРНОСТЕЙ В КАССЕТНЫХ УСТАНОВКАХ
В данном разделе приведены результаты экспериментальных исследований кассетной установки формовочного цеха завода железобетонных изделий. Цель исследований - определить характер температурных неравномерностей в теле изделия, подвергающегося тепловой обработки и выдать рекомендации по назначению соответствующих температурных режимов.
Предлагается методика постановки и планирования подобных экспериментов с целью определения минимально необходимого количества первичных измерительных преобразователей, обеспечивающих заданное качество измерений.
2.1. Методика натурных исследований теплотехнических параметров кассетных установок
Кассетная установка представляет собой сложное теплотехническое устройство, в котором тепловые отсеки являются теплообменниками - конденсаторами, соединенными между собой и с источником пара - котельной установкой сложной системой паропроводов и конденсатопроводов. При этом работает такой конденсатор в существенно нестационарных условиях. В начальный момент цикла термообработки пар подается в холодный отсек, заполненный воздухом. Конденсируясь, пар постепенно прогревает массивные металлические элементы конструкции и, соответственно, твердеющее ЖБИ в технологическом отсеке, постепенно вытесняя при этом воздух из объема конденсатора - теплового отсека.
54
Исследовать работу такой системы в нестационарных условиях чрезвычайно сложно, поскольку требуется большой объем различных измерений, которые необходимо проводить в условиях производственного процесса. При этом необходимо выделить из общего массива получаемых экспериментальных данных те из них, которые зависят от различных конструктивных особенностей тепловых отсеков и систем пароснабжения.
Косвенным свидетельством, позволяющим судить о характере процессов, протекающих внутри теплового отсека и изделия, подвергаемого тепловой обработке, является температурное поле твердеющего бетона. Температурное поле в изделии, особенно в плоскости, прилегающей к тепловому отсеку, дает возможность производить качественный анализ процессов теплообмена в тепловом отсеке, а именно, распределение концентрации паровоздушной смеси по объему теплового отсека и аэродинамику паровоздушной смеси в тепловых отсеках.
Для более углубленного анализа оптимальности процессов в тепловом отсеке рассмотрение одной лишь общей картины температурного поля по плоскостям изделия недостаточно. Представляется более действенным методом анализа сравнение температурной неоднородности (разности температур) между отдельными точками исследуемых плоскостей, что дает возможность качественно определить расположение зон с различной концентрацией паровоздушной смеси в отсеке, которая определяет в наибольшей степени интенсивность теплообмена на стенках теплового отсека. Для анализа результатов экспериментов были рассмотрены отдельные участки температурных полей. Рассматривалось температурное поле по длине изделия, по высоте изделия, по диагонали изделия и по толщине. Рассматривалось температурное поле как в плоскости, прилегающей к тепловому отсеку, так и в плоскости, прилегающей к разделительному листу.
55
Были построены графики температурного поля и построены графики температурной неравномерности по времени t = f ( ?t ).
Измерение температурного поля твердеющего изделия производилось при помощи хромель-копелевых термопар. Толщина термопарной проволоки 0,5*10-3м. диаметр спая (королька) термопар лежал в пределах 1...1,5*10-3м. Для устранения возможных механических повреждений корольков и некоторого первичного усреднения измеряемых температур, корольки термопар заделывались в отрезки латунной трубки с толщиной стенки 1*10-3м и длиной 1*10-2м и запаивались в них оловянно-свинцовым припоем. Этот прием дал возможность сгладить внутренние перепады температуры в твердеющем изделии между крупным заполнителем и растворной частью, неизбежно возникающие в нем в результате действия теплоты экзотермических реакций гидратации цементного камня. Кроме того, предохраняются корольки термопар от разрушения во время вибрации смеси.
Все термопары выводились на 20-ти точечный переключатель типа ПМТ-20 и через него подключались к переносному потенциометру типа ПП-63. Для автоматической компенсации температуры окружающей среды в схему была включена термопара (холодный спай), температура которой поддерживалась равной температуре таяния льда - т.е. 00С. Термостатирование холодного спая осуществлялось при помощи сосуда Дьюаре.
Погрешность температурных измерений в данном случае состоит из трех составляющих: погрешности термоэлектрических термометров, погрешности вторичного прибора и погрешности термостатирования холодного спая. Погрешность термоэлектрических термометров градуировки ХК в диапазоне +20 0С < Ти < 150 0C составляет 0,3 0С [7].
В качестве вторичного прибора использовался переносной потенциометр постоянного тока ПП-63 класса 0,05. Погрешность измерений в этом случае вычислялась по формуле [2.1]:
56
(2.1)
где U - данное показание прибора, В; Umin - цена деления шкалы реохорда, В.
Погрешность в рассматриваемом диапазоне составляла 0,03 мВ, что соответствует приблизительно 0,04 0С. Погрешность термостатирования холодного спая термоэлектрических термометров принята равной 0,4 0С.
Таким образом, общая погрешность измерений составляла не более 1 0С, что вполне приемлемо для данных натурных исследований.
2.2. Результаты исследований в экспериментальной кассетной установке
При исследовании теплообмена в изделиях в процессе термообработки их в кассетных установках были получены данные о температурных полях изделий в плоскостях изделия, прилегающих к тепловому отсеку и разделительному листу. Замер температур производился с помощью термопар в 17 - 27 точках изделия. Измерения температуры по толщине изделия проводились в 5-ти точках. Данные по