VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В настоящее время в пищевой промышленности скорейшего решения требует проблема экспрессной оценки теплового состояния технологического оборудования в целях повышения его энергоэффективности и безопасности эксплуатации, а также в целях определения и увеличения показателей надежности оборудования, нахождения величин сверхнормативных тепловых потерь, обоснования и разработки мер устранения выявленных недостатков.

На кафедрах технологий пищевых производств и электрооборудования судов Мурманского государственного технического университета в 2011 году был предложен, научно обоснован и апробирован метод Количественной термографии. Метод основан на принципах «обычной» термографии или пирометрии, однако он предоставляет большие возможности в части не только качественного, но и количественного анализа исследуемого объекта. Неоспоримыми преимуществами Количественной термографии являются: достоверность, дистационность и оперативность.

Суть термографии заключается в исследовании температурного поля поверхности при помощи тепловизионной техники (ИК-пирометры, тепловизоры и т.д.). Количественная термография предполагает дальнейший анализ температурного поля, расчет величин тепловых потоков исходящих от исследуемой поверхности с учетом параметров исследуемого объекта и условий окружающей среды, а также определение энергетической эффективности.

Схематично алгоритм проведения исследований по методу Количественной термографии представлен на рисунке 1. Испытания проводятся как при установившемся режиме работы оборудования, так и при нестационарном процессе. Диагностика поверхности производится под углом 90±15 °, на расстояниях, позволяющих полностью охватить исследуемую поверхность.

Диагностика температурного поля при помощи тепловизионного оборудования
↓
Обработка данных при помощи специального программного обеспечения
↓
Наложение термограмм на 3-D модель ↓
Качественный анализ температурного поля ↓
Заполнение таблицы значений температур исследуемой поверхности
↓
Преобразование температур в плотность теплового потока ↓
Расчет величины теплового потока для заданной области исследуемой поверхности
↓
Количественный анализ температурного поля

Рисунок 1 - Алгоритм проведения исследований по методу Количественной термографии

В целях повышения достоверности результатов, полученных на основе Количественной термографии, производятся измерения температуры реперных участков поверхности и величины тепловых потоков путем применения поверенных датчиков исследуемых величин (точечных пирометров, контактных термопар, датчиков плотности теплового потока) по ГОСТ 25380 и ГОСТ 26254.

С целью оптимизации анализа тепловых полей изучаемая поверхность условно разделяется на сетку фиксированного размера в зависимости от желаемой точности определения величины тепловых потоков, в узлах которой контролируется температура на исследуемой поверхности аппарата.

Полученные при помощи тепловизионных испытаний термограммы обрабатываются с учетом всех особенностей проведенного исследования с использованием специального программного обеспечения. Для упрощения анализа термограммы накладываются на трехмерную модель исследуемого аппарата.

Данные дистанционной диагностики температурного поля образуют таблицу значений температур, характеризующих температурное поле исследованной поверхности. Теоретический расчет плотности тепловых потоков производят с помощью специальной программы, применяемой при обработке данных тепловизионных испытаний, которая позволяет произвести расчет значений плотности теплового потока, исходящего от поверхности q путем анализа теплового поля с учетом геометрических параметров объекта, материала поверхности, параметров окружающей среды. После расчета всех данных таблица значений температур преобразуется в таблицу значений плотности тепловых потоков, в которой содержатся значения всех исследуемых точек.

Далее находят значения плотности теплового потока для ряда, столбца, всей поверхности, любой геометрической области как среднее арифметическое всех попадающих в заданную область значений плотности теплового потока. Для расчета значения величины теплового потока, исходящего от определенной поверхности, среднее значение плотности теплового потока умножают на площадь данной поверхности.

Метод Количественной термографии был апробирован при энергоаудите стандартного технологического оборудования пищевой промышленности, такого как печи для горячего и холодного копчения; дымогенераторы тления, трения; автоклавы и т.д. В результате проведенных исследований были выявлены различного рода недостатки конструкций: неравномерность температурного поля, превышение температуры локальных участков, доступных при эксплуатации поверхностей; непроизводительные тепловые потери. На основании полученных данных были выявлены зависимости температурного поля поверхностей оборудования от их геометрических особенностей, обнаружены недостатки конструкций, обуславливающие непроизводительные тепловые потоки, и дефекты, образовавшиеся в процессе эксплуатации; установлены величины непроизводительных тепловых потоков, на основании которых рассчитан коэффициент энергоэффективности (отношение энергии, затраченной на полезный процесс, к общему количеству подведенной энергии). Анализ полученных результатов позволил разработать алгоритмы повышения энергоэффективности и оптимизации эксплуатационных режимов, выработать меры, направленные на совершенствование конструкции.

Реализация комплекса технических и технологических мер в ряде случаев позволила в несколько раз уменьшить непроизводительные тепловые потери аппаратов, снизить до безопасных значений температуры доступных при эксплуатации поверхностей, уменьшить энергопотребление, оптимизировать режимы ведения технологического процесса, что, в конечном счете, позволило повысить энергоэффективность оборудования.

В результате проведенных исследований установлена возможность применения метода Количественной термографии для дистанционной оценки тепловых потоков технологического оборудования с целью энергосбережения и повышения энергоэффективности.

Предлагаемый метод позволяет получить оперативную достоверную информацию о техническом состоянии аппарата, необходимую для энергосбережения, тепло- и электробезопасности, снизить непроизводительные потери и выработать рекомендации по оптимизации процесса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Власов А. Б. Повышение энергоэффективности ИК-дымогенератора на основе оценки тепловых потоков методом количественной термографии / К. Б. Аллояров, А. Б. Власов, Ю. В. Шокина // Вестник МГТУ : труды Мурман. гос. техн. ун-та. – 2011. – Т. 14, № 3. – С. 515-519.

2. Власов А. Б. Оценка тепловых потоков технологического оборудования методом количественной термографии / К. Б. Аллояров, А. Б. Власов, Ю. В. Шокина // Известия СПбГАУ – 2012. - № 26. – С. 414-421.

 

Код для цитирования: Скопировать