Согласно рисунку 3.20, можно отметить яркую светимость пламени и заметно просматриваемый конусный фронт. Заметны и четкие границы пламени, характерные для ламинарной формы.
На рисунке 3.21 показан турбулентный факел в сравнении с факелом горелки, где использовались магнитные диски в модулях модификатора.
Рисунок 3.21 - Турбулентный факел с использованием магнитных дисков
Согласно рисунку 3.21, можно отметить, что нет четкого конусного фронта горения, при этом видны отдельные частицы факела, которые раздроблены пульсациями пламени. Процесс горения протекает по всему объему, просматривается повышенная интенсивность горения пламени по аналогии с результатами в работах [21, 22].
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ ТОПЛИВА С ПЕРЕМЕННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
4.1 Разработка лабораторного стенда для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него переменного магнитного поля
Главными недостатками проводимого исследования установки с постоянным магнитным полем (глава 3) являются:
1. Отсутствие изменения режимов работы модификатора. В представленной схеме были задействованы магниты с постоянным магнитным полем, изменить которое во время исследования не представлялось возможным.
2. Невозможность выставления постоянного давления во время протекания всего опыта. В представленной схеме отсутствовал газовый редуктор - устройство для понижения давления газа на выходе из баллона до рабочего и для автоматического поддержания этого давления постоянным независимо от изменения давления газа в баллоне.
3. Возможная разгерметизация установленного модификатора и проскок пламени. В представленной схеме отсутствовал огнезадерживающий клапан. При наличии данного устройства газ подаётся во внутреннюю полость клапана и его давление, преодолевая усилие пружины, перемещает золотник с уплотнением. Проходя через отверстия золотника и пламегаситель, газ поступает к источ-нику потребления. При возникновении обратного удара взрывная волна проходит через пламегасящий элемент, и действуя на торцевую поверхность золотника, прижимает его к седлу корпуса клапана. Подача газа к источнику потребления мгновенно прекращается. Применение огнепреградительных клапанов исклю-чает вероятность проскока пламени в газопитающую аппаратуру, т.е. является надежной защитой от обратного удара.
4. Невозможность определения калориметрических показателей эффективности сгорания топлива или их альтернативных аналогов. В представленном исследовании определяющими параметрами были масса баллона, форма и характер пламени. Отсутствовали показатели, связанные с нагревом воды и определяющие калориметрические показатели сгорания топлива.
Для устранения существующих недостатков был разработан инновационный межкафедральный проект кафедры управляющих и вычислительных систем с участием кафедры теплогазоснабжения и вентиляции. Была предложена следующая схема нового лабораторного стенда.
Рисунок 4.1 - Лабораторный стенд для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него переменного магнитного поля. а) Фото; б) Схема 1 - баллон; 2 -редуктор; 3 - защитный клапан; 4 - запорный вентиль; 5 - газовый рукав; 6 - магнитный активатор; 7 - горелка; 8 - лабораторный источник питания
Система состоит из: газового баллона 1 с вентилем закрытия/открытия, управляемого редуктора 2, защитного клапана 3 (шланг до него должен быть не меньше 1 метра), магнитный активатор 6, катушки питаются от лабораторного источника питания 8, далее находится запорный вентиль 4 (чтобы управлять горелкой), далее горелка 7, соединение произведено с помощью газового рукава 5.
На рисунке 4.2 показан магнитный активатор топлива, входящий в состав лабораторного стенда (рисунок 4.1 позиция 6).
Рисунок 4.2 - Активатора топлива с переменным магнитным полем а) Фото; б) Схема 1 - входной штуцер; 2 - газовая трубка; 3 - катушки; 4 - стенка изоляции; 5 - штуцер выхода; 6 - провода подключения источника питания
Согласно рисунку 4.2, активатор топлива имеет входной штуцер 1, к которому осуществляется подвод газа, далее газ движется по газовой трубке 2, магнитная активация осуществляется с помощью четырех электромагнитных катушек 3, поля которых направленны встречно - поочередно, изоляция между катушек осуществляется стенками из оргстекла 4, обработанный магнитным полем, газ выходит из штуцера 5, управление величиной тока, который связан с величиной индукции и напряженности магнитного поля (зависимость линейная), происходит с помощью лабораторного источника питания (рисунок 4.1 позиция 8), подключение катушек к которому происходит проводами 6.
В таблице 4.1 приведено основное оборудование, входящее в состав лабораторного стенда.
Таблица 4.1 - Основное оборудование лабораторного стенда
|
№ |
Фото |
Наименование |
Характеристика |
Кол |
|
|
1 |
Баллон бытовой (пропан) 5л с вентилем. |
- Объем: 5 л. - Высота: 295 мм. - Диаметр: 222 мм. - Масса пропана: 2 кг. - Масса пустого баллона: 4 кг. - Рабочее давление: 1,6 Мпа. - Толщина стенки баллона: 2 мм. - Темп. эксплуатации: От -40 до +45 °С. |
1 |
||
|
2 |
БПО-5-3 Пропановый редуктор. |
- Материал корпуса: Алюминий. - Материал крышки: Стеклонаполненный полиамид. - Наибольшая пропускная способность (м3/ч): 5,0. - Наибольшее давление газа на входе: МПа (кгс/см2) 2,5 (25). - Наибольшее рабочее давление газа: МПа (кгс/см2) 0,3 (3,0). - Коэффициент неравномерности рабочего давления, i: не более 0,3. - Коэффициент перепада рабочего давления, R: не более 0,3. - Габаритные размеры (мм): 132х155х50. - Присоединительные размеры, вход: Гайка накидная W21.8-1/14” LH. - Присоединительные размеры, выход: М16х1,5 LH. - Масса комплекта: 0,4 кг. |
1 |
||
|
3 |
ЗП-3Г-333 Затвор предохранительный |
- Место установки: в разрыв рукава. - Присоединительный размер: входной. Ниппель универсальный Ш6,3/9 мм. - Присоединительный размер: выходной. Ниппель универсальный Ш6,3/9 мм. - Рабочая среда: горючий газ (ацетилен, пропан, бутан). - Пропускная способность: 5 м3/час. - Рабочее давление: 0,3 Мпа. |
1 |
||
|
4 |
Кран шаровый STT-15 для газа |
- Материал корпуса: латунь. - Материал шара: нержавеющая сталь, AISI 304. - Материал уплотнения: углепластик PTFE. - Уплотнение шпинделя: резина. - Среда: природный газ, пар. - Тип присоединения: резьбовой. - Тип рукоятки: ручка/бабочка. - Диапазон температур: от -30 до +150. - Класс герметичности: А. - Рабочее Py: 16. |
1 |
||
|
5 |
Рукав Fagumit газовый D6 (WT29-97 D6) 1м. |
- Диаметр внутренний: 6 мм. - Стенка: 3,2 мм. - Давление рабочее до 0,45 Мпа. - Диапазон температур: от -25 до +125. - Производитель: Fagumit. - Страна производитель: Польша. |
2 |
||
|
6 |
Магнитный активатор |
- Индукция магнитного поля от 0,1 Тл. - Диаметр внутренний: 6 мм. |
1 |
||
|
7 |
Портативная газовая горелка RS.701 TT-701. |
- Масса: 70 г. - Габариты: 25 x 175 мм (диаметр x высота). - Расход газа: от 50 до 250 г/час. |
1 |
||
|
8 |
Лабораторный источник питания |
- Напряжение на входе: 220В±10% - 50/60Гц. - Ток нагрузки: 0 - 2А / 0 - 1А. - Устойчивость нагрузки (напряжение): менее 0.01% /-2 мВ. - Устойчивость нагрузки (ток): менее 0.02% /-3 мВ. - Пульсация напряжения: менее 1 мВ. - Габаритные размеры: 165x118x230 мм |
1 |
||
|
9 |
Термометр электронный |
- Диапазон измерения: -50°С - +300°С. - Разрешение дисплея: ± 0,1. - Точность измерения: ± 1 градус при температуре от -20°С до + 200°С. - Длина "носика": 12,5 см. |
1 |
4.2 Расчет катушки с магнитопроводом
Для определения параметров нового магнитного активатора были сняты характеристики с постоянных магнитов имеющегося устройства (глава 3.1).
Коэрцитивная сила магнита составляет около 100 кА/м, отсюда посчитав пути замыкания магнитного потока находим индукцию магнитного поля, она составляет от 0,05 Тл до 0,1 Тл.
Рассчитываем напряженность магнитного поля по формуле:
|
, , |
(4.1) |
где -магнитная индукция, .
|
. |
Рассчитываем магнитодвижущую силу МДС требующуюся для катушки по формуле:
|
, , |
(4.2) |
где -магнитная индукция, ;
- магнитная проницаемость, ;
- ширина воздушного зазора, ;м.
|
. |
Рисунок 4.3 - Схема магнитопровода
Определяем сечение магнитопровода для нахождения магнитного потока по формуле:
|
, , |
(4.3) |
где - внешний диаметр магнитопровода, ;
- внутренний диаметр магнитопровода, ;
- ширина магнитопровода, м.
|
. |
Далее находим магнитный поток для магнитопровода по формуле:
|
, , |
(4.4) |
|
|
. |
Находим индукцию для магнитной системы по формуле:
|
, , |
(4.5) |
|
|
. |
Находим напряженность магнитной системы для углеродистой обыкновенного качества стали СТ-3 (Табличное значение):
.
Рассчитываем длину магнитного пути для силовых линий по формуле:
|
, , |
(4.6) |
|
|
. |
Рассчитываем МДС для магнитной системы по формуле:
|
, , |
(4.7) |
|
|
. |
Далее определяем результирующую сумму МДС:
|
, , |
(4.8) |
|
|
. |
Далее определяем число витков катушки:
|
, |
(4.9) |
где - заданная сила тока, .
|
. |
Округляем число витков катушки до w=160.
Задаем сечение провода по формуле:
|
, , |
(4.10) |
где - плотность тока для медного провода, .
|
. |
Далее определяем диаметр провода по формуле:
|
, , |
(4.11) |
|
|
. |
Длина провода, который должен упаковаться в катушку составит:
|
, , |
(4.12) |
|
|
. На рисунке 4.4 показан график зависимости силы тока от магнитной индукции. Зависимость линейная. |
Рисунок 4.4 - График зависимости силы тока от магнитной индукции
4.3 Принцип работы лабораторной установки
Последовательность операций при проведении исследований включает предпусковые, пусковые и послепусковые операции.
Этапы проведения предпусковых операций:
1. Опресовка (тестирование) системы посредством воздуха.
Такой метод основан на подключении компрессора, выполняющего функцию нагнетания воздушных масс. Давление у места, которое проверяется должно превысить показатели рабочего (1,5 -3 Атм.).
На повышенном давлении в 3 Атм. за сутки утекает менее 1 Атм., что нормально при условии, что эксперимент будет не длительным, и давление не должно превышать 0,3 Атм. так как клапан защитный при больших давлениях не работает.
2. Тестирование на газе на выявление утечек.
- По запаху.
Самый простой и надежный способ обнаружить утечку газа - ощутить его запах. Наличие сильного и характерного запаха у газового топлива имеет большое значение для определения утечек газа и обнаружения его в помещениях. Характерный запах необходимой интенсивности сообщается искусственно введением в газ сильно пахучих веществ, называемых одорантами. (этилмеркоптан), широко применяемый для одоризации. На расстоянии 5-10 см от места утечки можно ощутить практически любую утечку газа.
- Мыльной эмульсией.
Мыльная эмульсия наноситься в виде пленки на место предполагаемой утечки, газ выходя из внутренних полостей в месте разгерметизации «надует» пузыри, из мыльной эмульсии.
Мыльная эмульсия должна быть определенной консистенции: не быть жидкой, как вода, и густой как неразбавленный глицерин. Кроме того, места нанесения мыльной эмульсии должны быть доступны и хорошо освещены. При обмыливании применяют раствор мыла наносимой кисточкой, в пропорции в 1л. воды растворяют 50г. туалетного или хозяйственного (65%) мыла.
3. Установка емкости с водой над горелкой.
Пусковые операции начинаются после завершения предпуско-вых и включают в себя следующие этапы:
1. Подключение лабораторного источника питания в сеть.
2. Включение лабораторного источника питания и выставление параметров.
Рисунок 4.5 - Лабораторный источник питания
- Выставление регуляторов VOLTAGE на максимальные параметры.
- Выставление регулятора CURRENT/COARSE на заданное значение.
Точная настройка параметра CURRENT осуществляется с помощью регулятора FINE.
3. Открытие вентиля на баллоне.
4. Выставление давления на газовом редукторе 0,3 атм. так как рабочее давление затворного клапана не должно превышать данного параметра.
На рисунке 4.6 показана внутренняя схема затворного клапана ЗП-3Г-333.
Рисунок 4.6 - Внутренняя схема затворного клапана ЗП-3Г-333
5. Открытие шарового крана.
6. Одновременный поджиг и включение таймера времени.
7. Доведение воды до кипения.
8. Закрытие шарового крана.
Послепусковые операции начинаются после завершения пуско-вых и включают в себя следующие этапы:
1. Занесение показаний в таблицу 4.2
Таблица 4.2 - Результаты исследования
|
ВКЛ/ВЫКЛ МОДИФИКАТОРА |
Время закипания, сек |
|||||
|
Испытание |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
|
Вкл питание |
||||||
|
Выкл питание |
2. Изменение параметров лабораторного источника питания.
3. Повторение пунктов 2-8 пусковых операций.
Испытания проводятся пять раз. Далее производим отключение питания лабораторного стенда. Исследования повторяются в той же последовательности.
4.3 Результаты исследования
В таблице 4.2 приведены результаты исследования времени закипания воды горелочным устройством, топливо которой подверглось обработке модификатором с переменным магнитным полем, а также приведён результат исследования без включения модификатора в сеть.