環(huán)境因子對燃?xì)鉄崴鳠嵝实挠绊懚确治?/h1>
2019-08-07 09:47:40李志敏吳桂安朱蓮宗鄧飛忠仇明貴
日用電器 2019年7期
李志敏 吳桂安 朱蓮宗 鄧飛忠 仇明貴
（華帝股份有限公司 中山 528400）
引言
燃?xì)鉄崴髟趯?shí)際研發(fā)測試過程中發(fā)現(xiàn)熱效率測試結(jié)果波動(dòng)較大，諸如在設(shè)驗(yàn)證時(shí)滿足GB 6932-2015及GB 20665-2015要求，投入于生產(chǎn)端則表現(xiàn)于熱效率與設(shè)計(jì)值偏差較大，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的正常生產(chǎn)，增加了時(shí)間損耗。 因而很有必要對燃?xì)鉄崴鞯挠绊懸蜃舆M(jìn)行綜合分析，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
1 燃?xì)鉄崴鞯臒嵝视?jì)算
GB 6932-2015中給定了燃?xì)鉄崴鞯臒嵝实臏y試方法及計(jì)算進(jìn)行了闡述：
式中：
ηt—熱效率；
M—出熱水質(zhì)量，kg；
C—水的比熱容，MJ/（kg·K），取值為4.19 MJ/（kg·K）
tW2—出水端溫度，℃；
tW1—進(jìn)水端溫度，℃；
W—實(shí)測燃?xì)庀牧?，m3；
Q—實(shí)測燃?xì)獾蜔嶂?，MJ/N m3；
tg—燃?xì)鉁囟?，℃?/p>
Pa—大氣壓力，kPa；
Pg—燃?xì)鈮毫?，kPa；
S—溫度為tg時(shí)飽和水蒸汽壓力，kPa
根據(jù)熱效率的計(jì)算式可以看出，影響熱效率的主要因素為上述式中的變量，分為固有因子和環(huán)境因子。其中V， C，M、Pg為固有因子，由系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)及固有性能所決定，也包括燃燒系統(tǒng)及換熱系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)因素，即此因子不會(huì)隨著環(huán)境變量改變而改變；tW1、Q、tg、Pa為環(huán)境因子，隨著外界條件的變化會(huì)發(fā)生波動(dòng)。tW2為跟隨變量，受熱負(fù)荷影響，S由tg及氣體組分確定。
國標(biāo)測試要求規(guī)定的各環(huán)境因子的試驗(yàn)條件的要求范圍值見表1。
2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.1 正交試驗(yàn)參數(shù)選擇
因不同環(huán)境條件下的對熱效率的測量偏差較大，為評估各環(huán)境因子對熱效率值的影響度大小，通過正交試驗(yàn)分析來進(jìn)行各因子進(jìn)行綜合評估。因本文主要是研究不同環(huán)境因子的影響度，認(rèn)為是在同一燃?xì)鉄崴鳒y量不準(zhǔn)確度A、B類的影響標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)選取的是一臺熱負(fù)荷30 kW的液化氣機(jī)型燃?xì)鉄崴?，?shí)測熱負(fù)荷為29.5 kW，設(shè)計(jì)熱效率值為90 %，燃?xì)夥N類為液化石油氣。選取tW1、Q、tg、Pa四個(gè)環(huán)境因子的部分常規(guī)數(shù)據(jù)取值范圍進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，建立正交試驗(yàn)因素水平表，如表2。
2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果
相比于其他試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，正交設(shè)計(jì)方法是一種具有多因素多水平的設(shè)計(jì)研究方法，能夠快速有效的得出需要的結(jié)論。根據(jù)上述表2所列出的參數(shù)，對參數(shù)進(jìn)行四因素四水平進(jìn)行定向搭配且無交互效應(yīng)，采用L16（45）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，從而確定在不同環(huán)境因子條件對熱效率準(zhǔn)確度的影響度大小。
2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析
在實(shí)際生產(chǎn)研究中，最優(yōu)的范圍解或者對結(jié)果的影響度的評判具有多種方式，但是通過正交試驗(yàn)極差法進(jìn)行分析，具有簡單、直觀、易理解等特點(diǎn)，表4為熱效率的極差分析結(jié)果。其中yi表示A在水平i下的結(jié)果之和（i為1，2，3，4）；γ為均值，yi =γi/4。
通過上述極差分析可以環(huán)境因子中的四個(gè)因素的影響大小關(guān)系為A〉B〉D〉C，最優(yōu)試驗(yàn)條件為A3B3C2D1，且燃?xì)鉁囟萾g的影響程度遠(yuǎn)大于另外三個(gè)環(huán)境因子。
2.4 各環(huán)境因子的影響度分析
通過對tW1、Q、tg、Pa四個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行正交試驗(yàn)得出各因子對于液化氣熱效率影的影響大小，最優(yōu)試驗(yàn)條件下的tg為24～26 ℃。這是因?yàn)楫?dāng)燃?xì)鉁囟茸兓^大時(shí)會(huì)影響燃?xì)獾拿芏却笮?，對?dāng)前條件下的熱負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生偏差；其次，S-飽和水蒸氣分壓力的值大小是根據(jù)燃?xì)鉁囟鹊淖兓鄳?yīng)發(fā)生變化的，在同一組分條件下，S的值與tg成正比關(guān)系，因此燃?xì)鉁囟鹊臏y試條件如果偏差較大將會(huì)對燃?xì)鉄崴鞯臒嵝十a(chǎn)生較大的影響，這與試驗(yàn)結(jié)果是相符的。
表1 GB 6932-2015要求的測試條件允值表
表2 正交試驗(yàn)因素水平表
表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果
表4 各水平下熱效率極差分析
因標(biāo)準(zhǔn)測試條件下熱值組分一定，波動(dòng)范圍較小，且對于標(biāo)準(zhǔn)氣源而言組成成分穩(wěn)定度較高，可以認(rèn)為對于生產(chǎn)及研發(fā)測試結(jié)果的影響度較低；基于恒溫算法的存在，進(jìn)水溫度穩(wěn)定后，其對于熱效率的影響度最??；大氣壓力的極差值為0.76 %，在剔除液化氣燃?xì)獾蜔嶂礠下，其影響度僅次于燃?xì)鉁囟萾g，在測試及生產(chǎn)過程中需要對此環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)控比對以減小誤差。
3 結(jié)論
本文基于液化氣機(jī)型燃?xì)鉄崴鳠嵝实挠绊懸蜃映霭l(fā)，確定了影響燃?xì)鉄崴鳠嵝实闹饕h(huán)境因子，然后通過正交試驗(yàn)分析得出了以下結(jié)論：
1）較優(yōu)的熱效率測試試驗(yàn)條件組合為燃?xì)鉁囟萾g為24～26 ℃，大氣壓在100.5 kPa，燃?xì)鉄嶂翟?5～96 MJ/Nm3，進(jìn)水溫度在19～20 ℃條件下可以較為準(zhǔn)確的評估機(jī)器的熱效率值（最終熱效率值需考慮測試不準(zhǔn)確度）；
2）通過環(huán)境因子對液化氣機(jī)型熱效率的影響度分析可以燃?xì)鉁囟萾g的影響度最高，對測試結(jié)果影響最大，這可以為后續(xù)的生產(chǎn)及研發(fā)測試條件的校核提供一定的參考依據(jù)；
3）校核環(huán)境因子的相符性，對熱效率的測試準(zhǔn)確度有重要的意義。
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1 燃?xì)鉄崴鞯臒嵝视?jì)算
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ηt—熱效率；
M—出熱水質(zhì)量，kg；
C—水的比熱容，MJ/（kg·K），取值為4.19 MJ/（kg·K）
tW2—出水端溫度，℃；
tW1—進(jìn)水端溫度，℃；
W—實(shí)測燃?xì)庀牧?，m3；
Q—實(shí)測燃?xì)獾蜔嶂?，MJ/N m3；
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Pg—燃?xì)鈮毫?，kPa；
S—溫度為tg時(shí)飽和水蒸汽壓力，kPa
根據(jù)熱效率的計(jì)算式可以看出，影響熱效率的主要因素為上述式中的變量，分為固有因子和環(huán)境因子。其中V， C，M、Pg為固有因子，由系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)及固有性能所決定，也包括燃燒系統(tǒng)及換熱系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)因素，即此因子不會(huì)隨著環(huán)境變量改變而改變；tW1、Q、tg、Pa為環(huán)境因子，隨著外界條件的變化會(huì)發(fā)生波動(dòng)。tW2為跟隨變量，受熱負(fù)荷影響，S由tg及氣體組分確定。
國標(biāo)測試要求規(guī)定的各環(huán)境因子的試驗(yàn)條件的要求范圍值見表1。
2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.1 正交試驗(yàn)參數(shù)選擇
因不同環(huán)境條件下的對熱效率的測量偏差較大，為評估各環(huán)境因子對熱效率值的影響度大小，通過正交試驗(yàn)分析來進(jìn)行各因子進(jìn)行綜合評估。因本文主要是研究不同環(huán)境因子的影響度，認(rèn)為是在同一燃?xì)鉄崴鳒y量不準(zhǔn)確度A、B類的影響標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行試驗(yàn)。
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2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果
相比于其他試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，正交設(shè)計(jì)方法是一種具有多因素多水平的設(shè)計(jì)研究方法，能夠快速有效的得出需要的結(jié)論。根據(jù)上述表2所列出的參數(shù)，對參數(shù)進(jìn)行四因素四水平進(jìn)行定向搭配且無交互效應(yīng)，采用L16（45）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，從而確定在不同環(huán)境因子條件對熱效率準(zhǔn)確度的影響度大小。
2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析
在實(shí)際生產(chǎn)研究中，最優(yōu)的范圍解或者對結(jié)果的影響度的評判具有多種方式，但是通過正交試驗(yàn)極差法進(jìn)行分析，具有簡單、直觀、易理解等特點(diǎn)，表4為熱效率的極差分析結(jié)果。其中yi表示A在水平i下的結(jié)果之和（i為1，2，3，4）；γ為均值，yi =γi/4。
通過上述極差分析可以環(huán)境因子中的四個(gè)因素的影響大小關(guān)系為A〉B〉D〉C，最優(yōu)試驗(yàn)條件為A3B3C2D1，且燃?xì)鉁囟萾g的影響程度遠(yuǎn)大于另外三個(gè)環(huán)境因子。
2.4 各環(huán)境因子的影響度分析
通過對tW1、Q、tg、Pa四個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行正交試驗(yàn)得出各因子對于液化氣熱效率影的影響大小，最優(yōu)試驗(yàn)條件下的tg為24～26 ℃。這是因?yàn)楫?dāng)燃?xì)鉁囟茸兓^大時(shí)會(huì)影響燃?xì)獾拿芏却笮?，對?dāng)前條件下的熱負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生偏差；其次，S-飽和水蒸氣分壓力的值大小是根據(jù)燃?xì)鉁囟鹊淖兓鄳?yīng)發(fā)生變化的，在同一組分條件下，S的值與tg成正比關(guān)系，因此燃?xì)鉁囟鹊臏y試條件如果偏差較大將會(huì)對燃?xì)鉄崴鞯臒嵝十a(chǎn)生較大的影響，這與試驗(yàn)結(jié)果是相符的。
表1 GB 6932-2015要求的測試條件允值表
表2 正交試驗(yàn)因素水平表
表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果
表4 各水平下熱效率極差分析
因標(biāo)準(zhǔn)測試條件下熱值組分一定，波動(dòng)范圍較小，且對于標(biāo)準(zhǔn)氣源而言組成成分穩(wěn)定度較高，可以認(rèn)為對于生產(chǎn)及研發(fā)測試結(jié)果的影響度較低；基于恒溫算法的存在，進(jìn)水溫度穩(wěn)定后，其對于熱效率的影響度最??；大氣壓力的極差值為0.76 %，在剔除液化氣燃?xì)獾蜔嶂礠下，其影響度僅次于燃?xì)鉁囟萾g，在測試及生產(chǎn)過程中需要對此環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)控比對以減小誤差。
3 結(jié)論
本文基于液化氣機(jī)型燃?xì)鉄崴鳠嵝实挠绊懸蜃映霭l(fā)，確定了影響燃?xì)鉄崴鳠嵝实闹饕h(huán)境因子，然后通過正交試驗(yàn)分析得出了以下結(jié)論：
1）較優(yōu)的熱效率測試試驗(yàn)條件組合為燃?xì)鉁囟萾g為24～26 ℃，大氣壓在100.5 kPa，燃?xì)鉄嶂翟?5～96 MJ/Nm3，進(jìn)水溫度在19～20 ℃條件下可以較為準(zhǔn)確的評估機(jī)器的熱效率值（最終熱效率值需考慮測試不準(zhǔn)確度）；
2）通過環(huán)境因子對液化氣機(jī)型熱效率的影響度分析可以燃?xì)鉁囟萾g的影響度最高，對測試結(jié)果影響最大，這可以為后續(xù)的生產(chǎn)及研發(fā)測試條件的校核提供一定的參考依據(jù)；
3）校核環(huán)境因子的相符性，對熱效率的測試準(zhǔn)確度有重要的意義。
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