A-ს დიზაინი და შესრულების ანალიზი16 კვტ დიზელის გენერატორიგაგრილების სისტემა ნარჩენების სითბოს გამოყენებით

წარსული კვლევითი სიტუაციიდან გამომდინარე, განაწილებული კოგენერაციის სისტემის დიზაინი და სიმულაცია ძალიან მოდურია.

1 სისტემის ინტეგრაციის დიზაინი

შერჩეული კუნძულის საცხოვრებელი უბანი იკვებება 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორით, დიზელის ძრავის გამონაბოლქვი აირი შეიცავს დიდი რაოდენობით სითბურ ენერგიას და ლითიუმ-ბრომიდის შთამნთქმელი გამაგრილებელი იყენებს გამონაბოლქვს, როგორც სამუშაო სითბოს წყაროს მომხმარებლებისთვის გასაცივებლად. გაგრილების დატვირთვის რეგულირებადი დიაპაზონის გასაზრდელად, გამოყენებულია შემდგომი წვის ტიპის მაცივარი. კუნძულის 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სისტემის საერთო დიზაინი ილუსტრირებულია ნახაზ 1-ში.

ელექტრო გაგრილების დიზაინის პრინციპის საფუძველზე (შესაბამისი გამაგრილებელი 16 კვტ დიზელის გენერატორის მიხედვით), ამ ნაშრომში განხორციელდა გამაგრილებელი მოწყობილობის შერჩევა. საცხოვრებელი ფართის მთლიანი ფართობი დაახლოებით 4,850 მ2-ია და 16 კვტ დიზელის გენერატორის ნომინალური სიმძლავრე 350 კვტ. 16 კვტ დიზელის გენერატორი გამოყოფს გამონაბოლქვს დაახლოებით 450°C ტემპერატურაზე.°C, ხოლო გამაგრილებელი მოწყობილობისთვის ხელმისაწვდომი სითბური ენერგია დაახლოებით 420 კვტ-ია. შერჩეული იქნა ორმაგი ეფექტის მქონე პარალელური ლითიუმ ბრომიდის შთანთქმის გამაგრილებელი მოწყობილობა 1.4 გაგრილების კოეფიციენტით და 582 კვტ სიმძლავრით. კუნძულის მომხმარებლების საშუალო გაგრილების დატვირთვაა 120 ვტ/მ2. კვლევის თანახმად, 120 ვტ/მ2 აკმაყოფილებს კუნძულის მომხმარებლების მოთხოვნას გაგრილების დატვირთვაზე. ამიტომ, როდესაც 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორი მუშაობს ნომინალურ სამუშაო პირობებში, გამონაბოლქვი აირის ნარჩენი სითბო შეიძლება დააკმაყოფილოს მაცივრის მოთხოვნა. 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის გაგრილების სისტემის საპროექტო პარამეტრები ნაჩვენებია ცხრილში 1.

2. მათემატიკური მოდელირება

16 კვტ-იანი დიზელის გენერატორის სამაცივრე სისტემა ძალიან რთულია, რომელიც მოიცავს მრავალ საკითხს, როგორიცაა დინამიკა, თერმოდინამიკა და სითბოს გადაცემა, ამიტომ ძალიან მნიშვნელოვანია შესაფერისი მოდელირების მეთოდის შერჩევა. ამ ნაშრომში, 16 კვტ-იანი ნარჩენი სითბოს გამოყენების სამაცივრე სისტემის სიმულაციური მოდელი შემუშავებულია მოდულური მოდელირების მეთოდის გამოყენებით. 16 კვტ-იანი დიზელის გენერატორის ნარჩენი სითბოს გამოყენების სამაცივრე სისტემა ტიპიური თერმოდინამიკური სისტემაა, მოდულები იყოფა სამუშაო ნივთიერებისა და ენერგიის გავლის მიხედვით.

მთელი მოდელირების იდეის განსაზღვრის შემდეგ, ჩვენ უნდა შევარჩიოთ გონივრული მეთოდი სისტემის მუშაობის ზუსტად სიმულირებისთვის.

ნაშრომი ძირითადად შეისწავლის 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის გამომავალ სიმძლავრეს და გამონაბოლქვი სითბურ ენერგიას სხვადასხვა დატვირთვის დროს, 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის შიდა სამუშაო პროცესის გათვალისწინების გარეშე. საშუალო მეთოდის გამოყენებით მოდელირება უზრუნველყოფს 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სიმულაციის სიზუსტეს სისტემური ინტეგრაციის დონეზე.

16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სამაცივრე სისტემაში არსებობს სითბოს გადამცვლელების მრავალი ტიპი და მათ შორის არსებობს წნევა-ნაკადის შეერთება. ტრადიციული მოდელირების მეთოდი მოდულს ყოფს ფიზიკური მოდელის მიხედვით, თითოეული მოდულის წნევასა და ნაკადს ცალ-ცალკე ითვლის ბალანსის განტოლების მიხედვით და უნდა აკმაყოფილებდეს სასაზღვრო თანასწორობის შეზღუდვის პირობას. ამიტომ, განმეორებითი გამოთვლა გარდაუვალია და გამოთვლის დრო იზრდება. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, ნარჩენი სითბოს გამოყენებით 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სამაცივრე სისტემის სიმულაციური მოდელი იქმნება მოცულობითი ინერციის მეთოდით.

მოცულობითი ინერციის მეთოდის მიხედვით, თითოეულ კომპონენტში ნაკადის სიჩქარე არ არის დაბალანსებული და თითოეული კომპონენტი განიხილება მოცულობითი ინერციის კავშირის მიხედვით. თითოეული კომპონენტი განიხილება, როგორც მოცულობითი მოდული, ხოლო თითოეულ კომპონენტს შორის დამაკავშირებელი მილი - როგორც წინააღმდეგობის მოდული. მოცულობითი მოდულის შემთხვევაში, სითხის შიდა წინააღმდეგობის უგულებელყოფით, მოცულობითი მოდულის შიგნით წნევა ერთგვაროვანია. მოცულობით მოდულში წნევა შეიძლება გამოითვალოს მოცულობითი მოდულის ორივე ბოლოში მასის ნაკადის სიჩქარისა და მოცულობითი მოდულის ტემპერატურის ცვლილების სხვაობის მიხედვით. თუმცა, შესასვლელსა და გამოსასვლელს შორის წნევის სხვაობა და მილის კედლის ხახუნის დანაკარგი იწვევს ნაკადის ცვლილებას და ნაკადის დინამიური მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს იმპულსის შენახვის პრინციპის მიხედვით.

l სიგრძის მილის მაგალითის სახით აღებისას, იგი იყოფა მოცულობით მოდულად და წინააღმდეგობის მოდულად და დადგენილია მისი მოცულობითი ინერციის მოდელი.

1) მოცულობის მოდული.

მოცულობითი მოდულში ერთეულ დროში ნაკადის სიჩქარეა M1, ხოლო მოცულობითი მოდულიდან ერთეულ დროში ნაკადის სიჩქარეა M2. მასის შენახვის თეორიის თანახმად: მოცულობითი მოდულში ნაკადი - მოცულობითი მოდულიდან გამომავალი ნაკადი = მოცულობითი მოდულის მასის ნამატი, მოცულობითი მოდულის მასის ნამატის გამოთვლა შესაძლებელია შემდეგნაირად:

ფორმულაში: M არის მოცულობით მოდულში სამუშაო სითხის მასა, კგ; v არის მოცულობით მოდულში სამუშაო სითხის მოცულობა, M3; kg/m3 არის მოცულობით მოდულში სამუშაო სითხის სიმკვრივე; M1 და M2 არის მოცულობით მოდულში შემავალი და გამომავალი სითხის მასის ნაკადი, კგ/წმ.

2) რეზისტენტული მოდული.

წინაღობის მოდულში ნაკადის სიჩქარე იცვლება წნევის სხვაობისა და სითხის ხახუნის წინაღობის გამო. წრფივი იმპულსის შენახვის კანონის თანახმად: წინაღობის მოდულში შემავალი იმპულსი - წინაღობის მოდულიდან გამომავალი იმპულსი + გარე ძალის იმპულსი = წინაღობის მოდულის იმპულსის ნამატი, წინაღობის მოდულის განივკვეთში გამავალი სითხის მასის გამოთვლა შესაძლებელია:

pagenumber_ebook=33,pagenumber_book=25

ფორმულაში: M არის სამუშაო სითხის მასის ნაკადის სიჩქარე მილში, კგ/წმ; v არის სამუშაო სითხის სიჩქარე, მ/წმ; a არის მილის განივი კვეთის ფართობი, მ 2; l არის მილის სიგრძე, მ; p 1 და P 2 არის წნევები წინაღობის მოდულის ორივე მხარეს, PA; UL არის სითხის ხახუნის წინააღმდეგობა მილის კედელზე, მინუს ნიშანი წარმოადგენს ხახუნის წინააღმდეგობას სითხის ნაკადის საპირისპირო მიმართულებით, U არის მილის სველი გარშემოწერილობა, U არის ხახუნის წინააღმდეგობა ერთეულ ფართობზე, = 1/2 FV 2, F არის სითბოს გადამცვლელის ხახუნის კოეფიციენტი გზაზე, რომლის მიღება შესაძლებელია ემპირიული ფორმულის მიხედვით.

3 სისტემის მუშაობის ანალიზი

ამ ნაშრომში, ოთხტაქტიანი ტურბო დამტენიანი 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორი დაყოფილია კომპრესორად, ტურბინად, ტურბინის როტორად, ინტერქულერად, შემშვები და გამონაბოლქვი მილი, რეგულატორი, ცილინდრი და გენერატორი. 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სიმულაციის მოდელი აგებულია საშუალო მეთოდის გამოყენებით.

16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სამაცივრე სისტემას აქვს დიდი რაოდენობით თბოგამცვლელები და თითოეული კომპონენტის სიმულაციური მოდელების ასაგებად გამოიყენება მოცულობითი ინერციის მეთოდი. სისტემაში თხევადი სამუშაო გარემო ძირითადად შედგება ნარჩენი აირის, ლითიუმის ბრომიდის ხსნარის, წყლის, წყლის ორთქლის და ა.შ. მოდელის გაანგარიშების სიზუსტის უზრუნველსაყოფად, სამუშაო გარემოს თერმული თვისებების გამოსათვლელი მოდელი შეიქმნა მორგების ფორმულის მიხედვით. 16 კვტ სიმძლავრის და ლითიუმის ბრომიდის შთამნთქმელი ჩილერების სიმულაციური მოდელები აგებულია და გამართულია შესაბამისად Matlab/Simulink პროგრამულ უზრუნველყოფაში. და ბოლოს, ნარჩენი სითბოს გამოყენებით 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის ჩილერების სიმულაციური მოდელი გაერთიანებულია, როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 4-ში.

სტაციონარული სიმულაციის დროს, საპროექტო პარამეტრების მიხედვით, პირველ რიგში, Matlab/Simulink სიმულაციურ პროგრამულ უზრუნველყოფაში დგინდება სასაზღვრო პირობები და ენიჭება მოდელის მდგომარეობის ცვლადების საწყისი მნიშვნელობები. სიმულაციის დროის 2000 წმ-ად დასაყენებლად გამოიყენება მაღალი სიმულაციური სიზუსტის მქონე ODE45 ალგორითმი. ცხრილი 2 გვიჩვენებს სტაციონარული სიმულაციის შედეგებსა და საპროექტო პარამეტრებს შორის შედარებას.

ცხრილი 2 გვიჩვენებს, რომ 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სამაცივრე სისტემის სტაციონარული სიმულაციის მნიშვნელობასა და საპროექტო პარამეტრებს შორის ფარდობითი შეცდომა 3%-ზე ნაკლებია, რაც აკმაყოფილებს სისტემის სიმულაციის სიზუსტის მოთხოვნებს და ადასტურებს სიმულაციური მოდელის სისწორესა და სიზუსტეს. სისტემაში სამუშაო გარემოს თერმული პარამეტრები მიიღება მორგების ფორმულით, მოდელირებაში კეთდება საჭირო დაშვებები და კომპონენტების შეცდომები გაიზრდება მათი აწყობისას, ეს არის ფარდობითი შეცდომების მიზეზები.

სტაციონარული სიმულაციის შედეგების საფუძველზე, შეფასდა 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის ნარჩენების სითბოს გამოყენების სამაცივრე სისტემის ენერგიის გამოყენების საერთო კოეფიციენტი. სისტემის ენერგიის გამოყენების საერთო კოეფიციენტის გაანგარიშების მეთოდი ფორმულაა.

X არის 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სისტემის ენერგიის გამოყენების საერთო კოეფიციენტი, PG არის 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორი, კვტ, RC არის libr შთანთქმის ჩილერი, კვტ, EC არის სისტემის სხვა ენერგიის მოხმარება, კვტ; FC არის დიზელის გენერატორის საწვავის მოხმარება, კვტ; PC არის სისტემის ენერგომოხმარება, კვტ.

დაპროექტებული ექსპლუატაციის პირობებში, 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სიმძლავრე 357.6 კვტ-ია, ლითიუმის ბრომიდის შთანთქმის გამაგრილებელი მოწყობილობის სიმძლავრე 579.79 კვტ, სისტემის სხვა ენერგიის მოხმარება 132 კვტ-ია, ხოლო 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის საწვავის მოხმარება დაახლოებით 1286 კვტ-ია, სისტემაში ტუმბოების და სხვა ენერგომოხმარებელი მოწყობილობების ენერგომოხმარება დაახლოებით 30 კვტ-ია.

ფორმულა (6)-ის გაანგარიშების მიხედვით, 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სამაცივრე სისტემის ენერგიის გამოყენების საერთო კოეფიციენტი დაახლოებით 0.813-ია, ხოლო ენერგიის გამოყენების ეფექტურობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, რაც 0.8-ზე მეტია და აკმაყოფილებს დიზაინის მოთხოვნებს.

16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის დატვირთვა განისაზღვრება ენერგომოხმარებით. დატვირთვის ცვლილება გამოიწვევს 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის გამონაბოლქვი აირების ტემპერატურისა და ნაკადის სიჩქარის ცვლილებას, რაც გავლენას მოახდენს სისტემის ქვემოთ მდებარე ლითიუმ-ბრომიდის შთანთქმის გამაგრილებელი მოწყობილობის გაგრილების სიმძლავრეზე.

სისტემის თერმოდინამიკური პროცესი რთულია, ინერციული შეფერხებებით. მთელი სიმულაციის დროის 6000 წამზე დაყენებით, 2000-იანი წლებიდან დაწყებული, საფეხურის ცვლილების დამატებით, 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის დატვირთვა მცირდება 100%-დან 80%-მდე და ხორციელდება დინამიური სიმულაციის გაანგარიშება.

2000-იანი წლებიდან დაწყებული, დატვირთვა შემცირდა 352.3 კვტ-დან 287.48 კვტ-მდე, გამონაბოლქვი ნაკადი 1.3187 კგ-დან 1.1192 კგ-მდე, ხოლო გამონაბოლქვის ტემპერატურა 462 გრადუსიდან.16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორისთვის ტემპერატურა °C-დან 453 °C-მდე. დინამიური რეაგირების მთელი პროცესი დაახლოებით 100 წამს შეადგენს. დიზელის დატვირთვა მცირდება 20%-ით, იზრდება დიზელის ძრავის ბრუნვის სიჩქარე, რეგულირდება სწრაფი რეაგირება, მცირდება საწვავის ინექცია სიჩქარის სტაბილურობის შესანარჩუნებლად დადგენილ წერტილში. დიზელის ძრავში საწვავის ინექციის შემცირება იწვევს გამონაბოლქვი აირების ტემპერატურის და ნაკადის სიჩქარის შემცირებას.

გაგრილების სიმძლავრე ოდნავ გაიზარდა და შემდეგ სწრაფად დაეცა კიდევ ერთ სტაბილურ მნიშვნელობამდე, 579.79 კვტ-დან 507.15 კვტ-მდე. როგორც ნახაზი 9-დან ჩანს, გაგრილების კოეფიციენტი ოდნავ გაიზარდა და შემდეგ შემცირდა 1.394-დან 1.402-მდე. 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის დატვირთვის შემცირებამ გამოიწვია მთელ 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის სისტემაში შემავალი თერმული ენერგიის შემცირება, რამაც გამოიწვია გამაგრილებლის გაგრილების სიმძლავრის შემცირება, მაგრამ გაგრილების კოეფიციენტი ოდნავ გაიზარდა და მთელი დინამიური პროცესი დაახლოებით 2000-იან წლებში დასრულდა.

4 დასკვნა

კუნძულის საცხოვრებელი უბნის მაგალითის სახით, შესწავლილია დიზელის ენერგიის გენერაციის შედეგად მიღებული ნარჩენი სითბოს გამოყენებით ახალი ენერგოდამზოგავი სამაცივრო ტექნოლოგია.

1) განხორციელდა 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის ნარჩენების სითბოს გამოყენების სამაცივრო სისტემის ინტეგრირებული დიზაინი და განისაზღვრა დიზაინის პარამეტრები. სისტემის სტატიკური და დინამიური სიმულაციური გაანგარიშების გზით გაანალიზდა სისტემის მუშაობა, შემდეგ შეიქმნა მართვის სისტემა და განხორციელდა სისტემის ოპტიმიზაცია.

2) სტაციონარული სიმულაცია ხორციელდება საპროექტო პირობებში და ფარდობითი შეცდომა 3%-ზე ნაკლებია, რაც აკმაყოფილებს საპროექტო მოთხოვნას და ადასტურებს მოდელის სიზუსტესა და სისწორეს. სტაციონარული სიმულაციის შედეგების მიხედვით, სისტემის ენერგიის გამოყენების საერთო კოეფიციენტი დაახლოებით 0.813-ია, რაც აკმაყოფილებს საპროექტო მოთხოვნებს.

3) ჩატარდა 16 კვტ დატვირთვის დარღვევის დინამიური სიმულაცია, რაც იწვევს 16 კვტ დატვირთვის შემცირებას, ელექტროენერგიის გამომუშავების შემცირებას, გამონაბოლქვი აირის სითბური ენერგიის შემცირებას, გაგრილების სიმძლავრის შემცირებას და გაგრილების კოეფიციენტის უმნიშვნელო ზრდას. სიმულაციის შედეგები აჩვენებს, რომ 16 კვტ სიმძლავრის ელექტროსადგურის გაგრილების სიმძლავრე უფრო დაბალია, ვიდრე 16 კვტ სიმძლავრის ელექტროსადგურის, ხოლო 16 კვტ სიმძლავრის ელექტროსადგურის გამომუშავება უფრო დაბალია, ვიდრე 16 კვტ სიმძლავრის ელექტროსადგურის, ხოლო გამონაბოლქვი აირის სითბური ენერგია უფრო დაბალია, ვიდრე 16 კვტ სიმძლავრის დიზელის გენერატორის.