Дизайн ба гүйцэтгэлийн шинжилгээ А16 кВт дизель генераторХаягдал дулааныг ашиглан хөргөх систем

Өнгөрсөн судалгааны нөхцөл байдлаас харахад тархсан когенерацийн системийг загварчлах, загварчлах нь хэтэрхий горимтой байна.

1 системийг нэгтгэх загвар

Сонгогдсон арлын орон сууцны хороолол нь 16 кВт-ын дизель генератороор тэжээгддэг, дизель хөдөлгүүрийн яндангийн хий нь их хэмжээний дулааны энерги агуулдаг бөгөөд литийн бромидын шингээгч хөргөгч нь яндангийн хийг хэрэглэгчдийн хөргөгчинд ажлын дулааны эх үүсвэр болгон авдаг. Хөргөлтийн ачааллын тохируулгатай хүрээг нэмэгдүүлэхийн тулд шатаах төрлийн хөргөгчийг ашигладаг. Арлын 16 кВт дизель генераторын системийн ерөнхий загварыг Зураг 1-т үзүүлэв.

Цахилгаан хөргөлтийн дизайны зарчим (16 кВт-ын дизель генераторын дагуу тохирох хөргөгч) дээр үндэслэн хөргөгчийн тохирох сонголтыг энэ нийтлэлд хийсэн болно. Тус орон сууцны талбай нь 4850 м2 талбайтай, 16 кВт дизель генераторын нэрлэсэн хүчин чадал 350 кВт. 16 кВт-ын дизель генератор нь 450 орчим температурт яндангийн хий үүсгэдэг°C, хөргөгчинд ашиглах боломжтой дулааны энерги нь ойролцоогоор 420 кВт байна. Хөргөлтийн коэффициент 1.4, 582 кВт чадалтай давхар эффекттэй параллель лити бромидын шингээгч хөргөгчийг сонгосон. Арлын хэрэглэгчдийн хөргөлтийн дундаж ачаалал 120Вт/м2 байна. Мөрдөн байцаалтын дагуу 120Вт/м2 нь арлын хэрэглэгчдийн хөргөлтийн ачааллын хэрэгцээг хангаж байна. Тиймээс 16 кВт-ын дизель үүсгүүрийг хэвийн нөхцөлд ажиллуулах үед яндангийн хийн хаягдал дулаан нь хөргөгчийн хэрэгцээг хангаж чадна. 16 кВт чадалтай дизель генераторын хөргөлтийн системийн дизайны параметрүүдийг 1-р хүснэгтэд үзүүлэв.

2. Математик загварчлал

16 кВт дизель генераторын хөргөлтийн систем нь динамик, термодинамик, дулаан дамжуулалт зэрэг олон сэдвийг хамардаг маш нарийн төвөгтэй тул тохиромжтой загварчлалын аргыг сонгох нь маш чухал юм. Энэхүү нийтлэлд 16 кВт-ын хүчин чадалтай хаягдал дулааны хэрэглээний хөргөлтийн системийн симуляцийн загварыг модульчлагдсан загварчлалын аргыг ашиглан хийсэн болно. 16 кВт дизель генераторын хаягдал дулааны хөргөлтийн систем нь ердийн термодинамик систем бөгөөд модулиуд нь ажлын бодис, энергийн дамжуулалтын дагуу хуваагддаг.

Загварчлах санааг бүхэлд нь тодорхойлсны дараа бид системийн ажиллагааг үнэн зөв загварчлах боломжийн аргыг сонгох хэрэгтэй.

Энэхүү нийтлэл нь 16 кВт дизель генераторын дотоод ажлын процессыг харгалзахгүйгээр янз бүрийн ачааллын дор 16 кВт дизель генераторын гаралтын чадал, яндангийн дулааны энергийг голчлон судалсан болно. Дундаж аргыг ашиглан загварчлах нь системийн интеграцийн түвшинд 16 кВт дизель генераторын загварчлалын нарийвчлалыг баталгаажуулдаг.

16 кВт чадалтай дизель генераторын хөргөлтийн системд олон төрлийн дулаан солилцогч байдаг бөгөөд дулаан солилцууруудын хооронд даралт-урсгалын холболт байдаг. Уламжлалт загварчлалын арга нь модулийг физик загварын дагуу хувааж, тэнцвэрийн тэгшитгэлийн дагуу модуль бүрийн даралт, урсгалыг тусад нь тооцож, хилийн тэнцүү хязгаарлалтын нөхцлийг хангасан байх ёстой. Тиймээс давталтын тооцоолол хийхээс зайлсхийх боломжгүй бөгөөд тооцооллын хугацаа нэмэгддэг. Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд хаягдал дулааныг ашиглан 16 кВт чадалтай дизель генераторын хөргөлтийн системийн симуляцийн загварыг эзэлхүүний инерцийн аргаар хийсэн.

Эзлэхүүний инерцийн аргын дагуу бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн урсгалын хурд тэнцвэртэй биш бөгөөд бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг эзэлхүүний инерцийн холбоосын дагуу авч үздэг. Энэ нь бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг эзлэхүүний модуль, бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн хоорондох холбох хоолойг эсэргүүцлийн модуль гэж үздэг. Эзлэхүүний модулийн хувьд шингэний дотоод эсэргүүцлийг үл тоомсорлож, эзлэхүүний модуль доторх даралт жигд байна. Эзлэхүүний модуль дахь даралтыг эзлэхүүний модулийн хоѐр төгсгөлийн массын урсгалын хурдны зөрүү ба эзлэхүүний модулийн температурын өөрчлөлтийн дагуу тооцоолж болно. Гэсэн хэдий ч оролт, гаралтын даралтын зөрүү ба хоолойн ханын үрэлтийн алдагдал нь урсгалын өөрчлөлтийг үүсгэдэг бөгөөд урсгалын динамик утгыг импульсийн хадгалалтын дагуу тооцоолж болно.

l хоолойн уртыг жишээ болгон авч үзвэл эзэлхүүний модуль ба эсэргүүцлийн модульд хуваагдаж, эзэлхүүний инерцийн загварыг бий болгодог.

1) дууны модуль.

Эзлэхүүний модуль руу нэгж хугацаанд ногдох урсгалын хурд нь M1, эзлэхүүний модулиас гарах нэгж хугацааны урсгалын хурд нь M2 байна. Массын хэмнэлтийн дагуу: Эзлэхүүний модуль руу урсах - Эзлэхүүний модулиас гарах урсгал = Эзлэхүүний модулийн массын өсөлт, эзлэхүүний модулийн массын өсөлтийг тооцоолж болно.

Томъёонд: M нь эзэлхүүний модуль дахь ажлын шингэний масс, кг; v - эзэлхүүний модуль дахь ажлын шингэний эзэлхүүн, M3; кг / м3 - эзэлхүүний модуль дахь ажлын шингэний нягт; M1 ба M2 нь эзэлхүүний модульд орох, гарах шингэний массын урсгал, кг / с.

2) эсэргүүцэлтэй модуль.

Эсэргүүцэх модульд даралтын зөрүү ба шингэний үрэлтийн эсэргүүцэл зэргээс шалтгаалан урсгалын хурд өөрчлөгддөг. Шугаман импульс хадгалагдах хуулийн дагуу: Эсэргүүцлийн модульд орох импульс-эсэргүүцлийн модулийг орхих импульс + гадаад хүчний импульс = эсэргүүцлийн модулийн импульсийн өсөлт, эсэргүүцлийн модулийн хөндлөн огтлолоор урсах шингэний массыг тооцоолж болно.

хуудасны_цахим ном=33, хуудасны_номын_тоо=25

Томъёонд: M нь хоолойгоор дамжих ажлын шингэний массын урсгалын хурд, кг/с; v - ажлын шингэний хурд, м/с; a - хоолойн хөндлөн огтлолын талбай, м 2; l - хоолойн урт, м; p 1 ба P 2 нь эсэргүүцлийн модулийн хоёр талын даралт, PA; UL нь хоолойн ханан дээрх шингэний үрэлтийн эсэргүүцэл, хасах тэмдэг нь шингэний урсгалын эсрэг чиглэлд үрэлтийн эсэргүүцлийг илэрхийлнэ, U - хоолойн нойтон тойрог, U - нэгж талбайд ногдох үрэлтийн эсэргүүцэл, = 1/2 FV 2, F - дулааны солилцооны үрэлтийн коэффициент, тэдгээрийн дагуу эмпирийн томъёог гаргаж болно.

3 системийн гүйцэтгэлийн шинжилгээ

Энэхүү нийтлэлд 16 кВт-ын дизель генераторыг компрессор, турбин, турбин ротор, завсрын хөргөгч, оролтын болон яндангийн хоолой, зохицуулагч, цилиндр, генератор гэж хувааж, 16 кВ-ын дизель генераторын симуляцийн загварыг дундаж аргаар бүтээсэн болно.

16 кВт-ын дизель генераторын хөргөлтийн систем нь олон тооны дулаан солилцогчтой бөгөөд бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн симуляцийн загварыг бүтээхэд эзлэхүүний инерцийн аргыг ашигладаг. Систем дэх шингэн ажлын орчин нь ихэвчлэн хаягдал хий, литийн бромидын уусмал, ус, усны уур гэх мэт зүйлсээс бүрдэнэ. Загварын тооцооны үнэн зөвийг баталгаажуулахын тулд тохирох томъёоны дагуу ажлын орчны дулааны шинж чанарыг тооцоолох загварыг бий болгосон. 16 кВт ба литийн бромидын шингээх хөргөлтийн загварчлалын загваруудыг Matlab/Simulink программ хангамжид тус тус бүтээж, дибаг хийсэн. Эцэст нь, хаягдал дулааныг ашиглан 16 кВт дизель генераторын хөргөлтийн загварчлалын загварыг Зураг 4-т үзүүлсний дагуу нэгтгэв.

Тогтвортой төлөвийн симуляцид дизайны параметрийн дагуу нэгдүгээрт, Matlab/Simulink симуляцийн программ хангамжид хилийн нөхцлүүдийг тогтоож, загварын төлөвийн хувьсагчдын анхны утгыг оноож өгдөг. Симуляцийн өндөр нарийвчлалтай ODE45 алгоритмыг симуляцийн хугацааг 2000 он гэж тохируулахад ашигладаг. Тогтвортой төлөвийн загварчлалын үр дүн болон дизайны параметрүүдийн харьцуулалтыг Хүснэгт 2-т үзүүлэв.

Хүснэгт 2-оос харахад 16 кВ-ын дизель генераторын хөргөлтийн системийн загварчлалын үзүүлэлт ба тогтсон төлөвийн загварчлалын үзүүлэлтүүдийн хоорондын харьцангуй алдаа 3%-иас бага байгаа нь системийн симуляцийн нарийвчлалын шаардлагыг хангаж, загварчлалын загварын зөв, үнэн зөвийг баталгаажуулж байна. Систем дэх ажлын орчны дулааны параметрүүдийг тохирох томъёогоор олж авч, загварчлалд шаардлагатай таамаглалыг гаргаж, угсарч байх үед эд ангиудын алдааг нэмэгдүүлэх болно, эдгээр нь харьцангуй алдааны шалтгаан юм.

Тогтвортой төлөвийн загварчлалын үр дүнд үндэслэн 16кВ дизель генераторын хаягдал дулааны ашиглалтын хөргөлтийн системийн нийт эрчим хүчний хэрэглээний коэффициентийг үнэлэв. Системийн нийт эрчим хүчний ашиглалтын коэффициентийг тооцоолох арга нь томъёо юм.

X нь 16 кВт дизель генераторын системийн нийт эрчим хүчний ашиглалтын коэффициент, PG нь 16 кВт дизель генератор, кВт, RC нь либр шингээх хөргөгч, кВт, EC нь системийн бусад эрчим хүчний зарцуулалт, кВт; FC нь дизель генераторын түлшний зарцуулалт, кВт; PC нь системийн эрчим хүчний хэрэглээ, кВт.

Төлөвлөсөн ашиглалтын нөхцөлд 16 кВт дизель генератор 357.6 кВт хүчин чадалтай, бромидын литийн шингээгч хөргөгч 579.79 кВт хүчин чадалтай, системийн бусад эрчим хүчний хэрэглээ 132 кВт, 16 кВт дизель генераторын түлшний зарцуулалт 1286 кВт шахуурга, бусад төхөөрөмжийн эрчим хүчний зарцуулалт ойролцоогоор байна. 30 кВт.

Формула (6)-ын тооцоогоор 16 кВт хүчин чадалтай дизель генераторын хөргөлтийн системийн нийт эрчим хүчний ашиглалтын коэффициент 0.813 орчим, эрчим хүчний ашиглалтын үр ашиг нь 0.8-аас дээш гарсан, дизайны шаардлагад нийцсэн байна.

16 кВт дизель генераторын ачааллыг эрчим хүчний зарцуулалтаар тодорхойлно. Ачааллын өөрчлөлт нь 16 кВт-ын дизель генераторын яндангийн температур болон урсгалын хурдыг өөрчлөхөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь системийн доод урсгалын литийн бромидын шингээгч хөргөгчийн хөргөлтийн хүчин чадалд нөлөөлнө.

Системийн термодинамик процесс нь инерцийн саатал бүхий нарийн төвөгтэй юм. 2000-аад оноос эхлэн загварчлалын хугацааг бүхэлд нь 6000 болгон тохируулж, алхамын өөрчлөлтийг нэмснээр 16 кВт-ын дизель генераторын ачаалал 100% -аас 80% хүртэл буурч, динамик симуляцийн тооцоолол хийгдсэн.

2000-аад оноос хойш ачаалал 352.3 кВт-аас 287.48 кВт, яндангийн урсгал 1.3187 кг-аас 1.1192 кг, яндангийн температур 462-аас буурчээ.16 кВт дизель генераторын хувьд °C-аас 453 °C хүртэл. Бүх динамик хариу үйл явц нь ойролцоогоор 100 секунд байна. Дизель түлшний ачааллыг 20% бууруулж, дизель хөдөлгүүрийн хурдыг нэмэгдүүлж, зохицуулагчийн хурдан хариу үйлдэл, тогтоосон цэгт хурдны тогтвортой байдлыг хадгалахын тулд түлшний шахалтыг бууруулна. Дизель хөдөлгүүрт түлш шахах хэмжээ багассан нь яндангийн температур, урсгалын хурд буурахад хүргэдэг.

Хөргөлтийн хүчин чадал бага зэрэг нэмэгдэж, дараа нь 579.79 кВт-аас 507.15 кВт болж өөр тогтвортой утга руу хурдан буурсан. 9-р зурагнаас харахад хөргөлтийн коэффициент бага зэрэг нэмэгдэж, дараа нь 1.394-ээс 1.402 болж буурсан байна. 16 кВт дизель генераторын ачаалал багассанаар нийт 16 кВт дизель генераторын системд орох дулааны энерги багасч, энэ нь хөргөлтийн хөргөлтийн хүчин чадал буурахад хүргэсэн боловч хөргөлтийн коэффициент бага зэрэг нэмэгдэж, бүх динамик процесс 2000-аад онд дууссан.

4 ДҮГНЭЛТ

Арлын суурьшлын бүсийг жишээ болгон авч үзвэл дизель эрчим хүч үйлдвэрлэх хаягдал дулааныг ашиглан эрчим хүч хэмнэх шинэ хөргөлтийн технологийг судалж байна.

1) 16 кВт дизель генераторын хаягдал дулааны хөргөлтийн системийн нэгдсэн зураг төслийг хийж, дизайны параметрүүдийг тодорхойлсон. Системийн статик ба динамик симуляцийн тооцоогоор системийн гүйцэтгэлд дүн шинжилгээ хийж, дараа нь хяналтын системийг зохион бүтээж, системийн оновчлолыг хэрэгжүүлдэг.

2) Тогтвортой төлөвийн симуляци нь дизайны нөхцөлд хийгдсэн бөгөөд харьцангуй алдаа нь 3% -иас бага байгаа нь дизайны шаардлагыг хангаж, загварын үнэн зөв, үнэн зөвийг баталгаажуулдаг. Тогтвортой төлөвийн загварчлалын үр дүнгээс харахад системийн нийт эрчим хүчний хэрэглээний коэффициент 0.813 орчим байгаа нь зураг төслийн шаардлагыг хангаж байна.

3) 16 кВт-ын ачааллын эвдрэлийн динамик загварчлал хийгдсэн бөгөөд үүний үр дүнд 16 кВт ачааллыг бууруулж, эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг бууруулж, яндангийн хийн дулааны энергийг бууруулж, хөргөлтийн хүчин чадал буурч, хөргөлтийн коэффициент бага зэрэг нэмэгддэг. Симуляцийн үр дүнгээс харахад 16кВт-ын цахилгаан станцын хөргөлтийн хүчин чадал 16кВт-ын цахилгаан станцаас бага, 16кВт-ын цахилгаан станцын гаралт 16кВ-ын цахилгаан станцаас бага, яндангийн хийн дулааны энерги нь 16кВт-ын дизель генераторынхоос бага байна.