ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2014р. Серія: Технічні науки Вип. 28 ISSN - PDF

Description
1 1 удельный расход топлива по ГТУ больше, чем по установкам КЭС, q qкэс, что с КЭС учетом этого экономия топлива на отпуск теплоты внешним потребителям составит Qвн Qэк Э( q qкэс ), (7) кот где Э выработка

Please download to get full document.

View again

of 8
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Comics

Publish on:

Views: 42 | Pages: 8

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
1 1 удельный расход топлива по ГТУ больше, чем по установкам КЭС, q qкэс, что с КЭС учетом этого экономия топлива на отпуск теплоты внешним потребителям составит Qвн Qэк Э( q qкэс ), (7) кот где Э выработка электроэнергии за рассматриваемое время. Удельная экономия тепла на единицу отпущенного составит Qэк 1 Э qэк w( q qкэс) w. (8) Qвн ко т Qвн ( q qкэс) кот кот кэс Формула (8) дает возможность проанализировать влияние на величину экономии q эк характеристик ГТУ и удельной выработке электроэнергии на тепловом потреблении. Выводы 1. Энергетическая эффективность газотурбинных ТЭЦ определяется в основном КПД ГТУ и температурой уходящих газов из котла утилизатора.. Удельный расход топлива на ГТЭЦ заметно ниже, чем на современных паротурбинных установках большой мощности практически для всей номенклатуры отечественных ГТУ. 3. Предложенная методика оценки эффективности ГТЭЦ позволит оптимальным образом подбирать утилизационное оборудование при проектировании. Список использованных источников: 1. Чаташвили Г.П. К методике расчета показателей эффективности газотурбинных ТЭЦ / Г.П. Чаташвили // Теплоэнергетика С Сазанов П.В. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий / П.В. Сазанов, В.И. Ситас. М.: Энергоатомиздат, с. Bibliography: 1. Chatashvili G.P. By the method of calculating the performance of gas turbine TPP / G.P. Chatashvili // Thermal Power Engineering Р (Rus.). Sazanov P.V. Thermal energy systems of industrial enterprises / P.V. Sazanov, V.I. Sitas. M.: Energoatomizdat, p. (Rus.) Рецензент: В.А. Маслов д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ» Статья поступила УДК Ткаченко К.І. * ДО ПИТАННЯ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ ДВИГУНІВ СТИРЛІНГА Запропонована математична модель вільнопоршневого двигуна Стирлінга. З використанням отриманої методики розраховані параметри роботи серійно виробляємого прототипу, що підтвердило коректність розробленої математичної моделі. Ключові слова: двигун Ситрлінга, вільнопоршневий двигун, математичне моделювання. Ткаченко К.И. К вопросу моделирования работы двигателей Стирлинга. Предложена математическая модель свободнопоршневого двигателя Стирлинга. С использованием полученной методики рассчитаны параметры работы серийно про- * канд. техн. наук, доцент, ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Мариуполь, 105 изводимого прототипа, что подтвердило корректность разработанной математической модели. Ключевые слова: двигатель Стирлинга, свободнопоршневой двигатель, математическое моделирование. K.I. Tkachenko. On The question of modelling functioning of Steerling engines. The mathematical model of free-piston Steerling engine was developed. The parameters of work cycle for stock-produced Steerling engine was calculated based on proposed methods that confirmed correctness of mathematical model. Keywords: Steerling engine, free-piston engine, mathematical modelling. Постановка проблеми. В зв язку з паливною кризою, посиленням вимог щодо емісії шкідливих речовин енергогенеруючими установками, в певних галузях доцільним стає використання двигунів Стирлінга. Проте, методики проектування та розрахунку їх параметрів на сьогодні не можна вважати досконалими, і, особливо, для двигунів нетрадиційних схем, внаслідок чого є доцільним зосередити зусилля на математичному моделюванню двигунів Стирлінга. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Найбільш широко відомий аналіз роботи двигунів Стирлінга, розроблений Шмідтом [1], дає можливість лише напівкількісно оцінити параметри двигуна через великий ступінь ідеалізації. В пізніших роботах Фількенштейна, Уокера [] та Йоші, Квейла, Сміта [3] та інш. були зроблені спроби підвищити точність розрахунків для певних застосувань апаратів, що працюють за циклом Стирлінга. На цей час визнається перспективним і такий різновид двигуна, як термоакустичний двигун Стирлінга, теоретичним аналізом роботи якого займаються Університет Осаки (Сугімото), Енергетичний Дослідницький Центр Нідерландів (Тіжиані) та інш. Мета статті запропонувати теоретичний аналіз роботи вільнопоршневого двигуна Стирлінга з певними ідеалізаціями та спрощеннями, перевірити вірність запропонованої методики для реальної моделі двигуна шляхом розрахунку параметрів робочого циклу. Виклад основного матеріалу. Вільям Білл, проф. Університету Огайо в 1964 році розробив конструкцію вільнопоршневого двигуна Стирлінга [4]. Двигун є самозапускним, не потребує кривошипного механізму, певні конструкції можуть бути виготовлені без будь-яких ущільнень для газу. Принципова схема двигуна наведена на рис. 1. Двигун Біла може виконувати корисну роботу при з єднанні поршня, що коливається, з навантаженням привід поршня компресора, рухомої частини лінійного генератора електричної енергії. З певними змінами цей тип двигуна знайшов втілення у когенераційній установці фірми Viessman 300-W [5] електричною потужністю 1 квт та електричним ККД 16% (рис. ). Рис. 1 Принципова конструкція вільнопоршневого двигуна Стирлінга 106 Рис. Електричний генератор Viessman 300-W Для аналізу роботи існуючих двигунів та конструювання нових необхідна вдосконалена, у порівнянні з теорією Шмідта, математична модель двигуна. Таким чином, в даній роботі, на основі припущень Шмідта, окрім гармонічного руху поршнів, була створена математична модель з використанням диференційних рівнянь руху поршня та витиснювача, рівнянь стану газу при нагріві й охолоджені та інш. Основні умовні позначення, використані в подальших розрахунках: D cyl діаметр основного циліндра; D діаметр витиснювача; D rod діаметр штока витиснювача; D pist діаметр робочого поршня (робочого циліндра); величина кільцевої щілини між витиснювачем та основним циліндром (регенератор) D D ; 0,5 cyl L pist відстань між поршнем та дном основного циліндра; L довжина витиснювача; L cyl довжина основного циліндра; k pist жорсткість пружини робочого поршню; k жорсткість пружини витиснювача; k el коефіцієнт гальмування поршню за рахунок генерації електричного струму в котушках генератора; k db коефіцієнт гальмування витиснювача за рахунок тертя в ущільнювачі та при перетіканні газу в регенераторі; F dpd сила, що діє на витиснювач з боку газу в порожнини всередині витиснювача; F dpc сила, що діє на витиснювач з боку газу в порожнині робочого циліндра; F ds сила пружини, що повертає витиснювач в нульове положення; F ppc сила, що діє на поршень з боку газу в порожнині робочого циліндра; F ppb сила, що діє на поршень з боку газу в буферній ємності; F ps сила пружини, що повертає поршень в нульове положення; F pe сила гальмування за рахунок генерації електричного струму в котушках генератора, що діє на поршень; p buf тиск в буферній ємності; p cyl тиск в порожнині основного циліндра; p тиск в порожнині всередині витиснювача; S cyl площа поперечного перетину основного циліндра; S площа поперечного перетину витиснювача; S rod площа поперечного перетину штока витиснювача; S pist площа поперечного перетину робочого поршня; T env температура оточуючого середовища; T hot температура газу в гарячій порожнині основного циліндра; T cold температура газу в холодній порожнині основного циліндра та робочому циліндра; M молярна маса робочого газу. Обсяг газу V в певний момент часу (моментальний обсяг) у внутрішній порожнині витиснювача залежить від зсуву його x від нульового положення (витиснювач розташований посередині робочого циліндра по довжині) 1 V S L L Srod x Srod. (1) Обсяг газу V cyl в певний момент часу в циліндрах (основному та робочому) є функцією як зсуву витиснювача, так і зсуву робочого поршня x pist від його нульового положення (відстань від поршня до основного циліндра) Lcyl L Vcyl Scyl Lcyl L S Srod x S pist xpist Lpist. () Обсяг газу V hot, що знаходиться в певний момент часу в гарячий частині основного цилін- 107 дра (прийнято, що половина кільцевої щілини регенератора відповідає гарячий частині циліндра) 1 1 Vhot Scyl Lcyl L Scyl S L x Scyl. (3) Обсяг газу V cold, що знаходиться у холодній частині основного циліндра, половині кільцевої щілини регенератора та у робочому циліндрі V V V. (4) Кількість газу, що знаходиться в обсязі V cyl 0 за початкових умов (нульові положення витиснювача та робочого поршня): де cold cyl hot 0 p buf 108 V cyl 0 0 R T env, (5) p buf 0 тиск у буферній ємності при температурі всього двигуна T env ; R універсальна газова константа, 8,31 Дж/ К моль. Кількість газу, що знаходиться в обсязі витиснювача V 0 за початкових умов: pbuf V 0 0. (6) 0 R Tenv Тиск газу в основному та робочому циліндрах, розраховується за формулою: Thot Tcold pcyl R, (7) V T V T cold hot hot cold де кількість газу в обсязі V cyl, яка враховує витік газу з основного та робочого циліндра до буферної ємності і внутрішньої порожнини витиснювча після запуску через недосконалість ущільнень витиснювач шток витиснювача, робочий поршень робочий циліндр. Тиск газу в порожнині витиснювача обчислюється наступним чином: Thot Tcold V 0 p R, (8) V де кількість газу в обсязі V, яка враховує перетік газу з основного та робочого циліндра до внутрішньої порожнини витиснювача після запуску через недосконалість ущільнень витиснювач шток витиснювача. Кількість газу, що перетікає в одиницю часу з основного та робочого циліндра до витиснювача, визначається наступним чином: sgn p p p p S / M, (9) d cyl cyl rod cyl де S rod Drod Drod / 4 площа поперечного перетину зазору ущільнювача витиснювача та його штока, зазор ущільнювача; p p M / R T T cyl cyl cold hot середня густина газу в циліндрі та витиснювачі; коефіцієнт витрати кільцевої щілини. Кількість газу, що перетікає в одиницю часу з основного та робочого циліндра до буферної ємності, визначається наступним чином: sgn p p p p S / M, (10) де b cyl buf cyl buf pist cylbuf pist pist pist S D D / 4 площа поперечного перетину зазору ущільнювача робочого поршня та робочого циліндра, зазор ущільнювача; p p M / R T cyl buf cyl buf cold середня густина газу в циліндрі та буферній ємності. Рівнодіюча сила R вказано нижче (див. рис. 3), що діє на витиснювач, складається з декількох компонентів, як F R Fdpc Fdpd Fds Fdb, (11) Fdpc Srod pcyl, (1) Fdpd Srod p, (13) Fds x k, (14) db dx dx sgn k d d db. (15) Рис. 3 Схема вільнопоршневого двигуна Стирлінга, умовні позначення та діючі сили В свою чергу, рівнодіюча сила R pist, яка діє на робочий поршень, та її складові визначаються наступними виразами (рис. 3): R F F F F, (16) pist ppc ppb ps pe Fppc S pist pcyl, (17) Fppb S pist pbuf, (18) Fds xpist k pist, (19) dx Fel kel. (0) d Зважаючи на наведені вище формули, можливо записати систему диференційних рівнянь математичної моделі вільнопоршневого двигуна Стирлінга 109 d x d d x d d d d buf d d pist cyl d R m R m pist pist buf, buf,,, Для перевірки правильності математичної моделі були використані дані електричного генератора фірми Viessman. Використовуючи наведені вище залежності, за допомогою вільно розповсюджуваної програми SmathStudio, була створена комп ютерна реалізація математичної моделі вільнопоршневого двигуна Стирлінга. В якості вихідних даних використовувалися параметри Vitotwin 300-W, наявні у відкритому доступі: геометричні параметри були обчислені на основі відомих габаритів пристрою та зображень пристрою у розрізі, температура холодної частини основного циліндра оцінена на основі температури зворотної води системи опалення та певного температурного напору вода-робочий газ, температура нагрівача прийнята за аналогами. В результаті аналізу показано, що певним чином ідеалізований вільнопоршневий двигун Стирлінга, за використаних параметрів може мати електричну потужність у 1150 Вт при початковому тиску в системі 15 бар, що, в цілому, відповідає технічним даним прототипу. На рис. 4 наведена розрахована індикаторна pv діаграма робочого процесу від запуску двигуна (0 с) і до 6 с роботи (модель не враховує теплову інерцію та кі
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks