Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности и проблемы эксплуатации систем централизованного тепло- и водоснабжения 12
1.1. Проблемы использования избыточного давления рабочих жидкостей и газов различных технологических цикло 13
1.2. Особенности построения систем централизованного теплоснабжения 16
1.2.1 Возможности преобразование избыточного давления на тепловых пункта 20
1.2.2 Сезонные особенности работы теплового пункта 22
1.2.3 Проблемы использования избыточного магистрального давления для получения электроэнергии на тепловых пункта 24
1.3 Особенности построения систем централизованного водоснабжения 25
1.3.1. Возможности преобразование избыточного давления магистральных водоводов в электроэнергию 25
1.3.2. Проблемы использования избыточного магистрального давления для получения электроэнергии в системах централизованного водоснабжения 29
1.4. Определение диапазона потерь избыточного магистрального давления теплоносителя в эксплуатирующихся системах тепло- и водоснабжения и оценка их рекуперационного потенциала 30
1.4.1. Анализ диапазона потерь избыточного магистрального давления теплоносителя в эксплуатирующихся системах теплоснабжения 30
1.4.2. Оценка рекуперационного потенциала избыточного магистрального давления в эксплуатирующихся системах теплоснабжения 36
1.4.3. Анализ диапазона потерь избыточного магистрального давления в эксплуатирующихся системах водоснабжения 40
1.4.4. Оценка рекуперационного потенциала избыточного магистрального давления в эксплуатирующихся системах водоснабжения 42
2 Структурная схема и принцип работы системы рекуперации избыточного давления 45
2.1 Гидродинамический регулятор давления 45
3. Работа СРД и основного оборудования в условиях эксплуатации на ЦТП 49
3.1 Анализ основных подходов повышения надежности эксплуатации тепломеханического оборудования на ЦТП 49
3.2 Анализ повреждаемости элементов СРД в условиях функционирования систем теплоснабжения 49
3.2.1 Анализ недостатков конструкции и эксплуатационных характеристик СРД-2 60
3.2.2 Перспективные направления совершенствования СРД 61
3.3 Основные направления и подходы расширения эффективной зоны эксплуатации СРД 62
3.3.1 Анализ тормозной зоны гидротурбины СРД 62
3.4 Расчетно-экспериментальные исследования СРД 68
3.4.1 Применение программного комплекса FlowVision при исследовании гидродинамических процессов 68
3.4.2 Экспериментальный стенд для исследований СРД в системах тепло- и водоснабжения 72
3.4.3 Применение программного комплекса Flow Vision для получения моментных характеристик 76
3.4.4 Расширение эффективной рабочей зоны рабочего колеса СРД 80
3.4.5 Оценка точности экспериментальных исследований 86
4. Работа СРД в качестве аварийного источника электроэнергии 92
4.1 Современные проблемы отсутствия электроэнергии на ЦТП 92
4.2 Работа СРД в качестве аварийного источника электроэнергии 94
4.3 Разработка высокоэффективных схемных построений СРД для систем теплоснабжения 103
5. Технико-экономические и экологические аспекты использования СРД в системах теплоснабжения 109
Заключение 114
Список использованных источников
- Проблемы использования избыточного магистрального давления для получения электроэнергии на тепловых пункта
- Анализ диапазона потерь избыточного магистрального давления теплоносителя в эксплуатирующихся системах теплоснабжения
- Анализ основных подходов повышения надежности эксплуатации тепломеханического оборудования на ЦТП
- Работа СРД в качестве аварийного источника электроэнергии
Введение к работе
Актуальность работы. В «Энергетической стратегии России на период до 2030 г.» определены приоритетные направления в развитии энергетического сектора страны, в числе которых важное место уделяется вопросам использования и развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НИВЭ), а также вторичных энергоресурсов (ВЭР). Такое направление характеризует мировые тенденции развития энергетики в целом. Использование НИВЭ и ВЭР в различных технологических системах существенным образом повышает их энергоэффективность, надежность и экологичность, что особенно важно для систем, имеющих ярко выраженный социально ориентированный характер, к которым, в первую очередь, относятся системы тепло- и водоснабжения.
В силу географического расположения в Российской Федерации
доминирует холодный климат. Крайне низкие зимние температуры определяют среднегодовую температуру по всей территории России равную -5,5 C, т.е. наша страна является самой холодной страной в мире.
Данный факт показывает, что для России проблема обеспечения потребителей тепловой энергией является одной из важнейших государственных задач, на решение которой вынужденно затрачиваются огромные финансовые и энергетические ресурсы.
Повышение эффективности и надежности систем централизованного теплоснабжения неразрывным образом связано с выполнением положений Федерального закона №261 от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и Федерального закона № 190-ФЗ «О теплоснабжении» от 27 июля 2010 г.
Централизованное теплоснабжение является наиболее эффективным способом обеспечения потребителей тепловой энергией в крупных городах.
Известно, что в системах централизованного теплоснабжения давление в магистральных трубопроводах рассчитывается из условий работоспособности
самых удаленных абонентов, поэтому потребители, расположенные ближе к источнику тепловой энергии, получают теплоноситель с избыточным давлением, которое необходимо дросселировать. На привод насосных агрегатов, обеспечивающих транспортировку теплоносителя, затрачивается огромное количество электроэнергии. В частности, в системе централизованного теплоснабжения г. Москвы суммарная установленная мощность сетевых насосов, эксплуатирующихся только на тепловых электростанциях ОАО «Мосэнерго» без учета РТС, КТС, мелких котельных ОАО «МОЭК» и самостоятельных производителей тепловой энергии, составляет более 500 МВт.
Актуальность темы диссертации определяется целесообразностью применения систем рекуперации традиционно теряемого избыточного магистрального давления теплоносителя для выработки электроэнергии в централизованном теплоснабжении. Использование таких систем позволяет решить вопросы энергосбережения, минимизации потерь энергии, ресурсосбережения.
Цель работы заключается в разработке комплекса методов и подходов, позволяющих повысить эффективность использования систем рекуперации избыточного магистрального давления в системах централизованного теплоснабжения.
Объектами исследования являются системы рекуперации давления (СРД), эксплуатирующиеся в различных системах централизованного теплоснабжения. Основными задачами работы являются:
анализ рекуперационного потенциала избыточного давления рабочих жидкостей систем централизованного тепло- и водоснабжения;
анализ и выявление закономерностей влияния внешних и внутренних факторов на работоспособность, показатели качества и выход из строя элементов и узлов функционирующих СРД;
разработка метода расширения рабочего диапазона эксплуатации СРД;
проведение расчетно-теоретических и экспериментальных исследований СРД для определения моментных характеристик;
разработка метода применения источника электроэнергии в виде СРД для привода аварийных насосов на примере центрального теплового пункта;
разработка оригинальных схемных построений СРД, позволяющих повысить энергоэффективность централизованных систем теплоснабжения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые выполнена оценка работоспособности СРД в качестве аварийного источника электроэнергии.
-
Разработан метод повышения надежности систем централизованного теплоснабжения с использованием аварийных насосов отопления, получающих электроэнергию от источника энергии, основанного на использовании избыточного магистрального давления теплоносителя. Доказано, что такое схемное построение гарантированно обеспечивает температурный режим в помещениях не ниже 80С, предотвращающий возможность «разморозки» системы отопления.
-
Разработан метод расширения эффективной рабочей зоны функционирования СРД с учетом особенностей ее построения и эксплуатации, учитывающий влияние:
количества каналов рабочего колеса на его моментные характеристики (уменьшение тормозной зоны до 20%)
видов трансформации энергии в СРД (гидравлическая- механическая -электрическая) на увеличение интегрального КПД системы рекуперации давления до 70%
последовательного включения агрегатов в системе на увеличение эффективной (до 30%) рабочей зоны функционирования СРД.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Работа выполнялась по планам госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ Научного центра «Износостойкость» и кафедры Промышленных теплоэнергетических систем Национального исследовательского университета «МЭИ».
6 Разработанные методы и экспериментальные исследования использованы для анализа и выработки рекомендаций эффективной эксплуатации СРД, установленных на теплоэнергетических объектах ОАО «МОЭК», ГУП «ЭВАЖД», НИУ «МЭИ».
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов определяется:
использованием апробированных методик планирования и проведения исследований, методик анализа экспериментальных результатов, применением средств измерений необходимой точности;
удовлетворительной сходимостью результатов исследований при многократных повторениях;
корректным использованием апробированных пакетов расчетно-теоретических исследований тепло- и гидродинамических процессов.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы использованы:
при выработке рекомендаций по повышению эффективности и надежности
эксплуатации СРД в ОАО «МОЭК»;
при разработке аварийной системы теплоснабжения в рамках
государственного контракта № 16.526.12.6003;
при разработке методики повышения эффективности СРД в рамках
государственного контракта № 16.526.12.6003.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов по курсам «Нетрадиционные источники энергоснабжении», «Источники систем теплоснабжения промышленных предприятий» кафедры ПТС.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
заседаниях научно-технического совета Научного центра
«Износостойкость» НИУ «МЭИ», 2010 - 2013 гг.;
заседаниях кафедры Промышленных теплоэнергетических систем НИУ «МЭИ», 2010 - 2013 гг.;
XVI Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» 2010 г., Москва, НИУ «МЭИ»;
XLI Всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для молодежи. «Федоровские чтения - 2011» Москва, 2011г., НИУ «МЭИ»;
Первой и второй Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем» - 2010 г., 2012 г., Москва, НИУ «МЭИ»;
На защиту выносятся:
Результаты анализа рекуперационного потенциала объектов систем централизованного тепло- и водоснабжения;
Результаты экспериментальных и расчетно-теоретических исследований гидродинамических качеств элементов СРД;
Метод целенаправленной модернизации элементов СРД для расширения зоны эффективной эксплуатации;
Метод повышения надежности систем централизованного теплоснабжения с использованием аварийных отопительных насосов центрального отопления, получающих электроэнергию от СРД;
Новые оригинальные схемные построения СРД, обеспечивающие увеличение энергоэффективности систем центрального отопления.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных трудов, из них в изданиях по перечню ВАК - 5 статей, 2 доклада, 3 патента на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников. Работа содержит 128
Проблемы использования избыточного магистрального давления для получения электроэнергии на тепловых пункта
Такое подключение сохраняет работоспособность штатного КЗР как регулятора расхода, т.е. не оказывает влияния на технологический режим работы ЦТП. СРД представляет собой гидродинамический регулятор расхода, построенный на базе гидравлической машины, по существу являясь мини-ГЭС /90/. Отличительной особенностью такой системы является то, что она способна обеспечивать требуемый закон регулирования расхода через ЦТП аналогично штатному КЗР. Последовательное включение СРД с КЗР позволяет не изменять функциональную схему элементов ЦТП, иметь возможность, в случае необходимости, включить в работу штатный КЗР, который при работе СРД находится постоянно в максимально открытом положении, практически не оказывая дополнительного сопротивления рабочей среде. Алгоритмы, заложенные в систему автоматического управления (САУ) СРД, позволяют обеспечивать требуемый закон регулирования и поддерживать его во всем диапазоне переменных расходов. Вырабатываемая на СРД электроэнергия направляется в существующую электрическую сеть ЦТП и тратится на собственные нужды: на привод насосов центрального отопления, холодного и горячего водоснабжения, тем самым, снижая потребление электроэнергии из внешней сети и повышая экономичность работы ЦТП в целом.
Главная задача теплового пункта (ТП) - снабжение потребителей горячей и холодной водой, функционирование системы отопления, для некоторых потребителей - обеспечение работы системы вентиляции. ТП должен обеспечивать и поддерживать параметры теплоносителя, такие, как расход, давление и температура, на необходимом уровне в соответствии с требованиями потребителей. Основное оборудование ТП состоит из центробежных насосов, водо-водяных теплообменных аппаратов, аккумуляторов горячей воды, приборов для регулирования и контроля параметров сетевой воды, приборов контроля и учета теплоты и теплоносителя /91/. ТП функционирует непрерывно в течение года, за исключением периода профилактических работ.
Работу ТП можно разделить на два периода, связанных с существованием сезонных и круглогодичных тепловых нагрузок.
Снабжение потребителей горячей водой происходит круглогодично. Расход сетевой воды на нужды горячего водоснабжения (ГВС) примерно постоянный в течение года. Колебания расхода связаны с суточными пиками в утренние и вечерние часы и увеличением расхода в выходные дни (рис. 1.2.5). Работа отопительной системы происходит в зимний период, который, например, в г. Москва длится 5500 часов. Соответственной зимний режим работы ТП характеризуется резким повышением расхода теплоносителя (рис. 1.2.6).
Использование СРД на ЦТП требует системного подхода при оценке эффективности и целесообразности использования таких гидродинамических регуляторов, встраиваемых в технологические циклы ЦТП.
Кроме того, следует отметить и вопросы работы как самой СРД, так и всей системы в целом, в которой она структурно располагается.
В связи со значительными изменениями расхода теплоносителя в течение суток и сезонных особенностей гидравлическая турбина СРД может попадать в тормозную область, в которой не происходит выработки электроэнергии. Электромеханическая часть СРД и система автоматики должны обеспечивать качественную выработку электроэнергии, поэтому характеристика генерирующего устройства должна совпадать с моментной характеристикой гидротурбины, а САУ - обеспечивать работоспособность СРД и, как следствие, всего ЦТП при любом сочетании внешних и внутренних управляющих и возмущающих воздействий.
Кроме выработки электроэнергии, работа СРД на ЦТП характеризуется: во-первых, повышением надежности работы основного теплообменного оборудования, такого, как пластинчатые или кожухотрубные теплообменные аппараты (ТА), в силу того, что давление регулируется в зависимости от температуры теплоносителя и предотвращается кавитация в ТА. во-вторых, значительно повышается ресурс работы штатных КЗР, т.к. не возникает кавитации при их работе и, как следствие, кавитационная эрозия на рабочих поверхностях элементов КЗР при движении теплоносителя через данное устройство.
Дополнительно следует отметить еще целый ряд положительных качеств при использовании СРД на ЦТП: - не требуется дополнительного землеотвода; - не требуется больших единовременных капиталовложений, т.к. суммарная мощность может наращиваться постепенно - тепловые пункты могут оборудоваться СРД последовательно один за другим; - не требуется затрат на строительство и оборудование дополнительных силовых электрических линий и топливных коммуникаций; - не требуется дополнительных топливных квот и постоянных затрат на топливо; - не требуется дополнительных затрат на обеспечение экологической безопасности; - обеспечивается экономия квот на вредные выбросы; - не требуется подготовка дополнительного высококвалифицированного обслуживающего персонала; - имеются низкие эксплуатационные затраты.
Системы централизованного водоснабжения характеризуются большой протяженностью и разветвленностью водоводов /14/. В крупном населенном пункте, как правило, имеется несколько источников воды (водозаборов) и несколько распределительных узлов (РУ), к каждому из которых подключены параллельно водоводы, идущие к потребителям 121. Из-за существующей в реальных условиях разности геодезических высот расположения потребителей и из-за разной протяженности магистралей потребное давление в параллельных водоводах отличается друг от друга.
Анализ диапазона потерь избыточного магистрального давления теплоносителя в эксплуатирующихся системах теплоснабжения
Принципиальная схема СРД - гидродинамического регулятора давления представлена на рис. 2.1.1. Принцип работы СРД на ЦТП заключается в следующем: весь поток теплоносителя, проходя через рабочее колесо (РК) гидротурбины и создавая на нем вращательный момент, «теряет» часть гидравлической энергии, понижения давление рабочей среды до требуемых значений. Механическая энергия, полученная РК от теплоносителя, передается через вал на электрогенератор, который вырабатывает электрическую энергию. Для удобства эксплуатации СРД дополнительно снабжена системой автоматического управления и мониторинга.
СРД подключается последовательно штатному дросселирующему устройству без изменений в технологических циклах подачи тепла и горячей воды потребителю. Данная система может быть размещена как на подающей, так и на обратной магистралях в зависимости от особенностей потребителя.
На рис. 2.1.2 представлена структурная схема СРД. Поток рабочей среды из магистрального трубопровода (1), при закрытой задвижке (8) поступает на РК мини-гидротурбины, в качестве которой используется динамический насос (4). Момент энергии, создаваемый на РК, заставляет его вращаться, частоту вращения контролирует датчик скорости (15). Вал мини-гидротубины начинает вращать генератор (9), в качестве которого используется асинхронный электродвигатель, ведомый сетью. При достижении синхронной частоты вращения генератора выдается команда на подачу электроэнергии в сеть.
Во избежание нарушения условий договоренности с генерирующими компаниями СРД электрически коммутируется после счетчика электроэнергии (14). Такое включение позволяет всю вырабатываемую СРД электроэнергию тратить на собственные нужды и не передавать ее во внешнюю сеть. Весь процесс работы СРД контролируется и управляется контроллером (13), к которому подходят все обратные связи от элементов и устройств СРД. Автоматизированная система управления постоянно проверяет перепад давления между прямой (1) и обратной (2) магистралями и в случае, когда на турбине (4) начинает «срабатываться» больший перепад, чем предусмотрено законом регулирования КЗР (7), открывается задвижка (8) и часть потока теплоносителя направляется в обход СРД, тем самым обеспечивается требуемый закон регулирования ЦТП.
С целью минимизации стоимости СРД в качестве минигидротурбины используется динамический насос /61/, работающий в турбинном режиме, со специально спроектированным РК (рис. 2.1.4). Поток рабочей жидкости поступает в насос через напорный патрубок (1) и выходит из насоса через всасывающий патрубок (2). Используемый динамический насос, в частности, центробежный консольный с опорной подшипниковой стойкой (3), позволяющей воспринимать осевые и радиальные усилия, возникающие в проточной части. Вал насоса через «пальцевую» муфту (4) соединяется с асинхронным электродвигателем (5). Уплотнение вала осуществляется с помощью торцового уплотнения (6).
В зависимости от установки агрегатов на прямых (высокотемпературных) или обратных (низкотемпературных) магистралях используются стальные или чугунные корпуса (7) и рабочие колеса, соответственно /64, 80/. Для варианта прямой магистрали дополнительно применяется специальное торцевое уплотнение (6), способное работать на температурах до 250 С, кроме того, подшипниковая стойка (3) комплектуется специальными подшипниками с увеличенным тепловым зазором. Центровка агрегата по полумуфтам осуществляется на разогретом корпусе в «горячем» состоянии.
Динамический насос, в частности, центробежный, является обратимой гидромашиной, т.е. способен работать в режиме как насоса, так и турбины. В турбинном режиме поток рабочей жидкости подается на выход насоса (напорный патрубок насосного режима 1) и попадает в спиральный отвод, выполняющий функции спирального подвода. В спиральном подводе создается циркуляция рабочего потока, которая срабатывается на рабочем колесе. Колесо вращается в противоположную сторону, чем при насосном режиме. Соотношение напора, создаваемого насосным режимом (Н„) и срабатываемого в турбинном режиме (Нт), для условия постоянства частоты вращения (n=const) определяется по зависимости:
Нн=(0.5+0.7) Нт С целью повышения эффективности работы насоса в турбинном режиме осуществляется проектирование РК турбинного исполнения с учетом спирального подвода. 3. Работа СРД и основного оборудования в условиях эксплуатации на ЦТП
Вопросы анализа надежности работы тепломеханического оборудования систем теплоснабжения являются весьма актуальными. Им посвящено большое количество работ /65, 114, 124/. Данная проблема рассматривается в расчетных и экспериментальных исследованиях, кроме того, её решению регулярно посвящаются различные международные конференции и симпозиумы, на которых вырабатываются основные тенденции совершенствования функционирования элементов и систем в целом, обеспечивающих потребителей тепловой энергией.
Проблема повышения надежности эксплуатации ЦТП была и остается актуальной задачей, стоящей перед эксплуатирующим персоналом теплоснабжающих организаций.
В последнее время её острота усиливается в связи с износом оборудования и приводит к необходимости увеличения достоверных знаний о состоянии тепломеханического оборудования, которое на ряде ЦТП достигает критического уровня изношенности.
Размещение СРД на ЦТП увеличивает количество установленного оборудования и по законам статистики /120/ уменьшает надежность ЦТП в целом, но при этом СРД повышает надежность работы отдельных элементов оборудования ЦТП, что в итоговой оценке приводит к увеличению надежности работы всего теплового пункта.
Отмеченная партия СРД состоит из СРД-2-80-65-5,0/4,5 номинальной мощностью 4.5 кВт и СРД-2-100-80-8,5/9,5 номинальной мощностью 9.5 кВт. Эта опытная партия СРД была установлена в ОАО «МОЭК» в 2005 г., все установки размещались на «обратной» магистрали. С целью расширения рабочей зоны каждая установка оснащена двухскоростными генераторами на и=1500 и 3000 об/мин. Одна из установок, расположенная по адресу Лобненская, 15, стр.1, в 2008 г. была модернизирована с целью повышения КПД. Анализ функционирования данной партии СРД был осуществлен на основе материалов, предоставленных службой эксплуатации ОАО «МОЭК».
Анализ основных подходов повышения надежности эксплуатации тепломеханического оборудования на ЦТП
Оценка точности результатов экспериментальных исследований проводилась в соответствии с ГОСТ 6134-87 «Насосы динамические. Методы испытаний» и ГОСТ 26945-86 «Турбины гидравлические вертикальные. Общие технические требования». Погрешность результатов определения подачи: SQ = J(SQj+(Snf, (3.21) где 8Qm и 8п - относительные предельные погрешности измерения соответственно подачи и частоты вращения гидротурбины. Индекс «из» означает погрешность измерения (инструментальная погрешность), определяемую точностью приборов. Окончательная величина погрешности без индекса соответствует величине, приведенной к одной частоте вращения. Погрешность определения напора: SH = J(SHj+4(Sn)2, (3.22) где p - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с ; Н - напор, срабатываемый на гидротурбине, м; 5РМ, 5Рм2 - относительные предельные погрешности измерения давления соответственно на входе и выходе гидротурбины; Рм,, Рм2 - показания приборов измерения давления на входе и выходе, Па; (ZM2-ZU1) - расстояние по вертикали между приборами для измерения давления на входе и выходе гидротурбины или между свободной поверхностью и прибором для измерения давления, м; 8Z - относительная погрешность измерения расстояния (ZM2 —ZMl): 5Z = —, (3.24) Z где AZ - абсолютная погрешность измерения расстояния; Z - величина измеряемого расстояния. Погрешность определения мощности: SN = 4{SNj+9{dn)\ (3.25) где SNu3 - относительная предельная погрешность измерения мощности. Погрешность определения крутящего момента: SM = (SMm)2+4(Sn)\ (3.26) В таблицах 3.4.6 и 3.4.7 приведены предельные относительные погрешности измерительных приборов (или абсолютные погрешности), установленных на рекуперационном стенде.
Вид измерения Измерение подачи Измерениедавленияна входе внасос Измерение давлениянавыходеиз насоса Измерениечастотывращения Измерение мощности Измерениекрутящегомомента Средство измерения Расходо-мерноеустройство Манометр Манометр Стробо-тахометр Комплексный измеритель параметров электросети Высокоточный датчик ТР-СВ ВРТК-2000 Меркурий 230 ART ТР-ЮКМСВ Предельная относительная погрешностьизмерения,% 1 0,25 0,6 0,1 0,5 0,5 Вид измерения Измерениеатмосферногодавления Измерение температуры Измерение высотрасположенияприборов Средство измерения Барометр Термометр Измерение длины Предельнаяотносительнаяпогрешностьизмерения, % 0,5 1 Абсолютнаяпогрешностьизмерения 0,0005 м
Конструктивно стенд выполнен таким образом, что средства измерения давления на входе и выходе гидротурбины расположены на одном уровне, следовательно, выражение (ZM2-ZMl) можно принять равным нулю, тогда формула для расчета погрешности измерения срабатываемого напора примет вид: ш.=.
Расстояние от оси гидротурбины до точки подключения приборов измерения давления на входе в насос ZMl составляет 0,35 м.
Величина давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости для заданной температуры определялась по справочным таблицам, погрешность этого определения дРп принимается равной 1 % в интервале температур от 7 до 33 С.
В таблице 3.4.8 приведены значения переменных, необходимых для расчета погрешностей, соответствующих приборам и режимам рекуперационного стенда. Данные приводятся для расчетного режима работы. В таблице 3.4.9 приведены результаты вычисления погрешностей.
Следует заметить, что значения относительных предельных погрешностей для напора и крутящего момента наиболее важны для области V= 8-Ї-10 м /час, т.е. области, где крутящий момент может изменять знак. При исследовании влияния изменения площади рабочих каналов на крутящий момент гидротурбины основной задачей является определение величины этого момента в области малых расходов.
Особое внимание следует уделить тому факту, что при переходе к оценке погрешности разности близких величин, измеряемых одними и теми же приборами на одном и том же объекте, систематические (приборные) погрешности определения самой величины взаимно ликвидируются, а погрешность разности величин будет определяться случайной погрешностью, снизить которую возможно путем повышения количества измерений /15,66/.
Погрешность определения крутящего момента будет формироваться из двух составляющих: погрешности определения конкретного значения крутящего момента М (измерительная погрешность S(M)U3 и случайной составляющей д{М)сл, определяемой расхождением при нескольких измерениях. Итоговая погрешность: S{M) = 4[S{M)J +[5{M)J (3.28) Предельная относительная измерительная погрешность определения значения М 5{М)из отличается от предельной относительной погрешности расчета М SM, так как погрешность определения изменения М рассчитывается относительно разности значений М, имеющий вид: Z = Xl-X2, где Z - искомая функция (значение М), I, и 12 - средние значения переменных, определяемых с погрешностью. Тогда относительная погрешность определения функции /66/: Л/ЛХ/ + АХ, л/№ .)2+(SX2 -Х2У Л. + Л. 2 .А . + JC J Х,+Х2 " " Соответственно: 8т рм-м?Нвм.м м+мяод где М и Ммод - средние значения М в исходном состоянии и после модификации РК соответственно. Значение случайной составляющей погрешности определения величины Z аналогично величине среднеквадратичного отклонения /66/: где Z - среднее значение, Z, - величина, определенная при /-ом измерении, п — количество измерений. Тогда значение случайной составляющей относительной погрешности определения величины М (знак осреднения опускаем): Л= Таким образом, предельная относительная погрешность величины М 8{М) определяется случайной составляющей, определяемой по результатам измерений, а приборная погрешность практически не влияет на ее величину /66, 106, 126/. По результатам серий экспериментов были получены величины М для исходного и модифицированного рабочих колес для Q= 9,4 м3/час (таблица 3.4.10).
Работа СРД в качестве аварийного источника электроэнергии
Если фактический расход рабочей среды больше пропускной способности ГА1, т.е. разность давлений на блоке гидроагрегатов больше расчетной, то контроллер (7) отключает ГА1 и подключает ГА2, имеющий большую пропускную способность. Если и в этом случае расход рабочей среды оказывается больше пропускной способности гидроагрегата, т.е. разность давлений на блоке гидроагрегатов больше расчетной, то контроллер (7) дополнительно к ГА2 подключает ГА1. Необходимость ограничения расхода рабочей среды через блок гидроагрегатов посредством открытия запорно-регулирующего клапана (2), т.е. ограничение предельной мощности системы, наступает только тогда, когда разность давлений на блоке гидроагрегатов окажется больше расчетной при совместном подключении двух гидроагрегатов.
Таким образом, данное схемное построение системы рекуперации избыточного давления позволяет обеспечивать повышенную работоспособность в широком диапазоне переменных расходов рабочей среды. Функционирующее на ЦТП оборудование имеет электрический привод, поэтому бесперебойное электроснабжение является одной из важнейших задач при эксплуатации ЦТП. На рис. 4.3.4 представлено одно из разработанных новых схемных решений построения СРД, позволяющее расширить эффективность последней и гарантировать работу технологического цикла, связанного с обеспечением потребителя тепловой энергией.
В данном варианте гидродинамический регулятор выполнен по схеме турбонасоса. На едином валу находится минигидротурбина (9) , электродвигатель с проходным валом (8) и циркуляционный насос (7) системы отопления. При таком схемном построении поток теплоносителя через запорный кран (10) попадает на рабочее колесо минигидротурбины (9), где и теряет свое избыточное давление, преобразуя его в механическую энергию вращения РК минигидротурбины. Вращение от минигидротурбины через общий вал передается на рабочее колесо циркуляционного насоса (7), который и обеспечивает движение теплоносителя через отопительные приборы потребителя (15).
В рабочем варианте циркуляционный насос работает всегда в расчетном, согласованном с сетью режиме, при этом энергия на его привод берется из двух источников: мощность рекуперационного потенциала от избыточного магистрального давления, и в случае необходимости добавляется мощность из внешней сети на привод электродвигателя (8), который дораскручивает насос (7) до требуемой частоты вращения. Следует отметить, что электроэнергия из внешней сети берется только в том случае, когда механической энергии от минигидротурбины не хватает, чтоб обеспечить работу насоса (7) в рабочей точке.
В аварийном режиме, когда внешняя электрическая сеть отсутствует, вращение насоса (7) осуществляется только за счет механической энергии минигидротурбины (9), передаваемой на вал насоса (7). В этом варианте рабочая точка насоса (7) будет определяться располагаемой мощностью на валу насоса.
Следует отметить, что насос (7) не будет обеспечивать оптимальный режим функционирования системы теплоснабжения, но будет гарантированно обеспечивать циркуляцию теплоносителя. При этом не возникает необходимость для исключения «разморозки» сливать воду из внутридомовой системы теплоснабжения. После восстановления электроснабжения восстанавливается нормальный режим работы насоса (7).
Основным преимуществом данной схемы (рис. 4.3.4) является увеличенный КПД (на 20-30%) системы в целом. Это достигается за счет того, что в ней отсутствует дополнительная трансформация механической энергии в электрическую и не требуется затрата дополнительных 200-250 Вт, расходуемых на преодоление сопротивления внешней электрической сети при передачи в неё вырабатываемой на СРД электроэнергии.
