Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современный опыт использования когенерации в малых энергетических установках. исследования в области винтовых расширительных машин 10
1.1 Мини-ТЭЦ с газовыми турбинами 14
1.2 Мини-ТЭЦ с двигателями внутреннего сгорания 15
1.3 Мини- ТЭЦ с паровыми турбинами 17
1.4 Исследования в области винтовых расширительных машин 20
Глава 2. Разработка методики расчета рабочего процесса винтовой расширительной машины и показателей когенерационной установки 27
2.1 Закон изменения объема парной полости в зависимости от угла поворота ведущего винта 27
2.2 Расчет эффективной площади сечения щелей 33
2.2.1 Винтовая щель 33
2.2.2 Осевая щель 34
2.2.3 Торцевая щель 34
2.2.4 Щель линии контактного зацепления 33
2.3 Расчет величин утечек пара из рабочей полости и притечек в рабочую полость винтового двигателя 35
2.4 Предварительное определение значений давления, температуры и энтальпии пара в зависимости от изменения угла поворота ведущего винта (ф) 37
2.5 Расчет процесса заполнения парной полости винтового двигателя 39
2.6 Расчет процесса расширения водяного пара 40
2.6.1 Определение изменения энтальпии пара в рабочей полости 40
2.6.2 Определение изменения давления в рабочей полости от угла поворота ведущего винта (р 44
2.7 Расчет процесса выталкивания 47
2.8 Расчет внутренних показателей винтовой расширительной машины 49
2.8.1 Объемный КПД 49
2.5.1 Гидравлический КПД 50
2.8.1 Режимный КПД 52
2.8.2 Адиабатный КПД 53
2.8.3 Степень расширения 53
2.9 Расчет выходных показателей когенерационной установки 54
Глава 3. Расчетное и экспериментальное исследование когенерационной установки 56
3.1 Разработка и создание головного образца когенерационной установки на базе винтового двигателя 56
3.2 Анализ результатов и показателей когенерационной установки при работе на воздухе 61
3.3 Сопоставление расчетных и опытных значений показателей 67
3.4 Исследование работы винтового двигателя на насыщенном водяном паре 71
Глава 4. Вопросы совместной работы когенерационыои установки с системой теплоснабжения 78
4.1 Общие положения 78
4.2 Анализ возможности покрытия годового графика тепловой нагрузки при изменении Рт. при Р2 = const 85
4.3 Влияние р на расходные и мощиостные характеристики винтового двигателя 87
4.4 Применение сменных окон впуска для оптимизации годовой выработки электрической энергии 96
4.5 Регулирование электрической мощности установки путем изменения противодавления 91
4.6 Разработка рекомендаций по выбору конструктивных параметров винтового двигателя для систем теплоснабжения 99
4.6.1 Диапазон тепловых нагрузок, покрываемых когенерациоююй установкой 99
4.6.2 Рекомендации по выбору винтового двигателя для конкретнвгх паровых котельных 102
4.7 Оценка экономической эффективности внедрения кої'енерационнои установки с винтовым двигателем 105
Выводы 107
Литература 109
- Исследования в области винтовых расширительных машин
- Расчет величин утечек пара из рабочей полости и притечек в рабочую полость винтового двигателя
- Анализ результатов и показателей когенерационной установки при работе на воздухе
- Влияние р на расходные и мощиостные характеристики винтового двигателя
Введение к работе
Согласно мировой практике к малой энергетике относятся электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единой мощностью до 10 МВт, отопительные устройства и котлы единичной мощностью до 5 Гкал/ч и котельные общей производительностью до 20 Гкал/ч.
Доля потребления органического топлива всеми источниками тепловой энергии составляет примерно 46% общего объема потребления топлива России. При этом установленная мощность различных котельных достигает 67,7% суммарной мощности всех источников тепла. Истощение ресурсов нефти, газа и угля, быстрый рост цен на них настоятельно требуют повышения эффективности использования энергии, внедрения энергосберегающих технологий.
Произошедшие в экономике России изменения заставляют по-новому
взглянуть на проблемы малой энергетики. Появилось большое количество
* потребителей, нуждающихся в электрической мощности 100 - 1000 кВт и
такой же тепловой мощности. Многие из них не хотят или не имеют возможности подключиться к централизованным источникам тепловой и электрической энергии. Производство тепла малыми котельными и индивидуальными тепловыми установками, которых в стране насчитывается около 200 тыс., достигает 26 % от общего производства тепла в России. Несмотря на относительно скромную долю малой энергетики в общем энергобалансе по сравнению с большой энергетикой, которой уделяется и большее внимание наукой и промышленностью, значимость ее для страны исключительно велика. По разным оценкам от 50 до 70 % территории России, на которой проживает более 20 мли. человек, не охвачено централизованным электроснабжением. Территория, не охваченная централизованным теплоснабжением еще больше. На этой огромной территории жизнедеятельность людей обеспечивается, главным образом, средствами малой энергетики: электроснабжение - от автономных дизельных
электростанций (ДЭС), теплоснабжение - от местных котельных установок, работающих на твердом, жидком и реже газообразном топливе. Возникающие при этом проблемы присущи, в первую очередь, относительно небольшим промышленным котельным и источникам теплоснабжения сектора ЖКХ.
Анализ режимов работы и технического состояния многих существующих источников тепловой энергии позволяет сделать вывод об их низкой энергетической эффективности и надежности, чему свидетельствуют участившиеся случаи аварийного отключения котельных, вызванные прекращением электроснабжения, например, из-за обрывов линий электропередач. В результате таких аварий происходит остановка циркуляции теплоносителя, что в условиях низких температур может приводить к размораживанию трубопроводов и всей системы в целом. Ввиду этого весьма актуальным является вопрос организации автономного электроснабжения источников тепловой энергии, т.е. перевода котельных в надежные и недорогие мини-ТЭЦ.
В энергетической стратегии России до 2020 года, одобренной Правительством Российской Федерации 23 ноября 2000 года, основной упор в развитии сектора теплоснабжения делается на двукратное увеличение доли комбинированного производства тепловой и электрической энергии.
Современная тенденция значительного роста стоимости электроэнергии может привести только к возрастанию целесообразности комбинированной выработки электроэнергии и тепла.
Среди основных преимуществ от реализации программы развития малых ТЭЦ следует отметить:
увеличение энергетической обеспеченности регионов;
повышение надежности и качества тепло- и электроснабжения малых населенных пунктов;
рост квалификации персонала, работающего на предприятиях малой энергетики;
- увеличение занятости населения в производстве тепла и
электроэнергии на местных ТЭЦ;
уменьшение оттока денежных средств из бюджетов регионов на покупку электроэнергии;
снижение себестоимости тепла на малых ТЭЦ (по сравнению с себестоимостью на существующих котельных) и сокращение объемов покупки электроэнергии на федеральном оптовом рынке;
получение предприятиями дополнительного дохода от продажи избытка электроэнергии.
При внедрении комбинированного производства (когенерации) возможно как покрытие собственных нужд котельной в электроэнергии, так и выдача производимой электроэнергии во внешнюю сеть.
Принципиальной особенностью рассматриваемой ситуации является то, что основной задачей модернизированной котельной остается производство тепла, а производство электроэнергии является желательным сопутствующим продуктом производства тепловой энергии, т.е. объемы ее выработки должны диктоваться переменной тепловой нагрузкой. При этом производство электроэнергии повышает технико-экономические показатели работы котельной и в ряде случаев становится дополнительной статьей доходов. Когенерационные установки позволяют до 40 % снизить расход топлива по сравнению с раздельным производством тепловой и электрической энергии. Анализ характеристик когенерационных установок показывает, что себестоимость 1кВт*ч электроэнергии, полученной при совместном производстве тепловой и электрической энергии, существенно ниже, чем действующие тарифы центральных энергосистем. Особенно важным является тот факт, что котельная становится автономной в области электроснабжения, а значит надежность ее работы перестает зависеть от многих сторонних факторов.
В большинстве паровых котельных установлены котлы различных типов, вырабатывающие пар с давлением 1,3 МПа. В то же время
потребители используют его, как правило, при давлении 0,3-0,4 МПа. Снижение давления пара осуществляется в дроссельных устройствах, при этом потенциальная энергия его теряется безвозвратно.
Одним из направлений исключения неоправданных потерь и
повышения надежности источника тепловой энергии может быть полезное
использование данного перепада давления путем установки паровых
двигателей или противодавленческих турбин малой мощности,
вырабатывающих электроэнергию на базе теплового потребления и
выполняющих роль редуктора при снижении давления пара до требуемого
тепловыми потребителями. Применение в таких котельных малогабаритных
паровых двигателей с генератором электроэнергии, работающих за счет
избыточного давления пара, позволит с незначительными дополнительными
затратами топлива обеспечить полное или частичное автономное
электроснабжение предприятия, повысить надежность его
энергообеспечения, резко снизить расходы на потребляемую из системы электроэнергию, а также снизить потери предприятия из-за аварийных ситуаций при прекращении электропитания от энергосистемы.
В 1980-90-е годы считалось, что в Европейской части России экономически оправданная минимальная мощность ТЭЦ - 450 МВт. В последние годы при сооружении и реконструкции источников тепловой энергии рассматриваются различные схемы комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на базе применения газотурбинных установок (ГТУ), паротурбинных установок (ПТУ), парогазовых установок (ПТУ), двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также различных схем с тепловым насосами.
Одним из вариантов решения вопроса реконструкции относительно небольших паровых котельных в мини-ТЭЦ может явиться использование винтового двигателя, работающего на теряемом в дроссельных устройствах перепаде давления и приводящего в действие генератор электрической энергии.
Работая по тому же принципу, что и ПТУ, винтовая расширительная машина (ВРМ) имеет ряд преимуществ при работе на влажном насыщенном паре и при относительно небольших его расходах.
При реализации любого из перечисленных вариантов одной из наиболее существенных проблем является обеспечение возможности регулирования режима работы теплового двигателя в соответствии с меняющейся тепловой нагрузкой, покрываемой источником тепловой энергии, т.е. работа по тепловому графику.
Целью работы является повышение эффективности источников тепловой энергии и их надежности в области электроснабжения путем реконструкции объекта в мини-ТЭЦ с применением в качестве расширительной машины винтового двигателя; а также разработка математического аппарата, позволяющего прогнозировать показатели применяемого оборудования в условиях меняющейся тепловой нагрузки и проводить оптимизацию режима работы системы для получения максимальной выработки электроэнергии.
Исследования в области винтовых расширительных машин
В качестве приводов генераторов кроме турбин в паровых котельных могут применяться и другие расширительные машины. В настоящей работе предлагается использовать для этих целей винтовую расширительную машину (ВРМ).
Конструкция ВРМ аналогична конструкции выпускаемых винтовых компрессоров. Также как в поршневых машинах расширение рабочего тела в ВРМ происходит в замкнутом объеме.
Отличительная особенность винтовой машины, как и всякого объемного двигателя, состоит в том, что конечное давление за машиной не зависит от скорости вращения винтов и определяется сопротивлением внешней сети, а производительность прямопропорци ональна числу оборотов, т.е. два основных параметра, характеризующих двигатель, могут изменяться независимо друг от друга.
Винтовые машины классифицируются по типоразмерам. Отечественные заводы выпускают винтовые компрессоры на трех базах, отличающихся диаметрами роторов [3,4].
Винтовые машины могут быть использованы как компрессоры для сжатия рабочего агента, так и для расширения его, т.е. выполнять роль теплового двигателя. Так винтовой двигатель представляет собой винтовой компрессор работающий в режиме расширения.
Конструктивно ВРМ представляет собой простую машину, состоящую из нескольких основных элементов: ведущего и ведомого роторов, корпуса, подшипников, уплотнений, шестерен связи. Роторы ВРМ имеют винтовую нарезку специального профиля. В корпусе на торцах расположены окна впуска и выпуска расширяющего газа. Впадины ведущего и ведомого роторов образуют парные полости, объем которых при вращении увеличивается от нуля до максимума и далее снова уменьшается до нуля. В этот период в парной полости осуществляются последовательно все стадии рабочего процесса - впуск рабочего тела, после отсечки парной полости от впускного окна расширение в замкнутом объеме, соединение с выпускным окном и выталкивание отработанного пара в выпускной паропровод
Геометрия винтов ВРМ сложна, серийное производство компрессоров стало возможным только после развития более совершенных технологий и возможностей станкостроения, это обуславливает более позднее, по сравнению с турбинами, развитие винтовых машин. Другим фактором, тормозившим развитие винтовых компрессоров был недостаток исследования возможностей данных машин. Длительные исследования доказали, что основным видом потерь в них являются протечки газа внутри машины из полостей с высоким давлением в полости с более низким. Указанные перетоки рабочего тела оказывают существенное влияние на эффективность машины. Вопросы перетечек внутри машины изучались многими авторами [5,7,17,22,42,43]. Одной из первых интересных работ в этой области была работа Стодолы [113], в которой вопросы истечения рабочего тела через щели были рассмотрены при критических и сверхкритических параметрах. Представленные в [113] зависимости в области определения перетечек рабочего тела в винтовых машинах не могли быть использованы для конкретных расчетов т.к. они основывались на серьезных допущениях.
В работах [42,43] автор рассматривает различные варианты форм щелей, имеющих место в винтовой машине. На основании этого составляется единое уравнение, позволяющее численно определить расход газа через щели. Данные расчеты подтверждены экспериментами и имеют незначительное расхождение с данными, полученными опытным путем.
В 70-80 годах прошлого века появляются новые работы [2,3,4,5], в которых изучение процессов, протекающих внутри винтовой машины, является более подробным. В данных работах точность расчетов значительно выше, чем в предыдущих, снижается количество допущений.
Проведенные в конструкторских и исследовательских институтах работы [2,3] привели к появлению новых конструктивных решений в области винтовых машин, позволяющих снизить потери внутри машины и повысить ее производительность.
Исследования винтовых расширительных машин проводились в МВТУ им Баумана, Краснодарском политехническом институте, во «ВНИИ
Турбокомпрессор», причем большая часть опубликованных работ имеет экспериментальный характер.
Результаты исследования на различных рабочих средах ранее созданных образцов [30,44,108] показали, что ВРМ по своим расходным характеристикам занимают промежуточное место между поршневыми и лопаточными машинами, имеют пологую характеристику в достаточно широком диапазоне степени расширения рабочего тела при относительно высоких значениях КПД (0,65-0,79), Длительные исследования на природном, нефтяном и коксовом газах позволили установить, что наличие в рабочем теле капельной влаги или твердых включений не вызывает эрозии и не оказывает негативного влияния на эффективность и моторесурс двигателя.
В работах [50,51,85] получены экспериментальные рабочие характеристики ВРМ, выявлены основные факторы, влияющие на ее эффективность. Показана целесообразность использования винтовых машин в качестве детандеров и намечены пути их совершенствования.
Специально организованные испытания с впрыском в расширяющийся газ на входе в ВРМ жидкости [85] показали, что адиабатный КПД машины повышается с увеличением до определенных пределов количества впрыскиваемой жидкости d, что является исключительным свойством винтовых машин (рисунок 1.1). Причина этого - уменьшение основного вида потерь из-за протечек рабочего тела через зазоры между элементами машин вследствие уплотнения их жидкостью, содержащейся в расширяющемся газе.
Расчет величин утечек пара из рабочей полости и притечек в рабочую полость винтового двигателя
Винтовая расширительная машина выполнена на 6ой базе типоразмерного ряда винтов. Наружный диаметр роторов Di=D2=0325 м. Профиль зубьев роторов ассиметричный. Окна входа и выхода выполнены в сменных проставках, установленных со стороны торцов роторов в цилиндрических расточках корпуса. Опорами роторов являются радиальные роликовые подшипники, осевое усилие воспринимается радиальными упорными шарикоподшипниками. Гарантированный зазор между роторами обеспечивается синхронизирующими шестернями связи. ВРМ через понижающий редуктор присоединена к генератору. Генератор синхронный типа СГ-2, произведен Сафоновским электромашиностроительным заводом. Генератор предназначен для выработки трехфазного переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 380 В на стационарных электростанциях малой мощности. Основные характеристики генератора приведены в таблице 3.1. Масляная система, обеспечивающая смазку и охлаждение элементов установки, циркуляционная, замкнутая. Масло подается насосом из маслобака, встроенного в раму, через масляный фильтр и маслоохладитель. Охлаждение масла происходит в теплообменнике за счет холодной водопроводной воды. Для подачи масла используются два шестеренчатых насоса типа НМШ включенные параллельно. Давление масла на входе 0,25 МПа, на выходе -1,0 МПа. Расход масла через насос 6,3 м3/ч. Частота вращения 1450 об/мин. Потребляемая мощность 2,5 кВт. Экспериментальный стенд укомплектован контрольно-измерительным приборами, обеспечивающими полный объем измерений в процессе работы КУ. Для определения расхода рабочего тела используется расходомер-счетчик вихревой «ИРГА-РВ». Диапазон измерения расхода в рабочих условиях колеблется от 20 до 6000 нм3/ч. Температура измеряемого газа (пара) от -40 до +250 С. Максимально допустимое давление 1,6 МПа. Максимально допустимая погрешность при измерении объема, расхода, давления и температуры расходомером «ИРГА-РВ» не превышает 0,5 % для каждой измеряемой величины. Для отдельного измерения давления используются датчики давления «Метран-55». Датчики являются виброустойчивыми. Температура измеряемой среды от 0 до 300 С. Максимально допустимая погрешность при измерении давления датчиком «Метран-55» составляет 1 %. Для снижения температуры пара до величины, допустимой для ВРМ (195 С), предусмотрен впрыск холодного конденсата.
При определении величины впрыска влаги в рабочий поток используется крыльчатый расходомер ВСТ. Диапазон измеряемого расхода холодного конденсата, допустимый при работе расходомера, составляет от 0,05 до 5 м3/ч. Температура измеряемой среды не должна превышать 50 С. Допустимая погрешность при измерении расхода не превышает 2 %. Для измерения температуры потока используются термопреобразователи сопротивления типа ТСП-Н. Диапазон измерения температур от -50 до +250 С. Погрешность при измерении не превышает 1%. Все измеряемые данные передаются на вычислитель (регистратор) ВКТ-5. Вычислитель обеспечивает преобразование, вычисление, регистрацию и индикацию температуры, давления, расхода рабочего тела, среднечасовые, среднесуточные и итоговые параметры, а также время наработки установки. Максимально допустимая погрешность при преобразовании сигналов 0,2 %. ВКТ-5 оснащен жидкокристалическим дисплеем для возможности наблюдения текущих параметров, а также разъемом RS 232 для возможности снятия информации и обработки ее на ЭВМ. Частота вращения роторов ВРМ измеряется авиационным тахометром ТЭ 45 с погрешностью измерения, не превышающей 2 %. Все приборы, используемые на стенде, прошли госповерку. В настоящее время КУ установлена на Краснодарской ТЭЦ в КТЦ-1. Принципиальная схема КУ для работы на паре приведена на Рисунок. 3.2. Пар, отбираемый из коллектора с давлением 0,8-1,3 МПа, поступает в камеру смешения, где в поток пара происходит впрыск холодного конденсата, прошедшего через расходомер 1 и регулирующий клапан 2, после смешения с конденсатом поток пара через отсекающую задвижку 6 и расходомер 8 поступает в ВРМ, где приводит в движение ротора расширительной машины, понижающий редуктор и генератор.
После ВРМ пар сбрасывается в коллектор 0,25 МПа. Стенд с КУ включает в себя целый ряд измерительных приборов. Все измерительные приборы имеют выход ко вторичному прибору 16, на котором происходит регистрация рабочих параметров, или к автоматике защиты. В случае каких либо отклонений от заданного режима при работе КУ, автоматика производит мгновенную отсечку потока пара с помощью быстрозапорного клапана 10
Анализ результатов и показателей когенерационной установки при работе на воздухе
Для отладки совместной работы агрегатов, проверки систем автоматики и защиты, получения предварительных характеристик работы машины, выявления оптимальных режимов эксплуатации машины в условиях завода изготовителя были проведены первичные испытания комплекса при работе на сжатом воздухе. При испытании КУ использовался воздух с давлением до 0,6 МПа и с температурой до 80 С, поступающий от компрессорной станции завода-изготовителя Для проведения экспериментов на воздухе схема подключения установки была упрощена. Воздух от компрессорной завода через расходомер поступал в ВРМ, и приводил в движение роторы, которые через редуктор соединены с генератором. Вырабатываемая генератором электрическая энергия использовалась для привода промышленного вентилятора. После прохождения через ВРМ воздух сбрасывался в атмосферу. До начала проведения испытаний с помощью математической модели были проведены расчеты основных показателей винтовой расширительной машины при работе на сжатом воздухе. Диапазон частоты вращения ведущего винта винтовой расширительной машины в расчетах принимался от 2500 до 4500 об/мин. Расчеты проводились для двух режимов. 1. Давление после расширительной машина Р3=0,15 МПа; 2. Давление после расширительной машины Р2=0Д05 МПа; В обоих случаях давление воздуха на входе в машину принималось в интервале от 0,3 до 0,6 МПа, что объясняется возможностями компрессорной станции для проведения последующих испытаний ВРМ.
Отличительная особенность винтовой машины состоит в том, что конечное давление за машиной не зависит от скорости вращения винтов и определяется сопротивлением внешней сети. Зависимости расхода воздуха через двигатель от числа оборотов и давления до ВРМ приведены на Рисунок. 3.3, и 3.4. Как видно, графики на рисунках 3.3 и 3.4 идентичны, т.к. расход воздуха через ВРМ практически не зависит от противодавления и однозначно определяется скоростью вращения роторов и входным давлением. Зависимость величины расхода от числа оборотов и давления до ВРМ носит практически линейный характер, что свойственно всем машинам объемного типа. Максимальный расход воздуха через ВРМ в расчетах ограничивался величинами Рвх=0,6 МПа и п=4500 об/мин. Одой из основных характеристик работы ВРМ является адиабатный КПД. Его зависимость от частоты вращения и давления на входе в расширительную машину показана на рисунках. 3.5 и 3.6, Из приведенных графиков видно, что кривые изменения адиабатного КПД имеют пологий характер во всем рассматриваемом диапазоне, и достигают максимального значения при максимальных оборотах. Следует подчеркнуть, что абсолютные значения т/вг) достаточно высокие, что корреспондируется с данными других исследователей винтовых машин [50,54]. Отличие значений адиабатного КПД при разных Рвх, обуславливается отклонением степени расширения от проектного значения. Увеличение адиабатного КПД с ростом частоты вращения ведущего винта объясняется снижением относительной величины перетечек внутри расширительной машины. Те же зависимости, представленные в других координатах (рисунок. 3.7 и 3.8), показывают, что имеет место определенный оптимум по входному давлению, который объясняется совпадением внутренней и внешней степени расширения. В то же время графики подтверждают, что пологость характеристик в рабочей зоне параметров является отличительной особенностью винтовых машин. На рисунке 3.7 можно наблюдать некоторое снижение адиабатного КПД. Данный факт объясняется тем, что с ростом начального давления на величину адиабатного КПД начинают оказывать более существенное влияние гидравлические потери.
Одновременно с этим происходит снижение относительной величины перетечек внутри машины, т.е. увеличение объемного КПД. Влияние этих двух факторов обуславливает пологость характеристики, а также ее рост до определенного момента. Точка оптимума адиабатного КПД находится при работе ВРМ на сжатом воздухе приблизительно при Рю=0,4 МПа. Низкие значения КПД на рисунке 3.8 в области малых Рвх при Р2=0,15 МПа является следствием заметного отклонения степени расширения от оптимальной. Полученные значения электрической мощности КУ представлены на рисунках. 3.9 и ЗЛО. Как видно из рисунков 3.9 и 3.10, зависимость электрической мощности от частоты вращения практически линейна и увеличивается по мере роста входного давления, поскольку мощность есть функция отношения входного и конечного давления. Различные ее значения в этих двух режимах обусловлены разной степенью расширения. Максимальное значение электрической мощности в рассматриваемом диапазоне достигается при 4500 об/мин и Рпх=0,6 МПа и составляет 186 кВт при противодавлении 0,15 МПа и 237 кВт при противодавлении 0,105 МПа.
Влияние р на расходные и мощиостные характеристики винтового двигателя
Из теории винтовых машин [55,88] известно, что при заданном диаметре D и длине винтов L изменение расходных и мощностных характеристик ВРМ может быть достигнуто изменением геометрической степени расширения р где: Vmax - максимальный объем парной полости, неизменный при данных!) и L; У{ р ) - объем парной полости в момент ее отсечки от впускного окна. V{q ) можно изменять путем увеличения или уменьшения характерных углов впускного окна Щн и ( т-е- ег0 размеров. Теоретический расход Dmisnp при одинаковом Рвх определяется объемом парной полости в момент отсечки от впускного окна V((pHp), т.е. обратно пропорционален "г (см. гл. 2), Величина протечек Dnpom наряду с размерами щелей, связывающих полости заполнения, расширения и выталкивания, принимаемыми неизменными для всех вариантов по у, зависит также от продолжительности процесса впуска, т.е. также растет с уменьшением г. Однако рост D т отстает при этом от роста Dme0 , в результате чего увеличивается объемный КПД двигателя. В тоже время увеличение пропуска пара через ВРМ приведет к возрастанию расхода и скорости пара во впуишом окне и, как следствие) к снижению гидравлического КПД Tjp. Более сложной является зависимость режимного КПД У]р от р Расчеты показали, что при увеличении Sr растет оптимальное значение степени понижения давления в винтовом двигателе (см. табл. 2.1). Оптимальное значение степени понижения давления в ВРМ и входного давления пара при Р2 = 0,25 МПа приведено в таблице 4.1.
Следовательно, при снижении Є г и Р2 const режямяьт КПД растет в режимах минимальных Рвх и Q и снижается в режимах максимальных Рех Из графика рисунок 4.10 и таблицы 4.1 видно, что для Рвх, соответствующих Qmh, оптимально Г 1,9; для Рвх соответствующего тах оптимально вг «2,9 - 3; для средних значений Рвх -1,0 МПа оптимальным значением по Ца$ является значение ег 2,4-г 2,5. Особый интерес представляют величины Q и N3 при различных значениях Sp и Р2 = 2,5 - const. (таблица 4.2) это отношение равно 3,39. Следовательно при уменьшении р диапазон регулирования тепловой нагрузки ВРМ приближается к диапазону нагрузок теплового графика. 4 В связи с ростом пропуска пара через ВРМ при снижении Вг появляется возможность при неизменной геометрии винтов покрывать более высокие тепловые нагрузки.
Однако решающим фактором для выбора оптимального значения Єг является максимальная годовал выработка электроэнергии. Для её определения необходимо в каждой точке теплового графика определить электрическую мощность, вырабатываемую на данном тепловом потреблении. При расчете годовой выработки электроэнергии КУ возможны 3 варианта, определяемых реальным соотношением тепловых нагрузок графика и. теплопроизводительности КУ (рисунок. 4,11), При этом годовое количество тепла, на базе которого установка вырабатывает электроэнергию, соответствует заштрихованной площади Вариант 3 (рисунок 11в) близок к варианту 1, однако он несколько лучше, т.к. при одинаковом диапазоне рабочих теплопроизводительностеи ВРМ уменьшается пиковая часть теплового графика, не используемая для выработки электроэнергии. Приняв за основу вариант 1, определим зависимость годовой выработки электроэнергии от у для геометрии винтов реального испытываемого образца ВРМ. Результаты приведены на Рисунок. 4.12 и в таблице 4.3. На рисунок. 4.13 показана тепловая нагрузка котельной, покрываемая паром, прошедшим через ВРМ, при разных значениях р.
Анализируя представленные данные можно сделать следующие выводы: 1 При уменьшении р выработка электроэнергии в летний период снижается, а выработка электроэнергии в зимний период увеличивается. 2 Годовая выработка электрической энергии имеет пологий оптимум Максимум достигается при Ег = 2,15 и составляет 1,98 млн.кВт-ч. 3 Средняя электрическая, мощность генератора КУ составляет при оптимальном &г 235,7 кВт. 4 Максимальная нагрузка генератора КУ составляет при оптимальном р 366 кВт. В соответствии с этой величиной должна выбираться номинальная мощность генератора. 5 Оптимальному по годовой выработке электрической энергии значению р соответствует минимум удельного расхода условного топлива на производство электрической энергии, который составляет 176 гУт/ . Рассмотренная выше методика может быть использована при определении оптимальных геометрических характеристик ВРМ для котельных с другими величинами и соотношениями нагрузок Q"rBC и Qmux.
