Материал: Инженерные системы и сооружения

Научный журнал

I.G. Pastuhov, K.N. Lapshina

Comparison of options for repair design of steel pipes, water supply

S.D. Nikolenko, A.S. Molodaya

Planning studies of conduct fine-dispersnoarmirovannogo concrete

6

Technology ang organization of building

A.V. Antokhina , A.V. Lavrov

The concept of the system parameter estimates erected technolo-

Innovative management

A.V. Lavrov, A.V. Antokhina

Features of formation of progects of energy-efficient residential

7

Научный журнал

Теплогазоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

УДК 621.311.22

А.Р. МАКАРОВ, А.А. СУПРУН

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОНОМНОЙ УСТАНОВКИ

Представлены результаты планирования эксперимента по исследованию энергетических характеристик автономной энергоустановки. Для электрических характеристик использована схема полного факторного эксперимента, а для тепловых - дробного факторного эксперимента. На основе экспериментальных данных получены уравнения регрессии и определены параметры, существенно влияющие на энергетические характеристики автономных энергоустановок.

A.R. MAKAROV, A.A. SUPRUN

ENERGY CHARACTERISTICS OF STAND-ALONE INSTALLATION

The results of the planning for the study of energy characteristics of an autonomous power plant experiment. For the electrical characteristics of the circuit used a full factorial experiment, and for heat - fractional factorial experiment. Based on experimental data obtained by the regression equation and the parameters that significantly affect the energy characteristics of autonomous power.

Ключевые слова: теплоснабжение, автономные энергоустановки, планирование эксперимента.

Keywords: heating, self-contained power plant, design of experiments.

Введение В последние годы системы теплоснабжения городов находятся в стадии реформирования с

целью повышения использования эффективности выработки, транспортировки и использования тепловой энергии [2]. Одной из перспективных технологий совместной выработки тепловой и электрической энергии являются автономные энергоустановки малой и средней мощности - миниТЭЦ, в основе которых находятся двигатели внутреннего сгорания на различных видах топлива. Для получения тепловой энергии в камере сгорания может использоваться дизельное топливо, природный или сжиженный газ [1]. Особенно перспективны подобные установки для отдаленных районов сельской местности, где в качестве альтернативного топлива может использоваться биотопливо, например, метан, полученный в метантенках из отходов сельского хозяйства [5].

Автономные энергетические установки энергоснабжения могут являться дополнением к централизованному от традиционных ТЭЦ и котельных. Это позволит в условиях участившихся аварий из-за износа оборудования и отсутствия необходимого финансирования повысить надежность энергоснабжения потребителей. Перспективными являются проекты с газотурбинными надстройками, использованием которых достигается комбинированная выработка тепловой и электрической энергии, а, следовательно, и экономия топлива [6]. Подобные проекты внедрены на некоторых предприятиях. Опыт их эксплуатации показал, что в области мощностей 10 5000 кВт существенные преимущества перед газотурбинными установками имеют газопоршневые двигате-

ли [7].

8

Экспериментальная схема автономной энергоустановки

На рис. 1 представлена схема опытной мини-ТЭЦ с газопоршневым двигателем.

Рис.1. Схема мини-ТЭЦ с газовым двигателем 1 - поршневой двигатель внутреннего сгорания; 2 – электрогенератор; 3 – нейтрализатор (система очистки выхлопных

газов); 4 – теплоутилизатор выхлопных газов; 5 – теплообменник водяной системы охлаждения двигателя; 6 – теплообменник системы охлаждения масла; 7 – электрокотел; 8 – водяной насос. Т1 – Т8 – термопары. I, II – расходомеры сетевой воды и уходящих газов соответственно.

Электроэнергия в установке производится за счет генератора, установленного на валу двигателя. Тепло генерируется за счет прохождения воды для горячего водоснабжения через теплообменник водяной системы охлаждения двигателя 5 (1-я ступень), догрев ее осуществляется в теплообменнике системы охлаждения масла 6 (2-я ступень) и в теплоутилизаторе 4, где она окончательно нагревается выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания 1, проходящими через систему очистки 3. Догрев сетевой воды в пиковом режиме происходит в электродном электрическом котле, а подвод электроэнергии к нему осуществляется от генератора 2.

Таким образом, потребитель будет обеспечен теплом и электрической энергией от миниТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания в различных отраслях промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве, строительстве коттеджей.

Планирование эксперимента и обработка данных

В работе проводилось планирование эксперимента, позволяющее сократить объем опытов и при том же количестве замеров получить большую точность результатов [2,4,5].

Планирование эксперимента проводилось по двум схемам. При исследовании электрических характеристик – схема полного факторного эксперимента (ПФЭ), а при исследовании тепловых – дробного факторного эксперимента (ДФЭ) [8].

9

Научный журнал

При исследовании электрических характеристик было рассмотрено уравнение регрессии с коэффициентами взаимодействия:

где Х0=1 – фиктивная переменная; Y – выходная переменная (мощность генератора); Х1, Х2, Х3, - сила тока I, напряжение U, расход топлива двигателя внутреннего сгорания G (ДВС) соответственно; в0,в1,в2,в3, - коэффициенты, определяющие влияние каждого фактора; в12 , в13 , в23 - эффекты

парного взаимодействия; в123 - эффект тройного взаимодействия.

План проведения эксперимента (матрица планирования) приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Расчеты по формулам (3),(4) приведены в табл. 2. Полученные значения сравниваются с табличным (для р =0,95 и f=2 величина табличного значения критерия Стьюдента равна 4,303 [3]) и коэффициенты меньшие табличного, т.е. незначимые, исключаются из уравнения регрессии. Таким образом, коэффициенты в12 , в13 , в123 незначимы и они исключаются. Тогда уравнение регрес-

сии (1) примет вид

Y=3,895Х0+0,236Х1+0,592Х2+1,09Х3 - 0,233Х2Х3. (5)

10