автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Повышение эффективности парокомпрессионных турбохолодильных машин на нерасчетных режимах работы

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

к ордена Трудового Красного Знамени Государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

На правах рукописи

УДК 621.515 621.574.041

Савельева Ирина Юльевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН НА НЕРАСЧЕТНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

05.04.03 - Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена во Всесоюзной научно-исследовательском, проектно-технологическом институте холодильного машиностроения (ВНИИхолодмаш)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Ф.Ы.Чистяков

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Н.Н.Бухарин

- кандидат технических наук, доцент Н.А.Смирнов

Ведущая организация - НИИ "Турбокомпрессор" г.Казань

Защита диссертации состоится ." 9 " Х( гу\ ю 1992 г. в час. на заседании специализированного совета К053.15.07 в Московском Государственном техническом университете им.Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, Лефортовская наб., д.1, корпус факультета "Энергомашиностроение"«

Автореферат разослан " ая&р&лЯ 1992 г. Ваш от-, зыв в двух экземплярах, заверенный печать», просьба высылать . по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Ученый секретарь специализированного

Совета кандидат технических наук, *

доцент . -""В.Н.Козлов

•

О . / ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В химической, нефтехимической, угольной промышленности, а также в системах кондиционирования воздуха широко используются водоохлаждающие парокомпрессиошше турбохояодильные мячпши типа ТХМВ. Парк машин этого типа, ви-пусквемнх Казанским компрессорным заводом, составляет около 70 единиц в год.

Анализ реальных условий работы холодильных машин (ХМ) показывает, что значитеиьнуп честь времени они работают в режимах, отличаютахся от расчетных. Если резервы повыиения эффективности на расчетных режимах работы в вначнтельной степени исчерпаны, то поветезие -з^ектизнссти работы на нерасчетных рентах остается гласи® резервы«; экономии энергии.

При отклонении параметров среды от расчетных для поддержания требуемых реэтмоп нсполььуктся различные способы регулирования. Анализ способов регулирования с точки зрения кх применимости ¡5 эффективности использования для рассматриваемого ■типа ХМ необходим при разработке новых образцов холодильной техники.

До ль работы. Псзчзгиие з^зкткг-ности ХМ т;:п<>. ТХМВ ка нерасчетных режимах работы при использовании регулирования холо-долроиз;зодитзльности частотой вращения ротора компрессора, с помощь» входного регулируэдого аппарата (ВРА) и совместно частотой вращения и с поко^ьс ВРА.

Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования холодильных центробежных компрессоров (ХЦК) и ХМ в целом, а также экспериментальные методы при исследовании натурных ХМ и ХЦК на стендах Кааанского компрессорного завода.

Научная новизна. Систематизированы нерасчетные режимы работы ХМ. Математическая модель ХМ обобщена на случай нерасчетных режимов. Разработана расчетная методика получения характеристик ступеней ХЦК на рехимах регулирования. Математическая модель ХМ реализована для различных вариантов условий эксплуатации. Исследована эффективность работы ХМ типа ТХМВ при различных условиях эксплуатации к графиках загрузка. Рассмотрено

1

■ . улирование с помощью ВРА, частотой вращения, а также однов-менное использование этих способов. Проведен анализ затрат • ¡'Ф1'ии для трех способов регулирования и при регулировании с мощью БРА для различных вариантов согласования характеристик :уценен компрессора.

Практическая ценность результатов работы заключается в >здании методик, алгоритмов и программ для ЭВМ расчета ХМ на ■сжимах регулирования для различных условий эксплуатации. Преданные алгоритмы позволяют полностью автоматизировать прочнее расчета ХМ на стации проектирования, обеспечивая высокую •чность результатов и снижение трудоемкости, что существенно '.кращает сроки создания новых машин.

Рекомендации, полученные в результате работы, использовали во ВНИИхолодмаш при разработке нового ряда ХМ.

Алгоритмы, программы обработки на ЭВМ результатов экспе-•.шенталышх исследований позволяют оперативно получать инфор-мцию о ходе эксперимента и используются на Казанском компрес-опцом заводе при испытании опытных образцов ХМ.

Разработан алгоритм получения параметров регулирования ■:М, ориентированный на использование в автоматизированных системах управления ХМ на местах эксплуатации.

Аппробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Седьмой Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение технического уровня, надежности и долговечности компрессоров и компрессорных установок" (Казань,1985 г.); Восьмой Всесоюзной научно-технической конференции "Создание компрессорных машин и установок, обеспечивающих интенсивное развитие отраслей топливно-эиергетического . комплекса" (Сумы, 1989 г.); Всесоюзном научно-техническом семинаре "Повышение эффективности тягодутьевого оборудования для энергетики и машиностроения" (Красноярск, 1991г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Холод народному хозяйству" (Ленинград,1991); научно-техническом совете ВНИИхолодмаш, научно-техническом семинаре кафедры "Криогенная техника и кондиционирование" МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть -чатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из

введения, четырех глав, заключения, списка литературы ия I наименований. Работа изложена на 156 страницах, содержит • рисунков и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теми, сформулирован направление работы.

В ГЛАВЕ 1 приведен обзор литературы по исследованию раби ты ХМ на нерасчетных режимах.

Нерасчетные режимы работы характеризуются, во-первых, со вокупностыо параметров, отклоняющихся от расчетных значений, вовторых, глубиной и продолжительностью этих отклонений. В результате анализа работы ХМ выделены три наиболее распространенных варианта условий эксплуатации. Первый вариант предусматривает изменение температуры "Ь^ теплоносителя на входе в конденсатор, при этом условия производства обязывают поддерживать холодопроизводительность (^д постоянной. Во втором варианте при постоянной температуре от расчетного значения отклоняется Наконец, третьем варианте и меняются совместно по определенному закону. При этом температура хладоносителя на выходе из испарителя и расходы тепло- и хладоносителя б»^ • £>«< во всех случаях поддерживаются постоянными.

Глубина и продолжительность отклононией параметров среды от расчетных значений характеризуются графиками загрузки. Типичные графики загрузки по холодопроизводительностн были получены П.Г. Александровским на основании обработки статистических данных. В работе использованы два из них: режимы глубокого и среднего регулирования. Графики изменения температур теплоносителя в связи с сезонными колебаниями приняты исходя из данных СНИПа "Строительная климатология и геофизика" для средней полосы СССР. Сочетания графиков загрузки по 0.0с графиками изменения температур для трех описанных выше условий эксплуатации позволили выделить семь характерных эксплуатационных режимов.

Для поддержания требуемых режимов работы ХМ при отклонении параметров среды от расчетных используются различные способы регулирования. Анализируются возможные способы регулиро-

3

вания холодопроизводительности центробежных ХМ с точки зрения их эффективности. Наибольший интерес представляет регулирование с помощью БРА и частотой вращения ротора компрессора. Для сравнительной оценки эффективности регулирования этими методами холодопроизводительности конкретных ХМ и получения количественных данных необходимо иметь возможность в короткие сроки и с достаточной точностью получать расчетные характеристики ХМ на режимах регулирования.

Проведен анализ существующих методов расчета ХМ и ЦК. В осноеу исследования работы ТХМ положены результаты, полученные отечественными исследователями, в первую очередь учеными МГТУ Ф.М.Чистяковым, А.С.Нуждиным, ЛТИХПа Н.Н.Бухариным, ВНИИхолод-маш А.В.Быковым, И.М.Калнинем, И.Я.Сухомлиновым.

Делается вывод о том, что наиболее перспективными в настоящее время становятся методы расчета, основанные на математическом моделировании. Они отличаются наибольшей достоверностью и универсальностью. Для ХМ с ЦК наиболее удобной оказывается математическая модель, предложенная И.Я.Сухомлиновым. Однако эта математическая модель в исходном варианте не учитывала возможность работы ХМ на режимах регулирования.

Принципиальное значение для оценки технических систем имеет выбор критериев эффективности. Комплексная постановка задачи оптимизации ХЫ детально исследована в работах И.М.Кал-ниня. В работах И.Я.Сухомлинова и П.Г.Александровского решается частная задача оптимизации, чаще всего встречающаяся в практике проектирования и особенно при эксплуатации. Она заключает^ ся в минимизации общего расхода энергии при работе ХМ в соответствии с конкретным графиком загрузки. График загрузки условно разбивается на отрезки, характеризующиеся постоянными значениями Qq. При этом расход энергии определяется по формуле:

где

Т<здг общее время работы;

Ион- холодопроиззодительность на номинальном режиме работы; £ - число участков графика загрузки, характеризующихся постоянными значениями холодопроизводительности;

г

(1)

Дщ- холодопроизводительность на ^ -м участке графика загрузки, отнесенная к холодопроиэводительности на номинальном режиме работы;

- время работы на £-м участке графика загрузки, отнесен-_ ное к общему времени работы; ёйо^ холодильный коэффициент на ^ -м участке.

Проведенный анализ позволил сформулировать основные задачи исследования:

1. Анализ и систематизация нерасчетных режимов работы ХМ;

2. Доработка математической модели холодильной маиины в плане учета возможности работы ХМ на режимах регулирования;

3. Реализация математической модели ХМ и автоматизация расчетов для различных условий эксплуатации. Разработка методик, алгоритмов и программ для ЗШ;

4. Разработка методик, алгоритмов и программ обработки результатов эксперимента на стенде ККЗ;

5. Проведение экспериментальных исследований натурных ХМ на режимах регулирования с цельо проверки правильности методик и программ расчета характеристик ХМ по математической модели;

6. Проведение расчетно-теоретического анализа работа X!,! ■ при регулировании с помощью ВРА, частотой вращения и совместно ВРА и частотой вращенчя. Разработка рекомендаций по выбору оптимального способа регулирования для реальных условий эксплуатации;

7. Проведение расчетно-теоретического анализа работы ХМ с различными вариантами согласования характеристик ступеней при регулировании с помощью ВРА для'различных вариантов условий эксплуатации. Разработка методики оптимизации согласования характеристик ступеней с учетом реальных графиков загрузки;

8. Создание расчетной модели ХМ, пригодной для использования в АСУ, на базе аппроксимации зависимостей, полученных в результате расчета по предложенной математической модели.

В ГЛАВЕ 2 математическая модель ХМ, предложенная И.Я.Сухомлиновым, обобщается на случай работы ХМ в режимах регулирования. Проводится полная алгоритмизация методик расчетов на этапах получения регулировочных характеристик ступеней ХЦК, а также суммарных характеристик ХМ для различных условий эксплуатации.

Удобство выбранной формы математической модели заключается в том, что каждый из трех основных злементов ХМ: компрессор, испаритель и конденсатор - описывается самостоятельными уравнениями, в которые входят термодинамические параметры цикла и учитываются конструктивные особенности элементов ХМ.

Введение регулирования холодопреизводительности компрессора частотой вращения ротора IV и изменением геометрического угла поворота лопаток ВРА 0д . определяющего угол закрутки потока 8 на входе в первую ступень, приводит к изменению только характеристик компрессора. Общая система уравнений математической модели ХМ имеет вид:

о)

(4)

^^*Ок/[1000С»С,Л1-е"а,1)1 (5) 65 С« ^84-182,)' (6)

ОЬДЮОО 68С8 С еа°-4)1 (?)

В этих уравнениях применены следующие обозначения: "ЬоДц- температуры кипения и конденсации; тепловой поток в конденсаторе;

температура теплоносителя на выходе из конденсатора; Ъм - температура хладоносителя на входе в испаритель; С$Аг теплоемкости хладо- и теплоносителя; Ко|Кг коэффициенты теплопередачи испарителя и конденсатора; Ро,Рк" площади поверхностей теплообмена испарителя и конденсатора;

а0= к0Р0/(б5С5).

Исходными для получения характеристик ХЦК вида (2),(3) служат характеристики модельных ступеней, в виде зависимостей изоэнтропных коэффициентов удельной работы Та и полезного действия от коэффициента расхода Мод и условного числа Маха Ми с учетом геометрии ступеней (влияние геометрии условно обозначено параметром Г):

Для реализации математичэской модели разработан алгоритм

получения регулировочных характеристик ступеней. За основу взята разработанная во ВНИИхолодмаш методика получения регулировочных характеристик, которая заключается в пересчете характерных точек характеристик ХЦК при нулевом угле поворота лопаток ВРА на режимы регулирования. Дополнительно учтено наличие вертикальной касательной на правой ветви характеристики, что физически объясняется запиранием ступени, и то, что при нулевом угле поворота известны не только характерные точки, но, с высокой точностью, вся характеристика ступени. Эти данные учтены выбором аппроксимирующей Оункции специального вида с избыточным параметром в качестве показателя степени основной переменной:

дМ- сиКаа-^)1'- (9) .

Неизвестные коэффициенты функции С11,0 я,, а3 определяются по известным характерным точкам. Для их определения построен сходящийся итерационный алгоритм. Оптимальное значение избыточного параметра определялось из условия минимума функции

и=1 "

которая характеризует отклонение аппроксимирующей кривой от исходной характеристики в 20 точках. Найденное таким образом значение избыточного параметра т) сохранялось в дальнейшем при построении регулировочных характеристик для ненулевых углов закрутки потока.

Достоверность предложенной методики подтверждена при расчете регулировочных характеристик первой ступени компрессора ЗОТХМВ4000-2. Результаты расчета сопоставлялись с экспериментальными данными. Сопоставление подтвердило правомерность предложенной методики для расчета характеристик ступени на режимах регулирования с точностью -1%.

Следующей задачей, решенной в работе, явилась реализация математической модели ХМ для описанных выше вариантов условий эксплуатация.

С математической точки зрения задача сводится к решению шести нелинейных уравнений (2 ... ?) относительно неизвестных, определяемых условиями эксплуатации, и осложняется тем, что правые части уравнений (2) и (3) математической модели заданы

7

в виде банков данных. Разработаны алгоритмы и программы для ЭВМ, позволившие автоматизировать процесс расчета регулировочных характеристик ХМ.

Однако из-за использования банков данных и алгоритмов численного решения уравнений расчеты регулировочных характеристик ХМ по предложенной методике все же оказываются достаточно громоздкими. Если на стадии проектирования это не является существенным ограничением, то на стадии эксплуатации, когда решение о выборе значения регулировочного параметра должно приниматься в реальном времени, требуется более компактный алгоритм.

Предложено после проведения расчетов регулировочных характеристик ХМ аппроксимировать их, создав компактный банк данных коэффициентов аппроксимации, а затем на этапе оперативного управления на местах эксплуатации для требуемых режимов работы, используя этот банк, определять с помощью ЭВМ значения регулировочных параметров.

Разработана специальная методика аппроксимации характеристик ХМ на режимах регулирования частотой вращения ротора и.с помощью ВРА. Методика реализована при аппроксимации регулировочных характеристик ХМ 10ТХМВ-4000-2. Отклонение характеристик, полученных в результате аппроксимации; от расчетных не превышало ~0-5£.

Разработан алгоритм определения параметров регулирования на этапе оперативного управления. Благодаря своей компактности программа этого этапа может быть реализована на сравнительно маломощных ЭВМ, входящих в автоматизированную систему управления холодильной машины.

ГЛАВА 3 посвящена экспериментальным исследованиям холо- , дильных машин типа ТХМВ. Основной целью этой части работы являлась проверка работоспособности предложенной математической модели ХМ. Экспериментальные исследования проводились на стенде Казанского компрессорного аавода в условиях, максимально соответствующих условиям эксплуатации. Были испытаны две натурные холодильные Машины: 10ТХМВ-4000-2 и тепловой насос ТХМТ-4000, спроектированный на базе этой холодильной машины. Исследовались режимы без регулирования и с регулированием холодо-производительности б помощью ВРА.

■ Разработан и реализован .на ЭВМ алгоритм обработки резуль-3 .

татов эксперимента и получения экспериментальных характеристик ХЦК и ХМ в целом в виде зависимостей холодопроизводительнос-ти, теплового потока в конденсаторе, а также внутренней мощности .и холодильного коэффициента от температур кипения, конденсации, хладо- и теплоносителя:

Qo, Qu, Ni,,gi.= JltoftK, tsajt^i, Sa), in)

а также характеристик теплообменных аппаратов в виде зависимостей коэффициентов теплопередачи.от плотностей тепловых потоков:

К0,Кк= iC^Fo, ^Fk).

На базе разработанной математической модели были получены расчетные характеристики ХМ на режимах без регулирования и с регулированием для условий эксперимента. Результаты сопоставления экспериментальных данных и расчетных характеристик ХМ, полученных с использованием математической модели, позволили сделать вывод о правомерности использования разработанной математической модели для расчета регулировочных характеристик ХМ.

В ГЛАВЕ 4 методика расчета регулировочных характеристик использована для анализа эффективности работы ХМ на нерасчетных режимах на примере ХМ 10ТХМВ-4000-2. Рассматривались три указанных выше способа регулирования: частотой вращения, с помощь» ВРА и совместно частотой вращения и ВРА. Характеристики ХЫ были получены для трех вариантов условий эксплуатации. Эффективность работы ХМ на различных режимах оценивалась с помощью холодильного коэффициента

На рис.1 приведены характеристики ХМ для варианта условий эксплуатации с tvf corist; Qo'var в виде зависимости 6 ¡от относительной холодопронзводительностн Q0. Уменьшению соответствует (из условия сохранения "tv/t и tg^) увеличение угла поворота лопаток 0д до некоторого предельного значения Вл пред.» которое может быть достигнуто без наступления помпажа. Дальнейшее уменьшение Q.q может 'быть получено байпасированием (что на рисунке соответствует прямой, проходящей через начало координат).

При уменьшении температуры теплоносителя tv« и неизменных других условиях работы ХМ происходит снижение температуры конденсации tк, ХЦК работает на меньший температурный перепад, затрачивая при атом меньшую работу. При этом холодильный коэффициент ХМ тем выше, чем ниже температура теплоносителя. Снижение

9

9,0 8,0 7,0

6,0 5,0 4.0

3,0

0,2 0,4 О,'б 0,8 1,0 1,2

Рис.1. Характеристики ХМ 10ТХМВ-4000-2 при регулировании; с помощью ВРА для .

-1*,=ЗСРС;---•ил=25°С;---1^20° С

при: 1- 2- п =0,9; 3- Я =0,8; ч - изменением частрты вращения ротора компрессора'

/к

/V _ Я

/ \ \ \ 2_

/ / /уЧ— ■*01

/ / . I

/ /// - / V

I ! // *>

Эбл

25

20

15

10

5

0

20 25 30 twioQ

Рис.2. Экономия екергии при регулировании

....... изменением частота вращения ротора:

— — изменением частоты совместно с ВРА то отношению к затратам анергии при регулировании только ВРА. для графиков загрузки с 1 - глубоким: 2 - средним регулированием.

\ \

V т *

V \

\

\\

л

температуры теплоносителя приводит таксе к увеличении запаса по помпаху и увеличению предельного угла поворота лопаток ВРА.

С уменьшением частоты вращения характеристика ХЦК смещается в сторону меньших расходов и меньших удельных работ. При этом снижение температурного перепада, на который работает ХЦК, ограничивается предельной температурой конденсации, в основном определяемой температурой охлаждающей воды и (\0. Это приводит к сужению зоны регулирования компрессора с помощью ВРА, которая в пределе сводится к точке. С уменьшением частоты вращения не происходит увеличения потерь на входе в колесо, воздействие на характеристики обеих ступеней пропорциональное, и в результате этого получается выигрыш в холодильном коэффициенте по сравнению с регулированием ВРА. Регулировочные характеристики для rt >1,0 располагаются в области больших холодильных коэффициентов.

Особенностью характеристик (рис.1) является то, что для фиксированного значения Q0 максимальный холодильный коэффициент достигается при некотором ненулевом угле поворота лопаток. Т.о. совместное регулирование частотой вращения и с помощью ВРА дает выигрыш в эффективности работы ХМ.

Чтобы оценить эффективность работы ХМ при регулировании различными способами, для реальных графиков загрузки и режимов эксплуатации по формуле (1) были вычислены затраты энергии.

Расчеты показали, что для всех вариантов условий эксплуатации регулирование частотой вращения дает существенный выигрыш по затратам энергии по сравнению с регулированием только с помощью ВРА. Вместе с тем комбинированное регулирование одновременно ВРА и rt не приводит к заметной экономии энергии по сравнению с вариантом регулйрования только частотой вращения. При этом затраты энергии определяются реальными графиками загрузки и длительностью работы ХМ на режимах глубокого регулирования.

На рис.2 на примере варианта условий эксплуатации с twt= coast; Q<f*var для графиков загрузки с глубоким и средним регулированием показан выигрыш в затратах энергии при регулировании частотой вращения и комбинированным способом по сравнению с регулированием только ВРА. При 25° экономия энергии для графика загрузки с глубоким регулированием составила 15,8%, дополнительный выигрыш энергии от комбинированного регулирования составляет 0,58%. Для графика со средним регулированием эти зна-

11

чения составили соответственно 8.04 и 0,?5%.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что при решении задачи плавного изменения частоты вращения ротора появляется возмохность отказа от ВРА. Для окончательной оценки такого решения потери энергии по сравнению с оптимальным вариантом регулирования требуется сопоставить по стоимости с затрат тами на установку и управление ВРА, а также оценить затраты, связанные с регулированием частоты вращения электродвигателя. , В работе производилась оценка влияния согласования характеристик ступеней ХЦК на эффективность работы ХМ при регулировании только с помощью ВРА. Сравнивалась работа пяти холодильных машин. За контрольный вариант принята ХМ 10TXMB-4Ö00-2, характеристики которой на расчетном режиме согласованы оптимальным образом, т.е. по максимальному КПД: , ■ ' ^ - Я&-Ч» /H'&lopt'i.O; 0 ( 12) Параметры (частота вращения и геометрия рабочих колес) других ХМ подобраны так, чтобы выполнялись следующие условия, согласования характеристик ступеней на расчетном режиме: 2- Ч1«- 1.0; Ч&- 0,91; 3 - - 1.0; ta- 0,82; 4 ^Рм- 0.31; 0.31; 5 - 0,52; 0,62.

На рис.3 приведены характеристики холодильных машин для условия эксплуатации с twi-30°C, var.Контрольный вариант (кривая 1) обеспечивает на режимах регулирования максимальную эффективность, но предельный (из условия помпажа) угол повороту лопаток ВРА при этом соответствует всего Вд-35° и глубина регулирования Cfo -0,8. Варианты согласования 2...5 обеспечивают мет ньшую эффективность (это обусловлено не только отклонением от оптимального режима работы ступеней, но и уменьшением ширины проточной части и ростом условных чисел Ми), но предельный угощ закрутки и глубина регулирования увеличиваются.

На рис.4(а,в) показано изменение затрат энергии ХМ для реальных графиков загрузки и условий эксплуатации,'рассчитанное по формуле (1) для всех пяти ХМ. Анализ результатов показывает,' что снижение затрат энергии происходит в основном за счет небольшого отклонения от оптимума (кривая 2 на рис.З) согласования второй ступени. При этом снижение эффективности перекрывается уменьшением потерь от байпасирования из-за увеличения зоны запаса по помпажу на характеристике ступени и, соответственно, 12

А

5-, О

4,5

.4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

0,3 0,5 0,7 0,9 С(0 Рис.3. Характеристики ХМ типа ТХЫВ-4000 на режимах регулирования с помощью ВРА для различных вариантов согласования характеристик ступеней компрессора:

1-44« =1.0; Ч>1=1,0;

2-9« =1,0; 4^=0,91;

3-^н=1;0; 4^=0.82; '

4- Ум=0,91; Тыг0,91; ы 5- 9м =0,82; ¥«.=0,82.

Э,

Мвт-е 3,8

3,6

3.4

3,2

3,0

2,8

2,6

\

к \ V \

\ \ N

\ п \

1

-—

-<

0,8 0,9 ys1=fsa б)

Рис.4. Затраты анергии для различных вариантов согласования характеристик ступеней компрессора Варианты условий вксплуатации: Q0=const;tw4=vati

Q0= vatjt^fconst (графшж загрузки.-©-1; а-2) Q0=vat,,tv:vai (графики загрузки;е>-1; л-2;

а-Зу \-4)

, нсширения области регулирования. В свою очередь, эти потери .-чм больше, чем дольше ХМ работает в режиме глубокого регулиро-¡•«шя, что определяется реальными графиками загрузки.

Дальнейшее отклонение от оптимума согласования второй ступени (кривая 3) или первой и второй вместе (кривые 4,5) ведет к ■¡ущественкому снижению эффективности, которое не компенсируется ^смирением зоны регулирования.

Разработан алгоритм, позволяющий рассчитывать оптимальные параметры согласования ступеней ХЦК с учетом реальных графиков уягрузки. Расчеты показывают, что для ХМ типа ТХМВ наименьшие затраты энергии можно получить при выборе параметров первой ступени по максимальному КПД: '4«,* ор! и отклонении параметров второй ступени от оптимума в диапазоне л{'*2.- (0,9... 0.95Г1эд,ор'Ь При этом для графиков загрузки со средней глубиной регулирования холодопроизводительности выбором проточной части ХПК удается добиться снижения затрат энергии до 1,3 %, а для графиков загрузки с глубоким регулированием экономия энергии возрастает до 3,77., что составляет соответственно 37 и 9.7 МВт*час на одну машину в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ и систематизированы нерасчетные режимы работы ХМ, что позволило выделить три основных варианта условий эксплуатации.

2. Разработана расчетная методика получения регулировочных характеристик ступеней ХЦК по характеристикам с нулевым углом закрутки. Достоверность получаемых результатов подтверждена экспериментально.

3. Созданы банки для ЭВМ характеристик ЦК ХМ типа ТХМВ на режимах регулирования изменением угла закрутки потока с помощью ВРА, частотой вращения ротора и для различных вариантов согласования характеристик ступеней компрессора на расчетном режиме.

4. Математическая модель ХМ обобщена на случай нерасчетных режимов. Для различных условий эксплуатации ХМ разработаны ме-ыдики, алгоритмы и программы получения регулировочных характе-

истик ХМ, не требующие графоаналитических построений.

5. Разработан алгоритм использования регулировочных харак-

теристик ХМ для автоматического определения требуемых значений регулировочных параметров, ориентированный на применение в ав томатизированных системах управления холодильными машинами.

6. Разработана методика проведения испытаний ХМ типа ТХМВ4000-2 в условиях завода-изготовителя. Созданы методика, алгоритм и программы обработки на ЭВМ экспериментальных данных

7. Проведены экспериментальные исследования ХМ: ТХМТ-4000 и 10ТХМВ-4000-2 на расчетных и нерасчетных режимах работы.

8. Сопоставление характеристик ХМ, полученных в результате расчета по разработанной математической модели, и рез>льта-тов эксперимента подтвердило правомерность использования математической модели ХМ для расчета регулировочных характеристик.

9. Проведены расчетно-теоретические исследования работы ХМ типа ТХМВ на режимах регулирования с помощью ЗРА при реальных условиях эксплуатации для различных вариантов согласования характеристик ступеней ХЦК. Разработана и реализована методика определения оптимального варианта согласования характеристик ступеней. Показано, что для графиков загрузки ХМ с глубоким регулированием выбором проточной части ХЦК может быть получена экономия энергии порядка - 4% , что составляет 97 МВт»час на одну машину в год.

10. Проведен анализ эффективности работы ХМ типа ТХМВ на нерасчетных режимах при реальных графиках загрузки и различных условиях эксплуатации для трех вариантов регулирования: с помощью ВРА, частотой вращения и совместно ВРА и частотой враще ния. Показано, что при комбинированном регулировании удается оптимизировать работу холодильной машины.

11. Показано, что для всех вариантов эксплуатации уменьше ние расхода энергии при комбинированном регулировании только н-0,5...1% меньше того, которого можно добиться регулированием только частотой вращения. При использовании высокочастотных двигателей, допускающих эффективное плаЕНое изменение частоты вращения, в ХМ типа ТХМВ можно отказаться от использования Р!"

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Метод расчета характеристик и оптимизации холоди л ьньг/ турбомашин/И.Ю.Савельева, И.Я.Сухомлинов, Ф.М.Чистяков,

Б.Л.Цирлин // Повышение технического уровня, надежности и долговечности компрессоров и компрессорных установок: Тезисы докладов Седьмой Всесоюзной научно-технической конференции. Казань, 1985. С. 106107.

2. Математическое моделирование при создании и освоении холодильных центробежных компрессорных агрегатоов / И.Я.Сухомлинов, М.В.Головин, И.О.Савельева, Д.Л.СдаауцкигУ/Соадакие компрессорных машин и установок, обеспечивают^: интенсивное развитие отраслей топливно-энергетического комплекса: Тезисы докла-дор Восьмой Всесоюзной научно-технической конференции. -Сумы,

1989. -С. 41-42.

3. Савельева И.Ю., Сухомлинов П.Я. Автоматизация расчета характеристик ступеней ХЦК для нарскомпрессионных турбохолодя-лькых машин на режимах регулирования/ Всесопзн. научьо-иссл. ин-т холод, машиксстр. -М., 1991.-19с. -Деп. в ШШТКхимкеФтемшл 3.04.91, N2187.

4. Савельева И.Ю., Сухомлинов И.Я., Чистяков Ф.М. Матема-тичзская-модель парокомпрессионных турОохолодклькых ыашйн к ее реализация для различных условия »ксплуатадга/ Бсбсокзн. на-уЧКи-ПССЛ. iiK~T ХОЛОД. Kcvú»HOC'i¡i. -i-í. , 1S3L-loe. -Двл. ь ЦИНТИхимнефтемаа S.04.1931,N21S8.

Б. Савельева И.Ю., Сухомлинов К.Я. ДлёксандроЕЗКИй П.Г. Разработка алгоритмов управления для систем автоматического регулирования турбохолодильных машик//Гидродинамика больших скоростей: Материалы всесоюзного научно-технического семинара "Повышение эффективности тягодутьевого оборудования для энергетики и-машиностроения".-Красноярск, 1991.-С.90-91.

6. Назаренко Н.И..Савельева И.Ю.,Сухомлинов И.Я. Анализ эффективности холодильных турбомашин на нерасчетных режимах работы // Холод народному хозяйству: Тезисы докладов Всесоюзной ной научно-технической конференции.-Л.,1991.-С.66.

Подписано f. печати ¿1.01. i93¿ г. Зак.56-Объем 1.0 п.л. Тираж <00 ЭКз. Типография МГТУ.