автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Совершенствование методов анализа систем воздухоснабжения промышленных предприятий на основе математического моделирования и использования автоматизированных банков данных

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

На правах ругописи

КАБАНОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА СИСТЕМ ВООДУХОСНАБШ1ИЯ ПРОМЬШШЕННЫХ ПРЕДПРИЯТМ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ БАНКОВ ДАННЫХ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соиосание ученой степени кандидата технических наук

и&Ь

Мэсква - 1994 год •

Работа выполнена на кафедре "Промышленные теплоэнергетические системы" Московского энергетического института.

д. т. н., профессор Никифоров А. Г. д. т. н.. профессор Сухомлинов И. Е . к. т. н., доцент Караганов Л. Т. Сумское машиностроительное научно-производственное объединение им. Ы. Е 4рунзе.

_ Защита состоится " /(У " ¿¿¿ОНеё- 1994 года в аудитории / у/0 в /6 час. ОС) мин, на заседании Специализированного Совета К. 053.16.03 Московского энергетического института

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 105835 ГСП, Москва. Е-250, Красноказарменная ул., Д. 14, Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " У " \J-tCjdl 1994 года

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОБЕТА, |

к. т. н., доцент Э. Л. Филиппов

- 3 -

Актуальность работы. Система воздухоснабгюния промышленных предприятий ( СВПП ) представляет собой одну из разновидностей теплоэнергетических систем предприятий ( ТЭС ПП ). При проектировании и эксплуатации СВПП возникает много связанных меэду собой проблем :

- оценка уровня энергоиспользования в технологическом процессе;

- анализ потерь энергии и путей их сокращения;

- согласование работы отдельных элементов системы;

- регулирование режимов работы оборудования;

- оптимальное проектирование отдельных узлоз и элементов СВПП с использованием технико-экономических показателей;

- рациональное использование вторичных энергоресурсов. Каждая из этих задач заслуживает детального рассмотрения и в значительной степени сводится к анализу работы компрессорных усановок ( КУ )- наиболее энергоемкому и важному элементу СВШ1

По сценкам специалистов и статистическим данньм около 17% всей вырабатываемой электроэнергии тратится на привод только стационарных компрессоров с электрическими двигателями, что выдвигает высокие требования к эффективности их работы. В процессе эксплуатации в большинстве случаев КУ в составе СВШ работает па нерасчетных режимах, что приводит к рассогласованию работы отдельных секций компрессора и снихению эффективности :его работа Процесс получения с.татого воздуха связан с выделением значительного количества теплоты, пршггически эквивалентного затрачиваемой работе и являкхеегося существенным резервом ■'.пополнения вторичных энергоресурсов. Такте следует учитывать и •:;ТО. что на компрессорных станциях ( КС ) мокко пелучать потоки '¡сжатого воздуха различных параметров, следовательно, различных ;энер$*етических потенциалов. Эти вопросы требуют совокупного системного подхода к анализу СВПП в целом и детального термога-зсдинтапческого анализа процессов преобразования энергии в про-!Точно;, части компрессора.

'■>•. ''• -' .' Не лью работы является совершенствование методов анализа *'СВГ!П на осноЕе единого подхода к оценке эффективности отдельных элементов системы с использованием метода математического моделирования ( ММ ) и автоматизированого банка данных ( АБЛ ) в качестве источника информации. Для достижения поставленной цели необходимо :

- разработать методику оценки эффективности работы элементов и СВПП в целом,позволяющую производить структурный анализ системы;

- выработать критерий оценки эффективности ЦКУ на основе эксер-гетического подхода в рассмотрении процессов преобразования энергии в проточной части ЦК и газоохладителях;

- представить методику пересчета характеристик секций ЦК в условиях эксплуатации с учетом изменения их эффективности;

- разработать метод оценки эффективности центробежного компрес-' сора ( ЦК ) на основе термогазодинамических параметров с использованием результатов их испытаний-;

- разработать обобщенные математические модели для оценки потерь напора в отдельных элементах проточной части ЦК;

- с использованием оптимизационных алгоритмов метода Ш и результатов экспериментальных исследований получить конкретный вид аналитических зависимостей для определения эффективности • ступени ЦК;

- построить ММ ступени и секции ЦК;

- разработать инфологическую структуру автоматизированного Сан-, ка данных ( АЕД ) по основному и вспомогательному оборудованию КС для многоцелевого использования;

- систематизировать, .обработать и внести в АБД данные каталогов ведущих отраслей промышленности и результаты экспериментальных исследований, накопленные в различных проектных организациях;

- на основе АБД разработать систему автоматизированного эскизного проектирования КС с использованием технико-экономических показателей.

Научная новизна заключается в следующем :

- определены критерии оценки эффективности работы элементов СВПП и установлены функциональные взаимосвязи между ними;

- предложены критерии оценки эффективности КУ, позволяющие проводить исследования работы отдельных элементов СВПП, их взаимное влияние,а также рассматривать вопросы структурного анализа СВПП;

- разработаны основы построения математических моделей, включающих в себя связь газодинамических и термодинамических процессов преобразования энергии в проточной части ступеней ЦК с энергетическими характеристиками эффективности ступеней для целей

широкой инженерной практики;

- получены ММ эффективности отдельных элементов проточной части и промежуточных ступеней в целом на основе анализа и статистической обработки экспериментального материала;

- на основе полученных МЛ дана методика оценки эффективности секции ЦК ,а также компрессора в целом с учетом работы газсох-ладителей;

- предложена методика пересчета основных характеристик ЦК в условиях эксплуатации с использованием ММ;

- для идентификации ММ предложена методика математической оптимизации, использующая совокупность стохастических алгоритмов и позволяющая рассматривать многопараметрические.оптимизационные задачи;

- создана мифологическая структура АБД основного и вспомогательного оборудования КС для широкого круга пользователей с использованием ПЭВМ.

Лсактичеекая юность

- Предложена методика оценки работы ЦКУ на базе зксергегическо-го подхода с использованием ММ , которая позволяет проводить сравнение различных систем охлаждения и газоохладителей .

- Получена методика оценки эффективности секций ЦК на основе ММ процессов преобразования энергии в проточной части машины в условиях эксплуатации в рабочем' диапазоне характеристик.

Создан комплекс программ, позволяющий реализовать метод ИМ характеристик ЦК ; комплекс программ представлен в модульном виде и позволяет автоматизировать процесс подготовки исходных :данных с использованием АБД ,. проводить процесс идентификации, >;оценивать эффективность работы отдельных элементов, ступеней, секций ЦК, производить пересчет характеристик на другие условия работы.

,-АВД по основному и вспомогательному оборудованию КО позьоляет 'решать целый ряд задач : эскизное проектирование КО с технико-экономическим обоснованием вариантов ; исследование процессов .^преобразования энергии на основе расчета течения газа в проточной части и ММ ¡обобщение экспериментальных данных ; разработка новых конструкций проточных частей ступеней и секций ЦК.

- Результаты работы апробированы на заводских образцах ЦК и мо-

гут Сеть рекомендованы для проектных организаций и для непосредственного использования на предприятиях.

Реализация в промышленности . Результаты работы использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре ГОЭ Смоленского филиала МЭИ, а также в учебном процессе при выполнении лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования. Предложенная структура АБД и подсистема автоматизированного проектирования используется в Сумском НПО им. М. Ф. Фрунзе при проведении испытаний и проектировании компрессоров.

Апробация работы . Результаты работы докладывались на VIII Всесоюзной научно-технической конференции " Создание компрессорных маиин и установок, обеспечивающих интенсивное развитие топливно-энергетического комплекса " ( Москва,1989 г. ); на Республиканской научно-технической конференции " Автоматиза--ция проектирования в энергетике " ( Иваново,1991 г. ); на научно-технической конференции Смоленского филиала 1Ш ( Смоленск, 1991 г. ) ; на Республиканской научно-технической конференции " Научно-технические проблемы энергомашиностроения и пути их решения " ( Санкт-Петербург,1992 г. ); на IX международной конференции по компрессоростроению ( Казань,1993 г. ).

Публикации . Основные результаты диссертационной, работы изложены в 8 печатных работах.

Структура и обьем диссертации . Диссертация состоит из введения, 4 глаз, заключения и приложений. Объем диссертации составляет 160 страниц основного текста, 86 рисунков, 18 таблиц. Список литературы содержит 115 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .

Во вг-едении и первой главе определяется объект исследования, обосновывается актуальность и производится постановка задачи исследования.

Создание высокоэффективных теплоэнергетических систем промышленных предприятий ( ТЭС ПП ) и совершенствование уже существующих систем является одной из актуальных задач в области рационального использования топлива, тепловой и электрической

- У -

энергии. Решение поставленной задачи следует искать в самих.системах. в их внутренних резервах. В структуре ТЭС ГШ можно воде-лить несколько систем по вилам 01\ ь часности - СЬГШ, сьясаннуга с производством и распределенном одного из видов ЭР - сжатого воедуха. Масштабы применения с.тагого воздуха и больная энергоемкость процесса его получения приводят к необходимости ткзтельно-го рассмотрен;!.! ьопросоп,связанных со структурой системы, оценкой эффективности отдельных элементов и их взаимного влияния.

СВГШ представляет собой совокупность различных устройств, ' связанных с производством и распределением сжатого г.оздуха, эффективность работы которых оценивается различными показателями, что затрудняет проведение качественного и структурного анализа . системы. Кроме того, отличительными особенностями раооти СВПП являются: значительное выделение тепла, практически эквивалентного затрачиваемой работе ; получение потеков сжатого воздуха различных параметров. Учитывал эти обстоятельства, при рассмотрении вопросов эксплуатации и проектирования СВПП целесообразно -применять эксергетический ь'етод сценки качества процессов получения сжатого воздуха.

\ _

■ Одним из-основных энгргопотреблявщих .'элементов СЕПП являются компрессоры, среди которых для СВПП получили широкое рас-• пространение центробежные (ЦК; в силу целого ряда преимуществ. ..Наиболее полная оценка работы ЦК возможна при анализе эффек- . •. тивности ЦК и системы охлаждения ( СО ),т.е. рассматривая рабо-t-.tf-центробежной -компрессорной установки ( ЦКУ ),принятой в качестве объекта исследования в данной работе. Актуальность иссле-до'Еания ЦКУ связана 'такле с тем, что более чем в 70 7. случаев . компрессоры работают на нерасчетных режимах, вызывающих пере;. расход потребляемой энергии. Отсюда возникает необходимость . создания надежного метода пересчета основных газодинамических характеристик ЦК на заданные условия эксплуатации. Значение проблемы пересчета характеристик возрастает при рассмотрении ■ вопросов утилизации и оценке эффективности системы в целом.

Современная теоретическая база центробежного компрессо-. построения создана ка основе многочисленных экспериментальных .'исследований и их теоретических обобщений в научных школах ведущих ученых а ф. Plica, К. П- Селезнева, Ф. С. Рекстина, Ю. Б. Галер-

- 3 -

1аша, Г. И. Цена и др., по результатам работ которых созданы методы проецирования высокоэффективных конструкций ДКУ. С широтам внедрением ЭВМ и накоплением экспериментачьного материала в конце шестидесятых годов качало развиваться новое научное направление по расчетному определению эффективности ЦК. Единой методологической основой определения эффективности работы ЦК при этом является созлание статистической математической модели рабочего процесса в проточной части машины. К настоящему времени ■ натоплен СольгаоЯ положительный опыт в разработке .МЫ . Следует отметить, что все разработанные ранее, модели построены на основе детального рассмотрения течения потока в проточной части,что требует применения сложных математических методов и алгоритмов, и они могут слу.читъ хороиим инструментом при проведении исследований элементов проточной части агрегатов для улучшения их работы и создания новых манта. Но для оценки эффективности ра- ■ йоти секций и компрессора вцелом их применение является весьма сложной задачей . В связи с этим встал вопрос создания ММ эффективности секции ЦК на основе термогазодинамического р&счета параметров потока по элементам проточной части компрессора, что значительно сокращает объем исходной информации и время проведения расчетов. При этом сохраняется ранее применяемый подход к процессу создания ММ в турбокомпрессорах - выделение основных составляющих потерь в элементах проточной части. Процесс идентификации моделей, вопросы расчета характеристик ЦК и ЦКУ, вопросы проектирования КС связаны с анализом и обработкой большого количества справочного материала и результатов зкепериментаяъ- 1 них исследований. Для оптимального решения этих вопросов необходимо создание системы автоматизированного хранения информации в виде АБД . позволяющих систематизировать и централизованно накапливать информацию по основному и вспомогательному оборудо-' ванию КС.

Таким образом, задачей настоящего исследования является совераенствование методов анализа СВПП на основе эксергетичес-кого подхода к оценке эффективности отдельных элементов и с использованием Ш процессов преобразования энергии в проточной части ЦК , как одного из основных элементов СИП

Во второй главе рассмотрены вопросы оценки эффективности

отдельных элементов и СВПП вцелом на основе эксергэтичзского анализа процессов при производстве сжатого воздуха

СЕГШ можно рассматривать как систему с последовательным соединением элементов и параллельном подводом эксергии, объединив при этом ЦК, СО и привод ( ПР ) з единый блок - генератор ( рис. 1 ). В качестве критерия эффективности работы СВПП пзят энергетический К11Л, который с учетом всех элементов мо;яю определить выражением :

£ее - ( ¿V -Лг О - ^гНег 2** '2 ** * (<?*Э'

где о&э - эксергетический вес, соответственно, генератора и Ю \2ег,<£е ,2(ц~ эксеРггтичес,®й КПЗ. соответственно, генератора, ВЭ и магистралей ; ДГ> - доля транзитной эксергии через генератор, ЕЭ.

На основе эксергетического баланса СВПП получена зависимость для эксергетического КПД генератора :

^ - 2 е ч*У 2 е"*> * "Л о**-! 2 е

дпр *

0 " и угу

а также эксергетического КГЩ всей системы :

' ¿'ф 2*Ф 2еи**'2+ (Яцк-Аик)'* х ЧшЧыЪеяр* Рс0-1*у*у2г9/;2ею'2г# *

Таким образом, применение данной функциональной зависимости предполагает определение качественно однородных критериев . сцепки эффективности работы отдельных элементов. Предварительный анализ СВПП показал значительное влияние ЦКУ на эффектив-'ность работы системы в целом. Поэтому вопросам эксплуатации и оценке эффективности ЦКУ уделяется особое внимание. - .. Для неохлалдаемой секции ЦК эксергетический КГЩ с учетом (политропного КОД 2-е у* определяется :

: ' 2*«* • <-0- г.™)^ >

где te.fi механическая составляющая эксергии потока вещества.

г

с'

Г'

п

ПР

ЦК вэ М Ц пт

11 1 1

со

I

12**1_____I 1

Рис. I. Структурная схема СВПП

ГРАНИЦА СИСТЕМЫ

с' ' 1~пр ПР,

- *

г — — --- — — — — — - 1£<

1 1 СИТ О ' - ' £*т I •

Ео | I секция я секция ш- • секция • ВЭ

1 ЦК .ЦК 1

т1

л£.

их»2

Гщп го го ГО

I л • щ

-аэ.,,.

ЦКУ

Система утилизации

. L

Рис. 2. Структурная схема ЦКУ

■ - 11,- •

Оценка эффективности ряеота озишдземого lili пролиолага'-х включение СО и ь'чет влияния га-зэокладителйй на •¡К^кгтегост?. работы ЦКУ . С этой целью в работе предлагается илк>.и.зсаагь коэффициент эффективности СО-^при определении которого ":«?-нято считать, что- ос-перин*. з?е группы потерь, оууке > ьуг:з:е в СО. приведены к единому погасателю - расходу г>лссрг/и слитие газа в ЯК при идеалtпой работе газоохл¿шпилей ( ГО i; во-вторых, снижение ?Мпк?иеностн ЦКУ, по отношении к ЦК, происходит за счет несовершенства СО .

Основы такого подхода к опенке эффективности ryp'jo,установок были рзпее рассмотрены в одной из работ шфедрм Ш«) М*>И, но при этом иепользоваяись осредненные параметры ?ФФе::пп' ногти ра, боты компрессора без уч,;та изменения поп. по секциям при изменении условий эксплуатации. Б результате чего точность оценки •.•"работа ЦКУ скикаетса и не отражает вогмешюго слияния стузлмн« элементов установки. ГКтчэму возникла необходимость в далык.и-кем неукк::и данного метода определения t¿tc .

' Составление эжергетичссгого баланса ЦКУ с учетом оффоктш. • ности каадой секция ЦК ( рис. 2 ).определение всех видов потерь . и сведение их к потерям за счет несовершенства раооты ГО посолили получить выражение для оценки работы газоохладител^-й :

' К + 2*"£ * -

tta¿= г;, (l+*eti + *.u)

где - коэффициент потерь эксергии из-за ведоохтклгнкя,

' IÍ03ií<íII®!e!IT гидравлических потерь эксергии по тракту сжимаемого газа с'т! коэффициент перерасхода нер-

вичной эксергии из-за неидеалыгой работы ГО , ^tt¿ ~ коэМици-, ентпотерь эксергии, связанных со сбросом теплового" потока п . окружающую среду, тоэф5>ициент потерь эксергии, связанных

' • с эксплуатацией ГО , ¿ - номер секции ЦК.

• Эксергетическую зффеетивность работы секции ЦКУ с учатся работы промежуточного. ГО в соответствии с предложенным подходом, определим выражением-:

.:;в•; . 2. '-.где. 2.el' ~ эксергётический КПД 1-ой секции ЦКУ при идеальной ; /работе то.;' •

' - 12

Тогда эффективность работы в целом 11КУ следует определять с учетом затрат первичной эксерги;: в кандой секции : ' - -

1с -1 (и;, £1о)

где /я; - доля первичной эксергии, подводимой к 1-ой секции ЦК:

с * ' + £со1

„.--^---

Итак, представленные формулы позволяют производить оценку и оптимизацию работы ЦКУ з условиях реальной эксплуатации с учетом особенностей работы глк ЦК, так и СО. Для оценки эффектив- -ности СО по предлолонной методике необходимо определить £ псл- , характеризуете внутреннее совершенство каждой секции ЦК.

Ка примере К--250-61-5 с дгумл промежуточными и одним концевым газоохладителем было получено: при уточнении значений : О . на основе Ш всего на 1 % значение потребляемой моц- ■

С па/и

ности изменяется иа 36 к12т ( 2.5 X ), что при пересчете на годовое потребление составляет около £00 !Лгг. ...

оксергетичгский анализ системы воздухоснабжения агрегата синтеза аммиака на Дорогобужском заводе азотных удобрений, проведенный с использованием полученных уравнений, позволил определить эффективность Системы вцелом ( /¿¿£ - 0.58 ), оценить все источники потерь и наметить пути повышения качества работы СВПП, В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой метода определения эффективности работы.секций ЦК на основе метода математического моделирования.

Согласно с принятым в теории турбомашин подходом полные • потери анергии в секции ПК представляются в' виде суммы потерь по отдельным ступеням и элементам ступеней по газовому тракту. Поэтому первым этапом создания Ш эффективности секции ЦК является вопрос разработки ММ эффективности отдельных •■элементов ступени ( РК, лд, БЛД, ПК, ОНА, входной и выходной участки, выходное устройство) и на их основе ММ эффективности ступеней ЦК.

В практике компрессоростроения принято' оценивать эффектив-' ность работы компрессора через политропный КПД По полным.пара-.

метрам : 1 „ *

Следовательно, для выполнения расчетов необходимо решить-

- 13 - .

три самостоятельные задачи : 1) определение коэффициента теоретического напора ч^т ; 2) оценка г.елпчини ксэФятаиентоп протечек и тремярПр, ,Jbrp 3> определение коэффициента политроп-него напора у пол ■

Коэффициент -теоретического напора определяет «ерез кооф-фициент циркуляции и величину W « ( при бесконечном числе лопаток РК ) :

V/r~JUVr0b .

Известно большое количество работ, в которых приводятся соотношения по определению ju . Среди них следует отметить работы А. Стодола, Б. Экка, С. Лившица, К. Щляйдерера, Л. 'Лерстюкл и др. На основе сравнительного анализа экспериментальных и расчетных значений было отмечено,что все приведенные ранее формулы дает •значительные погрешности в определении JJ .особенно при рассмотрении всего рабочего диапазона характеристик. ■': \В настоящее время интенсивно развиваются методы определения JU путем расчета обтекания круговой рсиетки РК потоком идеального гэга. Среди работ, посвященных разработке этих ме-' • тодов, можно отметить работы СПбГТУ , ЦИАМ. Но их реализация

требует значительных затрат времени ка подготовку данных и : проведение расчетов.

Наличие большого количества экспериментального материала позволяет подойти к решению данной задачи на Основе статистической обработки данных. При анализе экспериментальных данных било отмечено резкое изменение характера функциональной зави симости ju*/(<PJ . после некоторого значения расхода , который условно назван " критическим ". - На основе сопсставле-• ния геометрических и газодинамических параметров для различных '•РК И проведения статистического корреляционно-регрессионного анализа результатов экспериментов с помощью пакета STATGRAF была получена аналитическая зависимость, позволяющая определять ■ значение :

■ UtMut /2,S4Afu - 3,41 )Iz *

':•'' . -Дальнейший анализ экспериментальных данных позволил полу--чит!) функциональную-зависимость для коэффициента циркуляции : '

х (Хз* Х/оЛтЛ,ц^-Ху

Б результате проведенной идентификации ММ были определены значения вектора неизвестных параметров X , среднеквадратич-' нос отклонение расчетных и экспериментальных значений составило 2 % на всем диапазоне характеристик, а в области оптимальных режимов оно не превышает 0. 5 7. . .

В соьроменных стационарных компрессорных машинах величина Инлезых потерь ка трение дисков сравнительно невелика и составляет около 2 £ напора, но с расширением области применения ЦК в зону малых расходов эти потери могут достигать значительных величин. На основе обобщения данных по величине и £тр. полученных при расчете течения газа в зазорах у основного и покры-. вакжего дисков с помощью корреляционно-регрессионного анализа, виполненого для рассматриваемых РК ,' были получены поправочные козфЪиакоити к традиционном формулам : •' •,

jSy ■ (Ч W<P+ 0,9t)-to~*/(Чъ Ib Vr) ;

. ' fin, - V^/ф % О-Ю/^fi).

Коэффициент политропного напора в обобщенном виде momio записать : \ m , - '

где /ir- гидравлические'потери напора1в элементах проточной части. \

Таким образом, для использования дшшоговыражания необ-~. ходимо определить коэффициенты потерь, которые предлагается искать в виде функциональных зависимостей от критериев подобия, параметров распределения сгаросгей .поучениям проточной части , и некоторых геометрических ргимеррв: .;,.'-.-• . ' ' : . ". ' ...

где .К: поправочные- мкоядоли;"

чение соотношений скоростей; . 'р.'] ^-хафа^р^-^'еоцецяРюЫа^ размеры. После предварительного. Зализа,-,вар^тныХ .раечетов - : оказалось наиболее рациональным данную функциональную завис!!--^;.. : мость представить* в степенном вида^В качёств^ ^i^iwpm^ харак- ¡

..... - 15 - . . .

теризущего соотношение серостей в проточней части была взята диффузорность потока - отношение скоростей на выходе к входе в ■ элемент ступени. Поправочные коэффициенты км , кЛе позволяют учесть влияние чисел Маха и Рейнольдса на'эффективность работы , ступени и представлены также степенными зависимостями.

При определении структуры ММ эффективности лопаточных элементов были выделены профильные и ударные потери. Анализируя функциональные зависимости ранее полученных Ш эффективности и учитывая соответствующие рекомендации, гидравлические потери напора в БДП можно представить через эквивалентный угол раскрытия диффузора - •

Обобщенная Ш потерь напора в промежуточной ступени ПК получена в виде : ? ' ■ ■ ■■ ■ ■

< О<*/<).;/&'Ь?)' Ы * > ж, * х, Щ^Р - г] >

*„■ {(*и*хп(у) - х^)1)■ /2 " * * ЫМс?)-1(хи * Хгс ¿¿") /2 / + Хи

+ * у»Д]} •

Для реализации процесса идентификации была разработана оригинальная методика, включающая в себя совокупность случайных и детерминированных методов оптимизации. Для идентификации 1.0/. были использованы результаты экспериментачьних исследований эффективности промежуточных ступеней ЦК. Геометрические и газодинамические параметры рассматриваемых ступеней изменяются в широком диa^aзoнe. В процесс поиска было включено 300 вариантов экспериментальных исследований по 50 ступеням, среднеквадратичное отклонение экспериментальных и расчетных значений составило 2 X . На основе анализа обобщенных данных по эффективности работы входных и выходных устройств и использования соответствующих рекомендаций предлолзэна методика оценки эффективности секции ЦК с использованием ММ процесса преобразования энергии в отдельных

элементах проточной части.

¡сработанная ММ позволила построить алгоритм для проведения вычислительного эксперимента, на основе которого была проверена адекватность Ш на независимых данных промышленных компреосорю в. оценено влияние разнообразных сочетаний конструктивных и газодинамических параметров на эффективность работы элементов проточной части. Полученные обобщения можно исоользо-. вать в качестве рекомендаций при проектировании ЦКУ.

В четвертой главе рассмотрен вопрос систематизации и централизованного накопления информации по основному и вспомогательному оборудованию КС в виде автоматизированных банков данных ( ЛЕД ) многоцелевого использования.'

В качестве основного оборудования рассмотрены и описаны центробежные и перщневые компрессоры, вспомогательного - газо-охладэтели.

ЦК представлен пятью уровнями детализации: компрессор, секция, ступень,, элемент ступени, деталь. Первые четыре уровня характеризуется набором отношений, отражающих конструктивную компановку, геометрию, газодинамические характеристики и результаты экспериментальных исследований. Отношения пятого уровня детаиис:й1ии содержат только информацию по конструктивному выполнению алементос. . Ваза данных ЦК представлена . 37 от-нокениями. которые включают в себя около 1000 аспектов (рис.3). К настоящему времени внесены-дойные, по результатам исследований более £¡00 ступеней и,данные промышленных каталогов компрессоров выпускаемых заводами страны, е• • •

База данных порщневых. компрессоров включает в себя только основные геометрические, габаритные и газодинамические характеристики машин и.представлена; 6 отношения»!, содержащими 150 аспектов...- •:.■.. • Л,-. ','"•■::.'■ •

Ваза данных-по газоохладителям предусматривает-хранение информации по особенностям конструкции.размерам'трубных пучков, а также обобщенные зависимости по оценке параметров их работы.

Структура базы данных представлена реляционной моделькцгн Реализация АБД осуществлена, на. основе СУБД. foxBASEvдля!ЙЭЩ;>; Создан комп:зкс служебных'программ по работе с АБД. а также прикладные программы, позволяющие осуществлять.поиск, обработ-

-J I

Рис. 3. fofo рмациэ ню-логическая структура БД центробежных компрессор в

kj, выгод информации' из Сазы согласно запросам пользователей. Саза галных ЦК является информационной основой в процессе математического моделирования, исследования эффективности работы элементов проточной части с применением методов расчета течений гага, а такяз для проектирования КС и систем ВСГШ. Так, с использованием АБД решена задача подбора соответствующего числа и марок .компрессоров, обеспечивающих заданны!! режим работы КС на.основе.тсхнико-экономического обоснования вариантов и с применением í¿vi . ' '

На основу }üí и информации АБД предложен метод пересчета характеристик секций ЦК на новые условия работы. Выполненные расчеты для .секгдй ЦК исполнения НЗЛ при'изменении числа оборотов с п-3000,ей/мин на п>=3500 об/мин, а также с изменением . начального ьп&чеинл температуры и давления на основании различных формул и предложенной методики свидетельствует об эффективности TifuM;гения метода КМ для пересчета характеристик.

Кавичио; /ЙД-но ЦК и газоохладителям позволяет такие penan. вопрос píiipioscyüHoft, эффективной поверхности промежуточных : Tf?iuico6»fcK!)ia<oD. 8. условиях эксплуатации. Возрастание, потерь от нвдоохдач(Детш. г«за,;. ¿' *акже рост гидравлических потерь в газоох.чзддаавях• пр'А' увеличении поверхности •тедхооб-монпика привода* 'к. е^эйкш'а^ктивиос«!.' работы ЦКУ. Пр«дла-гаемаа-методика' i<uCq¿a'/mnii TpyOHiuí 'iiyjiKC^ и комплютацпи. га-зоохладите.- i- j ' i.» '"civ * пр««к.лдной погрел»« к АБД.

ООЬГ.ГГ ТыЕОДИ .1

1. Предлог®на методика оценю» э^к1ивиости С!Ш,лвюшчающая .в сося ; • зке6^гетипс.с!'.и!$ -¿¿ций;.'¡эффективности работы отдельных э-чем^нтов'; в.цс-• лом с учетомяойжхйтвцЦ; проводить струстурицй. ijy^éi*. -»4ciiptíoí5<ía устранения потерь кксорги;!\В:.СШ1;''':-... Й';.; > .".' • '•. '

2. Разработка ífcTc/íO/wrtó'^^

эффективности1 гфеобраафаодя .■01!^Мй]>;.про.точ1Юй ;чася:и .

ЦК на основе

энергетический, харата'ерисад

. •'.- 19 г.....' 1

тей от геометрических размеров, параметров скоростей в элементах, критериев подобия; статистической обработки результатов экспериментов.

3. Получены аналитические выражения Ш для расчета основных энергетических характеристик : коэффициента теоретического напора, коэффициента политропного напора, коэффициента полезного действия, коэффициентов протечек и трения.

4. Полученные ММ позволили разработать новый метод расчета характеристик секций ЦК с учетом реальных услозий эксплуатации.

5. Численный эксперимент на основе полученных мм позволил получить обобщающие заключения по влиянию отдельных геометрических и газодинамических параметров на эффективность"работы элементов проточной части ЦК, имеющих практическое значение в области компрессоростроения.

6. Создан АБД по основному и вспомогательному оборудованию КС :

а) разработана инфологическая структура банка с учетом многоцелевого использования, ' . "

б) собраны, обработаны и внесены в.АБД данные каталогов и испытаний различных проектных организаций по ЦК, поршневым коипрес-' сорам и ГО,

в) представлен комплекс служебных программных'средств для организаций работы пользователей с АБД в диалоговом режиме.

7. Предложенная методика пересчета характеристик ПКУ на ;п:ие условия работы на основе ММ позволяет быстро и точно оценивать эффективность их работы, а также дает возможность вчСора оптимального варианта газоохладктедя при конкретных условиях эксплуатации.

8. Использование АБД в качестве информационной балы и ММ характеристик ЦК позволяет решать вопросы эскизного проектирован!;;! КС промышленных предприятий и струетурного анализа СВЛП.

9. Разработан ряд лабораторных работ, методических указаний к курсовому и дипломному проектированию с использованием полученных в диссертации результатов.

Основное содержание диссертации излотено в следукщих публикациях : 1. Никифоров АЛ'., Кабанова И. А., Михайлов В. А. Обобщение энер-

■ - 20 - • гелпеских характеристик, промежуточных центробежных ступеней, //Создание компрессорных машин и установок, обеспечивающих интенсивное. развитие отраслей топливно-энергетического, комплекса: Тез. докл. VIH BilTK . М.: ЦИЛПШМНЕИЕМЛШ, 1089.с. 27.

2. Ни!:иJopoi! .Л, Г. ..Кабанова И. А., Тебинов С. IL Автоматизированный банк даншас центробежных компрессоров на базе персональных ' ЭВМ. //Создание {«лшрессориш машш.'и установок, обеспечивающих интенсивное, рневитие отраслей топливно-энергетического комплекса: Тез. докл. VI 1.1 ЬНТК . М.: ШШШЖДОШ11,1989.с. 28.

3. Каоанова И. Á., Никифоров А. Г. Автоматизация проектирования систем воздухоенабмвния с использованием (.»тематических моделей компрессоров.//Автоматизация-проектирования в' энергетике: Тез. докл. Респубяк. науч. -техн.конф. Иваново: ИЭИ,iOÉU.'c.76-??.

4. Кабанова И. Д.; Никифоров А. Г. Статистические обобщение результатов окспсрим^нт&аьт« исследований эффективности центроОемпи компрессоров //Too.' докл. НТК.Смоленского филиала .'МЭИ. Смоленск: СФМий, 1М.1, е. 5й-,63; . .

5. Никифоров А. Р. .Кабанова,II А. Банки данных в САПР компрессорных стаиции" пра№Шй(иых-:'.предприятий. //Современные проблемы . энергетики. И.: . ': : . . ;. ■•'.-'

6.Кабанова Н А.,' КА^форовАвтоматизация проектирования ', стаишй бан-г ков ' данных • ocuOBiforü; j^o^o^í^ тр.; N . 3 Смолено-, кого <?!ШС«3 ВЖ.' k^^^^i^j^io^íi^t^.^ . ■

7. Никп(1ог.qc - Л. Г; , Кабанова jkA^Onpéi^ . рстического» напора' цектроОйт©^ статис- ■ *;гкской оСрсйоткИ щг^рыад&я' • проблемы aHíprotó^lw-yP^jww ?.i^Л1У'Ыйй,'ропйция:;Тез:Республик. НТК. C-115:• СГ<:'|\'У, Л ' .,'■

8. Кабанова' ÍL л.' Иигайоров'А^том-атазнро^ннай';дл

компрессоров.;'//Тез.- докл.; iX-'.JAjía^^ci/K^j^ нию. - Казань:" KXTKÍ, V^H

.' *!"* . •• Г- fMU¡,1„•<,{,им • .у^Й.'• "Кaniíwt«i'J ^-л