CC BY
82
Приведенный модуль позволяет производить операции над исходной матрицей у, заменяя в ней данные безотказности и ремонтопригодности соответствующего элемента матрицы х.
В Ы В О Д Ы
1. В основу алгоритма положен принцип формирования новой расчетной матрицы, определяющей состояние подсистемы, путем синтеза основной матрицы и аналитической, где исследователь может задавать прогнозируемые данные, отличные от результатов, полученных экспериментально.
2. Выявленные соотношения позволяют оценить степень важности каждого агрегата в формировании надежности энергоблока. В соответствии с численными данными, приведенными в работе, наибольшее влияние на надежность энергоблока оказывает безотказность котлоагрегата.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Б а й х е л ь т, Ф. Надежность и техническое обслуживание: математический подход / Ф. Байхельт, П. Франкен; пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1988. - 392 с.
2. К а р н и ц к и й, Н. Б. Инженерные методы расчета показателей надежности оборудования ТЭС / Н. Б. Карницкий, С. Н. Шичко // Вестник БНТУ. - 2004. - № 4. - С. 56-59.
Представлена кафедрой тепловых электрических станций Поступила 7.07.2006
УДК 621.186.2.001.24
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛЫХ ДОМОВ В ЗОНЕ ОХВАТА ЦЕНТРАЛЬНЫМ ТЕПЛОВЫМ ПУНКТОМ
Докт. техн. наук БАЙРАШЕВСКИЙ Б. А., инж. БОРУШКО Н. П.
РУП «БЕЛТЭИ»
Длительный опыт эксплуатации систем теплоснабжения показывает, что вопросы адекватного распределения теплоты по отдельным потребителям требуют дальнейшего изучения. В данном случае имеется в виду разная способность отапливаемых зданий сохранять переданную им теплоту как в стационарных условиях, так и в случае кратковременного отключения теплосети. Сведения о теплопотерях зданий, эксплуатируемых в настоящее время, находятся на уровне проектных и расчетных показателей. Они не всегда отражают реальную действительность. Между тем каждое здание имеет свои теплотехнические характеристики и способно с разной степенью полноты использовать установленные параметры теплоносителя, поступающего от центрального теплового пункта (ЦТП).
На схемах к табл. 1, 2 показана система теплоснабжения однотипной группы отапливаемых зданий от ЦТП. Как видно, температура прямой сетевой воды на выходе из ЦТП для всех домов одинакова (/¡"цМд = /¡"и;
£цмд = £ц), а обратной воды на возврате в ЦТП и £ц) оказывается
среднемассовой по всем зданиям региона (/¡°цМд и £цмд) с учетом теплопо-
терь в теплопроводах. Изучить закономерности теплопотребления каждого здания и ЦТП в условиях эксплуатации достаточно сложно. Целесообразно прибегнуть к математическому моделированию процессов теплообмена в исследуемых объектах с целью последующего изучения этих закономерностей с помощью компьютера (рис. 1, 2).
Рис. 1. Расчетная схема ЦТП по данным в табл. 1. Режим 2. Исходные данные, необходимые для расчетов, выделены жирным шрифтом
Таблица 1
Расчетные показатели ЦТП. Исходные данные выделены жирным шрифтом
Обозн. ^цтп Соц с ^оцр Gгц ^кц Сб1 Сб2 ЯР
Реж.1 350 332,3 498,4 90,0 30,0 16,2 17,7 0,5
Реж.2 350 285,8 428,7 90,0 30,0 285,8 64,2 0,5
Разм. т/ч т/ч т/ч т/ч т/ч т/ч т/ч -
Обозн. Ср Сор ? 1 кц ¿С ^цтп ^°тп гп 1оц
Реж. 1 166,1 316,1 115,0 37,1 6Е-05 115,0 37,1 90,0
Реж.2 142,9 0,0 115,0 47,1 6Е-05 115,0 47,1 90,0
Разм. т/ч т/ч оС оС оС оС оС оС
Обозн. ? *гц ^со 1с1 ¡б1
Реж.1 40,0 65,0 61,0 10,6 50,1 59,2 50,1 57,4
Реж.2 40,0 65,0 61,0 47,1 49,9 93,8 37,8 53,3
Разм. оС оС оС оС оС оС оС оС
Окончание табл. 1
Обозн. ^хв ^пц ¿нуц Ктр Кб1 Кб2 Дхб1 ДТб2
Реж. 1 10,0 17,0 -5,0 0,0001 0,3152 0,6847 0,28 19,06
Реж. 2 10,0 17,0 -5,0 0,0001 0,3152 0,6847 22,72 45,15
Разм. оС оС оС - - - оС оС
Обозн. Пб1 Пб2 ¿2 Дбтр де«
Реж. 1 0,986 0,967 0,897 0,696 0,4549 0,8642 5Е-05 0,161
Реж. 2 0,070 0,343 0,857 0,778 0,0532 0,4056 5Е-05 0,161
Разм. - - - - - - МВт МВт
Обозн. Дбб2 Дбцтп П51 П52 Пцтп О ОТ ОР
Реж. 1 0,350 0,512 0,035 0,047 0,023 1,559 1,398 1,151
Реж. 2 0,350 0,512 0,035 0,047 0,023 1,130 0,969 1,579
Разм. МВт МВт МВт/град МВт МВт МВт
Обозн. ОТ Ор Мцпт Оет хцпт О хоц Обр пзд 1цтп
Реж. 1 0,800 31,691 31,179 28,981 2,547 98,385
Реж. 2 1,229 27,639 27,127 24,929 2,547 98,149
Разм. МВт МВт МВт МВт МВт %
Рис. 2. Расчетная схема теплоснабжения жилого дома по данным табл. 2. Режим 1. Исходные данные, необходимые для расчетов, выделены жирным шрифтом
Таблица 2
Исходные данные выделены жирным шрифтом
Обозн. бЦ бэТТд бкТд ^кНд ЦсТд /п оцИд /п гцИд ^хв
Реж. 1 7,00 15,00 0,200 0,100 0,100 110,0 60,0 10,0
Реж. 2 7,00 15,00 0,200 0,454 0,100 110,0 60,0 10,0
Разм. т/ч т/ч т/ч - - град град град
Обозн. °о№ Орэ Орс ^п]\д ^окоТд ^окгТд
Реж. 1 6,72 2,01 8,28 0,28 20,0 -25,0 5,0 4,0
Реж. 2 2,14 0,44 12,86 4,86 20,0 -2,5 5,0 4,0
Разм. т/ч т/ч т/ч т/ч град. град. град. град.
Обозн. ГоИД ^эЫд /ггП ТоИд грО ТоИд /гтП ТгИд /гтО ТгИд Д>1Тд Пг]]д
Реж. 1 110,0 86,7 10-6 10-6 10-6 10-6 10-3 10-3
Реж. 2 110,0 53,3 10-6 10-6 10-6 10-6 10-3 10-3
Разм. град град МВт/град
Обозн. П^д Я 'цЫд 'Й 'ид '^Мд 'тцЫд
Реж. 1 810-3 0,552 1,233 69,5 69,5 67,8 60,0 44,3
Реж. 2 810-3 0,857 5,994 89,7 89,7 43,9 59,9 24,0
Разм. МВт/град - - град т/ч град град град
Обозн. Смд ^д ^д QосNд йш QсNд QкNд
Реж. 1 44,3 0,900 0,374 0,366 0,330 0,045 0,037 0,008
Реж. 2 24,1 0,900 0,186 0,183 0,165 0,022 0,018 0,003
Разм. град - МВт МВт МВт МВт МВт МВт
Обозн. QЦNд ЧцШ
Реж. 1 310-4 0,375 0,08
Реж. 2 310-4 0,187 0,17
Разм. МВт МВт %
В качестве теплотехнической характеристики исследуемого объекта [1] предлагается использовать комплекс Поб = Коброб, где Коб - условный коэффициент теплопередачи через некоторую виртуальную поверхность ^об исследуемого объекта. В теплофизическом смысле показатель Поб представляет собой поток теплоты через поверхность объекта при перепаде температур в один градус. Для каждого здания предлагается установить семь таких комплексов. Два из них - для отопительных приборов ПгМд (например, сушил по линии горячего водоснабжения здания) и для приборов по отоплению зданий сетевой водой ПоМд (например, радиаторов). Третий комплекс ПМд характеризует теплопотери здания в целом. Четыре остальных комплекса (обозначим их символом Т) характеризуют уровень тепло-потерь в прямых и обратных трубопроводах от ЦТП к дому: по горячему
водоснабжению (7ГЫд и 77°Мд) и отоплению (7ПМд и 70Мд) исследуемого здания. Аналогичные комплексы (показатели) вводятся в качестве теплотехнических характеристик ЦТП: Пб1 и Пб2 для бойлеров 1-й и 2-й ступеней, а также для помещения ЦТП в целом Пцтп. В рассматриваемой модели исследуемого комплекса теплопотери через ограждающие поверхности ЦТП (Лбцтп) складываются из трех составляющих: теплопотерь Д^и, ^бга - через ограждающие поверхности обоих теплообменников и теплопотерь ЛQTp - через изоляцию теплопроводов прямой и обратной сетевой воды на территории ЦТП, т. е. ДС^п = ДСб + ДСб2 + ДОтР. Применительно к домам
аналогично считаем, что теплопотери через ограждающие поверхности
зданий определяются двумя составляющими: затратой теплоты на отопительные приборы горячего водоснабжения О^д (т. е. сушила без учета потерь теплоты ОК|\|Д со сливной водой с массой £7к||д) и затратой теплоты Ощ на отопление сетевой водой (т. е. суммарное тепловыделение в доме Осш = Оад + Од- Соответственно в долевом отношении это составит
= / °сКд и ^эЪТд = °ЪГд / °сКд , т. е. + ^эЪТд = 1 -
Значения упомянутых комплексов (в общем случае Пг- и Т ) положены в основу разработки математической модели системы теплоснабжения. Это позволит использовать имеющийся потенциал (возможности) теплоносителя на входе и выходе из ЦТП, а также теплоисточника в целом. В дальнейшем такая модель системы теплоснабжения позволит разрабатывать соответствующие нормативные документы, необходимые для планирования тепловых ресурсов и выполнения соответствующих прогнозов.
Очевидно, что при такой постановке вопроса требуется разработка программ по двум направлениям расчетов: первого - по исследованию и определению упомянутых комплексов Пг- и Т, второго - по исследованию и оптимизации режимов теплоснобжения на основе выявленных комплексов Пг-и Т На данном этапе решения поставленной задачи полагаем, что в известных диапазонах температур наружного воздуха комплексы Пг- и Т постоянны.
Массовые и температурные показатели системы теплоснабжения (ЦТП и домов) определяются на основании известных уравнений теплового и материального балансов как в первой, так и во второй программах. Поэтому нет необходимости подробно останавливаться на их описании. По первой программе упомянутые комплексы Пг- и Т вычисляются на основании соответствующих измерений в ЦТП и домах. По второй программе массовые и температурные показатели исследуемого объекта находятся на основании установленных комплексов Пг- и Т. Обработка соответствующих материалов по обеим программам выполняется на компьютере.
Ниже изложим только те взаимосвязи, которые дополнительно к упомянутым уравнениям теплового и материального балансов отражают установленную модель процессов теплообмена в исследуемом объекте (рис. 1):
Пл = (¿с1 - Л - ^Г = ^ - Ял! - К + ^Ц]"1; (!)
=(с - Цс - 41=л - Л - ад-^]"1, (2)
где в соответствии с [2] цг1 и ц22 - коэффициенты использования максимальных температурных напоров в подогревателях с противоточным движением теплоносителей; Z1, Z2, Яг1, Ягъ Е1, Е2 - вспомогательные функции,
л =(1 - Е)1 -(Й1 + Йй№]-1;
Л =(1 - е)1 -ЙЙ^]-1;
яя = да {[(Сц)-1 + П/Е - Пб11}(гс1 - /в)-1; вг2 = ДОб2{[(СбТц)-1 + п6/]е2 - пб2^тп - /б2)-1;
Е = ехр{- С^С + ^2)-1 - С-Ц|П61};
Е = ехр[-С-1(бб21 -С-цЫ;
ДО = ССб + сХг - О- сц/б - 0]; ДОй = ССС -/¡ЬС/ц -/62)].
В целом по ЦТП
Пцтп = ДОцтп(/Пц - /Нуц)-1. (3)
На основании уравнений баланса потери в ЦТП представляют собой разность между потоками теплоты на входе и выходе:
дОцтп = оЦТп - сх; (4)
= ССцтп^ц- г°ц); (5)
ОХ = с[с0цР(//ц - гц)+ сгц/гц - /ц)+ Скц/гц - а (6)
Определим потери теплоты через изоляцию теплопроводов на территории ЦТП
ДОтр = ДОцтп -ДОб2 -ДОб1.
Применительно к домам значения ПгМд и ПоМд являются соответствующими аргументами в уравнениях теплового баланса и теплопередачи:
°с1\1д = ССгМд((гМд - 20мд)= ПгМдДтгЫд; (7)
°о1Чд = С^дц(/пМд - /оЫд) = С0>Мд(/пМд - /0оМд)= С0>1\1д(4|\1д - /оЫд)= ПоМдДто1\1д> (8)
где логарифмические температурные напоры между окружающим воздухом в помещении и рабочими потоками воды в нагревательных приборах горячего водоснабжения и отопления равны:
ДТгМд = (Д4д -ДйдК-1^
I Д/гМд
(9)
АХоМд = (л&д -А&дк
АС|д
оЦд
(10)
Имея в виду, что (схема к табл. 2): ^д = /¡"Мд - ¿Пмд; А^Тмд = £мд - 'мд и А''д = ¡Ид - 4,Мд; А'мд = £'д - ¡'д на основании (7)-(10) определяем:
Пг'д = С°т'д 1п
р^Ыд 'о'\'д)((Гмд 'пЫд)-(11) |^{?эМд - 'оМдХ'оМд - гпЫд)- | (12)
По'д = СэМд1п
В целом по отапливаемому зданию имеем
ПЪТд = (СОыд + С^ЫдХ'оМд - 'нуЫд) • (13)
Процесс, характеризующий теплопотери на горячеводных и отопительных участках от ЦТП до дома, определим на основании уравнений теплопередачи.
Для прямых и обратных трубопроводов горячего водоснабжения и отопления имеем:
сСгМд((Ц -Сд)= згЫдАхПмд; (14)
С(^Гыд - ^кЫд) (¡Ид - ггцЫд) = ^гОдАтгМд; (15)
С0>Мд{|(оц - 'г>Мд) = ?ЛдАтоМд; (16)
СОоМд^оЙд - 'ОГцМд) = ^оЫдАтоМд, (17)
где на выходе из ЦТП: 'ц'д * ' и 'ц'д * С •
Температурные напоры между теплоносителями и окружающей средой определим:
АтО'д = 0,5{/Г°ц + ¿¡Очд)- С; (18)
АтоЫд = + ¡цМд)- 'ок; (19)
АтО'д = 0,5{£ц + гоомд)-С; (20)
АтоЫд = °,5{(оМд + '¡оцИд) - ¡ок (21)
В процессе изучения теплотехнических характеристик домов и ЦТП по первой программе значения комплексов Пб1, Пб2, ПгЫд, ПоЫд, ТЫд, Тыд, ТЫд, ТЫд определяем на основании решения системы трансцендентных уравнений (1), (2), (11), (12), (14)-(21). Комплекс ПКд вычисляем на осно-
вании (11). Комплекс Пцтп находим по (3). Величину теплопотерь А2цтп
рассчитываем на основании (4). При заданных температурах £ц и /£ц на
входе в здание ЦТП уравнение теплового баланса (4) относительно А0цтп остается линейным. В случае вычисления величины А0цтп на основании
заданных температур ^Р™ и ^тп учитываем степень охлаждения воды в пределах ЦТП таким образом: ^тп = £ц - АгТр и = £ц + Аггр. Здесь, руководствуясь сугубо формальным соблюдением принципа принятой модели исследуемого комплекса, с достаточной точностью определяем:
А^Гр = 0,5А^'цтп^трС_1^-г1п. Коэффициент Ктр = А ?тр— доля теплоты, теряе-
А Оцгп
мой теплопроводами сетевой воды в пределах ЦТП. Соответственно для обоих теплообменников: Кб1 = АО31 и Кб2 = АО)62 ■ При этом
Ктр + Ктр + Ктр = 1. В результате введения в уравнение (4) зависимостей
£ц = Сп + А^р и /¡°ц = /ц°тп + А^гр линейное изменение А^п принимает вид
квадратного уравнения типа ЛАО2.п + ВАОцтп + С = 0 и решается общеизвестными методами.
Численные исследования на компьютере свидетельствуют о большом разнообразии режимов работы системы теплоснабжения. Сопоставим показатели работы ЦТП (табл. 1), в частности в режимах 1 и 2. В обоих режимах теплоснабжение каждого дома от ЦТП, с точки зрения качества (температур) и количества (расходов воды) теплоносителя, одинаково. Различие заключается в том, что в режиме 1 суммарный расход воды на отопление зданий Соцр = 498,4 т/ч, а в режиме 2 Соцр = 428,7 т/ч, т. е. несколько меньше. Это вызвано тем, что в режиме 2 поток = 0, т. е. перекрыт, в то время как в режиме 1 он составляет Оор = 316,1 т/ч. В конечном итоге это сказывается на соответствующих изменениях отборных потоков обратной Об1 и прямой Об2 сетевой воды на бойлеры. Вследствие этого температура
обратной сетевой воды г°ц на возврате в энергоисточник из ЦТП в режиме 1 ниже (г°ц = 37,1), чем в режиме 2 (г°ц = 47,1) на 10 оС. Тепловая нагрузка (теплоспособность) ЦТП в режиме 1 ( Ор = 24,919; = 27,249) оказывается больше, чем в режиме 2 ( Ор = 21,435; Орп = 23,765) соответственно на А(Ор = АОбрп = 3,484 Гкал/ч. Кроме того, в режиме 2 значительно больше нагрузка бойлеров по сетевой воде (в режиме 1: Об1 = 16,2; Сб2 = 17,7; в режиме 2: Сб1 = 285,8; Сб2 = 64,2).
Из сопоставления приведенных расчетов следует, что, с точки зрения оценок теплоспособности и гидравлических сопротивлений, работа ЦТП по режиму 1 по сравнению с режимом 2 имеет свои преимущества.
Аналогично анализ данных, приведенных в табл. 2, по системе теплоснабжения домов представляет практический интерес. Основное различие между режимами 1, 2 - это разные значения температур наружного возду-
ха: в режиме 1 - /у||д = -25,0 °С, в режиме 2 - /у||д = -2,5 °С.
В обоих режимах циркуляции сетевой воды в наружном контуре теплосети и в пределах дома остаются неизменными. Температуры прямой воды по
горячему водоснабжению и отоплению от ЦТП (¿ТПцМд = /"Ц; ^ПцЫд = /Пц) также остаются неизменными. Температура в помещениях регулируется температурой воды в отопительных приборах на входе: в режиме 1- 4Мд = 86,7; в
режиме 2 - 4ыд = 53,3. В результате также изменяется температура обратной воды: в режиме 1- /Мд = 67,8; в режиме 2 - = 43,9. Такой эффект
достигается путем организации так называемой каскадной схемы питания (КСП) системы отопления дома [3]: установкой сбросной линии Срс и насоса рециркуляции Gpэ обратной воды после отопительных приборов.
В Ы В О Д Ы
Приведенные материалы рекомендуются для разработки комплекса программных средств, позволяющих:
1) производить обработку опытных данных (полученных путем измерения штатными приборами в ИТП для выявления и изучения соответствующих характеристик отапливаемых зданий и примыкающих к ним теплотрасс;
2) осуществлять обработку опытных данных для выявления и изучения соответствующих характеристик оборудования ЦТП;
3) при аудиторских проверках давать оценку системы теплоснабжения путем обработки данных измерений на ЦТП и ИТП;
4) изыскивать рациональные методы организации и регулирования режимов отопления зданий, разноудаленных от ЦТП и с разными гидравлическими характеристиками;
5) разрабатывать температурные графики прямой и обратной воды для каждого объекта теплоснабжения (дома) в отдельности и формировать на этой основе общий (среднеинтегральный) температурный график, который следует выдерживать на ЦТП;
6) определять оптимальные параметры теплоносителя, поступающего на ЦТП от энергоисточника (котельной);
7) разрабатывать оптимальные режимы работы ЦТП в комплексе с объектами теплоснабжения согласно лимитированному (согласованному) температурному графику прямой сетевой воды в условиях эксплуатации;
8) поизводить расчет режимов теплоснабжения домов с качественным и количественным регулированием тепловых нагрузок, а также при условии постоянных параметров теплоносителя на выходе из энергоисточника до входа в ИТП;
9) изучать режимы работы ЦТП при разных загрузках подмешивающего насоса;
10) изучать режимы работы ЦТП при разных распределениях расходов сетевой воды между 1-й и 2-й ступенями подогревателя;
11) изучать влияние величины горячего водоразбора на температурный и гидравлический режимы работы ЦТП в целом;
12) изучать влияние теплотехнических характеристик отопительных приборов в ЦТП, состояние теплоизоляции труб и здания в целом на величину теплопотерь в ЦТП;
13) выявлять оптимальные режимы работы ЦТП, направленные на снижение температуры и расхода теплоносителя от энергоисточника;
14) выполнять ряд расчетов познавательного характера.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Б а й р а ш е в с к и й, Б. А. Оценка теплопотерь и эффективности работы теплосетей / Б. А. Байрашевский // Вес. Нац. акад. навук Беларуси Сер. ФТН. - 2004. - № 4.
2. Б а й р а ш е в с к и й, Б. А. Влияние теплопотерь в окружающую среду на температурный режим работы теплообменников // Б. А.Байрашевский, Н. П. Борушко // Вес. Нац. акад. навук Беларуси Сер. ФТН. - 2000. - № 2.
3. Б а й р а ш е в с к и й, Б. А. Стабилизация теплового и гидравлического режимов работы теплосетей / Б. А. Байрашевский // Вес. Нац. акад. навук Беларусг Сер. ФТН. - 2005. -№ 4.
Поступила 14.02.2006
УДК 621.4:536.46
К ВОПРОСУ О РАСЧЕТЕ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ
Канд. техн. наук АССАД М. С.
Барановичский государственный университет
Использование альтернативных моторных топлив в двигателях внутреннего сгорания требует всестороннего изучения их влияния на процесс сгорания, который характеризуется главным образом изменением скоростей химической реакции горения и распространения фронта пламени в камере сгорания в зависимости от режима работы двигателя. Для исследования физической картины распространения пламени при горении альтернативных моторных топлив была использована экспериментальная установка, представляющая собой закрытый сосуд в виде прозрачной камеры сгорания цилиндрической формы, постоянного объема, внутренним диаметром 80 мм и высотой 32 мм (рис. 1). Воспламенение топливовоздушной смеси производилось свечой зажигания, установленной в цилиндрической стенке модельной камеры.
Важнейшей характеристикой процесса горения топливовоздушных смесей является скорость распространения пламени. При ламинарном горении в модельной камере сгорания имеют место два вида скоростей: нормальная и линейная скорости, которые можно охарактеризовать следующим образом. Нормальной, или фундаментальной, скоростью пламени vн называется скорость распространения горения посредством теплопроводности и диффузии, определяемая по отношению к несгоревшему газу в направлении, перпендикулярном фронту горения [1].
