CC BY
58
8. Бляут, Ю. 6. Енергоощадна технолопя для антипомпажного керування вiдцентровими нагштачами газоперекачувальних агрегатiв докачуючо! компресорно! станцй пiдземного сховища газу [Текст] / Ю. 6. Бляут // Нафтогазова енергетика. -2008. - № 2. - С. 33-38.
9. Мамонов, О. I. Впровадження енергозбер^аючих технологш при протипомпажному керуваннi нагштачами [Текст] / О. I. Мамонов, В. О. Таргонський, В. В. Нщета // 1нформацшний огляд ДК «Укртрансгаз». - 2006. - № 1 (37). - С. 6-8.
10. Лагойда, А. I. Анашз динашчних властивостей вiдцентрового нагштача ГПА з газотурбiнним приводом як об'екта керування [Текст] / А. I. Лагойда, Ю. 6. Бляут, 6. М. Леав, Г. Н. Семенцов // Нафтогазова енергетика. - 2012. - № 2 (18). - С. 72-85.
11. Олейников, В. А. Сборник задач и примеров по теории автоматического управлении (оптимальное, экстремальное и программное управление) [Текст] / В. А. Олейников, Н. В. Соловьев, А. М. Пришвин, Н. С. Зотов. - М.: Высшая школа, 1968. - 200 с.
12. Зайцев, Г. Ф. Теория автоматического управления и регулирования.- 2-е изд., перераб. и доп. [Текст] / Г. Ф. Зайцев. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. - 431 с.
13. Бляут, Ю. 6. Автоматична щентифшащя помпажних характеристик газоперекачувальних агрега^в з газотурбшним приводом для ефективного антипомпажного регулювання [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: спец.: 05.13.07 / Ю. 6. Бляут // Автоматизащя процеав керування. - !вано-Франгавськ, 2013. - 20 с.
Наведено математичну модель для визначення ефективностi сонячних колек-торiв, яка дае можлив^ть оцтю)вати ефективтсть гхньог роботи i оперативно здшснювати контроль при застосуван-т сонячних колекторiв. Визначення ефек-тивностi сонячних елементiв дозволяе приймати ршення стосовно гх подальшо-го використання. Розроблено пропозици щодо вдосконалення методик випробуван-ня сонячних колекторiв завдяки шдвищен-ню точностi вимiрювання основних скла-дових
Ключовi слова: сонячний колектор, теплоност, термоперетворювач, випромi-нювання, температура, ефективтсть,
отр, калiбрування
□-□
Приведена математическая модель для определения эффективности солнечных коллекторов, которая дает возможность оценивать эффективность их работы и оперативно осуществлять контроль при применении солнечных коллекторов. Определение эффективности солнечных элементов разрешает принимать решение относительно их дальнейшего использования. Разработаны предложения относительно усовершенствования методик испытаний солнечных коллекторов путем обеспечения высшей точности измерения основных составляющих
Ключевые слова: солнечный коллектор, теплоноситель, термопреобразователь, излучение, температура, эффективность, сопротивление, калибровка
УДК 658.562
DOI: 10.15587/1729-4061.2014.27856 |
РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОТ МОДЕЛ1 ЕФЕКТИВНОСТ1
СОНЯЧНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧ1В
П. Г. Столярчук
Доктор техшчних наук, професор завщувач кафедри*
E-mail: [email protected] М. М. Микийчук Доктор техшчних наук, професор* E-mail: [email protected] В. О. Я цук Доктор техшчних наук, професор* E-mail: [email protected] М. С. М i х ал е в а Кандидат техшчних наук, старший науковий ствробЬник* E-mail: [email protected] О. I. Шпак Кандидат техшчних наук, молодший науковий ствробЬник* E-mail: [email protected] Т. М. Олеськ в Астрант* E-mail: [email protected] *Кафедра метрологи, стандартизацп та сертифкацп Нацюнальний ушверситет «Львiвська полЬехшка» вул. С. Бандери, 12, м. Львiв, УкраТна, 79013
1. Вступ забезпечення космiчних станцш бшьше 40 р. тому.
Сьогодт сонячш батаре! мщно ввшшли в побут як Сонячш перетворювач^ як джерело електро- джерело еколопчно чисто! й безкоштовно! енергп. енергп, уперше почали застосовувати для енерго- Сонце завжди посилало й посилае на землю мшьярди
©
п
к1ловат променево1 енерги 1 цеи ресурс е практично необмежений.
За принципом роботи сонячш елементи являють собою фотоелектричш генератори постшного струму, як1 використовують ефект перетворення променево1 енергп в електричну. 1х незаперечними перевагами е вщносно мал1 габарити та маса, можлив1сть автоном-но1 роботи за умови використання акумулятор1в, а до недолшв сл1д вщнести у першу чергу вщносно малу потужшсть, яку можна отримати з одинищ площд, що на практищ призводить до значного зростання габарит1в систем енергозабезпечення з потужностя-ми традицшно використовуваними на практищ. Для прямого перетворення сонячно'1 енергп в теплову використовують сонячш колектори (СК), як1 поглинають сонячну енерпю у видимому ти ближньому шфрачер-воному спектр1 випромшення 1 в подальшому зазвичай пвдгр1вають воду, яку можна використовувати для господарських потреб.
Тому перед розробниками сто1ть завдання створен-ня р1зного виду сонячних установок, в яких при най-менших затратах найбшьш ефективно з1брати потж енергп сонячного випромшювання 1 перетворити його в потр1бний споживачев1 вид енергп (теплоту, електро-енерпю тощо).
Випробувальне обладнання, що дозволяе визначати теплотехшчш 1 експлуатацшш характеристики СК 1 сонячних водонагр1вальних установок (СВУ) сьогодш в Укра'1ш фактично вщсутне. Для випробувань СК вггчизняш виробники змушеш звертатися до заруб1ж-них випробувальних центр1в, або вносити в техшчну документащю не стандартизован! теплотехшчш показ-ники. Вщсутшсть спещал1зованого випробувального устаткування 1 ввдпрацьованих методик випробувань стримуе розробки нових конструкцш СК 1 СВУ, а також удосконалення кнуючих конструкцш. Внесення до-повнень в кнуюч1 вичизняш стандарти в частиш тепло-вих випробувань сонячних колектор1в також можливе т1льки тсля апробацп 1 ввдпрацювання таких методик.
Ринок гелютехшчного обладнання потребуе па-спортизацп та сертифжацп сонячних колектор1в. Виршення цього завдання включае в себе створення стендового обладнання для комплексних випробувань СК 1 СВУ ввдповвдно з м1жнародними та вичизняними стандартами та апробащю р1зних методик випробувань СК 1 СВУ, спрямованих на визначення тепло-техшчно'1 ефективност колектор1в, 1х надшност1, на контроль якост виготовлення.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
1снуе два основш способи перетворення сонячно'1 енергп: фототерм1чний 1 фотоелектричний. В першому випадку теплоносш (найчастше вода) нагр1ваеться в колектор1 до високо1 температури 1 використовуеться для об1гр1ву примщень чи шших потреб. Другий же спос1б - це пряме перетворення сонячного випромшювання в електричний струм з допомогою натвпровщ-никових фотоелемент1в - сонячних батарей [1].
Ефектившсть сонячних елемент1в насамперед ви-значаеться такими техшчними характеристиками [2]: - при плошд сонячних елемент1в приблизно 0,2 м2 потужшсть модуля становить приблизно 10 Вт;
- напруга при максимальному навантаженш -близько 25 В;
- струм короткого замикання становить близько 500 мкА;
- вага модуля близько 2 кг;
- приблизний ККД сонячного елемента - вщ 14 до 18 %;
- термш служби пластини не менше 25 р.
Незважаючи на пор1вняно низький ККД, сонячний
елемент е найбшьш ефективним джерелом електрики серед альтернативних 1 автономних джерел енергп. Однак через досить високу варт1сть сонячного пере-творювача, а головне залежност в1д погодних умов, 1х у б1льшост1 випадюв позищонують не як основне, а як додаткове джерело енергп. Тому сонячш перетво-рювач1 мають сво1 ефективш переваги 1 недолжи, як1 представлен у табл. 1.
Таблиця 1
Переваги i недолги сонячних перетворювачiв
Переваги:
- тривалий термш служби;
- незалежшсть вщ техшчних неполадок енергогенеруючо! оргашзацй;
- низька ¡мов1ршсть поломки;
- безкоштовшсть само! енергп (тсля того як у систему були вкладеш чимаш кошти);
- немае необхщносп постшно 11 обслуговувати.
Недолжи:
- висока вартють 1, як наслщок, тривалий строк окупност1;
- низький ККД у пор1внянш ¡з традицшними джерелами енергп;
- залежшсть вщ погодних умов;
- неможливе використання для прилад1в, що споживають велику потужшсть.
Математична модель сонячного колектора (СК), яка описана у [3], не визначае такого показника як витрата теплоноая. 1з зростанням витрат теплоноая у СК зростае 11 ККД, але одночасно зростають витра-ти енергп на перемщення теплонос1я. Зпдно з [4], на практищ обирають витрати виходячи 1з стввщно-шення GCA / FCKU = 2 - 4, де СА - витрати та тепло-емшсть теплоноая, вщповвдно; FCK - площа поверхш теплоприймача; и - коеф1щент теплових витрат). Це вщповщае ефективност СК на р1вш 86-90 % вщ максимально можливо1 за кнуючих зовшшшх умов.
У [5] пропонуеться деюлька шлях1в тдвищення ефективност натвпроввдникових перетворювач1в со-нячно1 енергп: конструктивш вдосконалення наявних перетворювач1в, технолопчш вдосконалення (насамперед, звернення до нових матер1ал1в), нов1 принципи роботи сонячних батарей.
Для сонячних елемент1в з постшною продуктивш-стю для тдвищення ефективност потр1бно зб1льшити 1нтенсивн1сть сонячного випромшювання. Для цього пропонують системи управлшня, як1 б визначали на-прям сонячного випромшювання, вщповщно до якого необхщно встановлювати сонячн1 панел1 так, щоб 1х площина знаходилась перпендикулярно до сонячно-го випром1нювання [6]. Використання таких систем вимагае оптим1зацп режим1в роботи систем ор1енту-вання з метою зменшення енергозатрат 1 1х мехашчних перем1щень [7].
Випробування сонячних колекторiв регла-ментуеться стандартами ДСТУ ISO 9806-1:2005, ДСТУ ISO 9806-2:2005, ДСТУ ISO 9806-3:2005 [8, 9]. Тому важливою i актуальною проблемою сучасних ви-пробувальних систем е розробка приймачiв сонячного випромшювання, яю б з високою точшстю i чутли-вiстю вимiрювали енергетичш параметри оптичного випромiнювання [10].
3. Цшь та задачi дослщження
В дослщженш поставлено за щль оцшку ефектив-ност1 СК, осюльки така оцшка дасть змогу приймати р1шення стосовно подальшого використання колек-тор1в. Також це дасть змогу пор1внювати СК м1ж собою за ККД.
Для виршення поставленого завдання запропо-нуемо математичну модель ефективност СК, в основу яко! покладено вщношення к1лькост1 тепла, яке отри-мав СК до к1лькост1 променевого тепла, яке випромь нювалось на його поверхню за певний пром1жок часу.
Також щллю дослщження буде висунути пропозицп щодо покращення методик випробувань СК. Для цього пропонуватиметься визначити 1 врахувати вс1 значення похибок, як виникають тд час вим1рювань параметр1в СК 1 мають суттевий вплив на кшцевий результат.
4. Визначення ефективносл сонячних колекторiв
Ефектившсть сонячного колектора за [8, 9] визна-чають за формулою:
Пск =
Q
к
(1)
де QкOp - юльюсть тепла, що отримав сонячний ко-лектор за час t; Qпром - кiлькiсть променевого тепла, що випромшювалась джерелом на одиницю поверхш теплопоглинача сонячного колектора за цей же час.
Q = mcf AT
Укор ApG '
де m - масова швидюсть потоку рвдинного теплоносiя; Cf - ефективна теплоемшсть рiдинного теплоносiя; Ap -загальна площа колектора або площа абсорбера; ДТ -температура на виходi te i входi tin СК (T=te-tin);G -поверхнева густина потоку випромшювання.
Показники, яю характе-ризують Q^p, являють собою показники корисност Ркор . Тодi QTOp запишеться як функцiя вiд цих показни-кiв, тобто Qкоp = ^Ркор).
(2)
де F - площа теплопоглинача сонячного колектора; Е - штенсившсть променевого теплового потоку, що випромшюе джерело.
Показники ^ Е, як1 характеризують Цпром пред-ставимо як показники штенсивност Р;нт. Тод1 Цпром можна буде записати як функщю в1д показниюв штен-сивност1, тобто Цпром = №нт).
Тод1 ККД СК представиться у вигляд1 залежност в1д частка двох функцш
Пск =
f (Ркор )
f (P-)"
mcf AT
AGFE
(4)
При побудовi математично! моделi з двома змшними вид залежностi, яка адекватно вщобразить причин-но-наслiдковi зв'язки певного процесу чи явища, визна-чаемо з врахуванням юлькост показникiв при визна-ченнi ККД СК. Щоб визначити залежнiсть мiж двома показниками застосуемо основну форму нелшшних ре-гpесiйних моделей, у цьому випадку це представлення математично! моделi у виглядi полiномiально'! функцп. Оскiльки для визначення ефективносп СК використо-вуеться два показники (Q^p, Qпpом), то дана математич-на модель може бути представлена полшомом другого порядку, тобто паpаболiчною функцiею.
Оскiльки менша кiлькiсть сонячного випромшю-вання на СК припадае на pанковi та вечipнi години, а бiльша юльюсть - на обiднi години, то власне саме паpаболiчна функцiя буде описувати закон розподшу приймання сонячно! енергп сонячним колектором. Отже, ефектившсть сонячного випромшювання Е змшюеться в залежноси вiд пеpiоду дня t (ранок, обiд, вечip).
Показники корисност та iнтенсивностi СК, за до-помогою яких визначаеться кiлькiсть тепла, що отри-муе СК за певний пpомiжок часу та юльюсть променевого тепла, що випромшюеться джерелом за той самий пpомiжок часу, вiдтвоpюють коефiцiент корисно! дп СК [8, 9]. Даний ККД при вщповщних методах випробувань та вимогах нормативних докуменив до цих методiв випробувань утворюють математичну модель ефективносп СК, яка передбачае класифжащю ефек-тивно! роботи СК i призводить до призначення для застосування СК. Схематична процедура визначення ефективностi СК представлена на рис. 1.
Qпpом=F•E,
Рис. 1. Процедура визначення ефективносп сонячного колектора
Дана математична модель може бути представлена у вигляд1 парабол1чно! функцп. Використаемо формулу (1) для представлення ефективност1 СК у вигляд1 математично! модель Цю математичну модель можна подати у вигляд1 такого ствввдношення:
тс дт 1+ах + ах2
---= П —, ,2 ' ^ opt.
А^Е '»1 + Ь1х]+ Ь2х2
(5)
Розв'язавши дану р1вшсть знаходимо х^ Xj, що 1 буде характеризувати ефектившсть роботи СК. Модель ефективност зводиться до наступного ствввдношен-ня x1,xj . Це пропонуеться представити пром1ж-
ком 0,2<^<1, який розбиваеться на чотири в1др1зки в залежност в1д призначення для застосування СК.
В1др1зок 0,2<п<0,36 представляе малоефективну роботу СК, в1др1зок 0,37<п<0,62 представляе пом1р-но ефективну роботу СК, в1др1зок 0,63<п<0,79 представляе ефективну роботу СК, в1др1зок 0,80<п<1 представляе дуже ефективну роботу СК. Щ чотири стввщношення (0,2<п<0,36; 0,37<п<0,62; 0,63<п<0,79; 0,80<п <1)в1дпов1дають чотирьом вар1антам оптимь зацшно! задачь Даш умови конкретизують умови оптим1зацп, тобто сприяють прийняттю р1шень сто-совно подальшого використання р1зних тишв СК.
5. Пропозицп щодо вдосконалення методик випробування сонячних колекторiв
Очевидно, що одшею з основних характеристик сонячних колектор1в е !х ККД, значення якого п може бути встановлено експериментально та розраховане за наступним ствввдношенням [9]:
СК Ас встановлено виробником з похибкою, меншою вщ 5Ас<±1 %, а значення ввдносних похибок питомо! теплоемност рвдинного теплонос1я за нормативними документами 5С <±0,02 % [9]. Шд час використання звии чайних побутових хронометр1в з абсолютною похибкою вим1рювання ДК±1 с вщносна похибка вим1рювання рекомендованих нормативними документами пром1ж-юв часу ^±15 хв не перевищуватиме ^ <±0,1 % [9]. За вимогами нормативних документ1в м1шмальне значення р1знищ вим1рювальних температур не повинно бути меншим ^Тт1п>1,5 К, що 1з врахуванням абсолютно! похибки вим1рювання р1знищ температур ДДТ<±0,1 К дае значення 11 вщносно! похибки 5ДТ =±6,7 % [9]. Це значення е сшвм1рним 1з значенням вщносно! похибки визначення повно! густини потоку сонячного випромшювання 1 тод1 1з врахуванням критер1ю малост межа допустимих значень вщносно! похибки вим1рювання значення ККД можна ощни-ти як 5п=5о+5ДТ=±13 %. У випадку ощнювання ККД сучасних СК, значення якого е невеликим та знахо-диться на р1вш десятк1в вщсотка (наприклад, п=20 %), то абсолютна похибка вим1рювання ККД становитиме Дп=п5л=0,2^0,13=±2,6 %. Таке велике значення похибки вим1рювання ККД практично не дозволяе по-р1внювати м1ж собою за тепловою ефектившстю СК р1зних виробниюв, ККД яких можуть в1др1знятися лише на декшька вщсотюв.
Очевидно, що за мш1мального значення р1знищ температур визначення значення теплового ККД за умови, що зменшений температурний перепад прямуе до нуля, де ta - вщпо-в1дно, вхщна температура колектора та температура довк1лля [9]. Нормативш документи пропонують отримувати залежност поточного ККД як функщю зменшеного перепаду температур Т* [9]:
П =
vmtc-ДТ
(6)
П = П0 -аД* (т* )2,
(8)
де vm - масова швидюсть потоку рщини; с- - пи-тома теплоемшсть рвдинного теплоноая; ДТ - р1зниця температур на вход1 та на виходг, t - час вим1рювання; Ас - загальна площа колектора; С - загальна поверх-нева густина потоку сонячного випромшювання.
1з стввщношення (6) можна визначити межу допустимих значень ввдносно! похибки 5п обчислювання ККД СК:
8„ = 8Ут + ^t + 8с + 8дт + 8ас + ^G, (7)
де 5Уш, 5Ъ 5С, 5ДТ, 5Ао, 5о - вщносш похибки визначення, вщповщно, масово! швидкост потоку, часу вим1рю-вання, питомо! теплоемност рвдинного теплоноая, вим1рювання р1знищ температур, площд СК та загаль-но! поверхнево! густини потоку випромшювання.
В нормативних документах [9] подано рекомен-дацп щодо тдтримання масово! швидкост потоку рщини з похибкою 5Уш<±1 % та допустимого вщхилу поверхнево! густини потоку сонячного випромшювання До<±50 Вт/м2, що при значенш рекомендова-но1 нормативними документами поверхнево1 густини потоку сонячного випромшювання С=800 Вт/м2 дае можлив1сть оцшювати значення 5о =±50/800 =±6 % [9]. Очевидно, що значення паспортного параметру
де по - ККД СК за умови, що мш1мальне значення зменшеного перепаду температур Т прямуе до нуля; а!, а2 - стал1, значення яких знаходять за методом найменших квадрат1в.
З огляду на це пропонуеться в уставах для ви-пробувань СК передбачити заходи для тдвищення точност1 вим1рювання р1знищ температур СК та температур довкшля, вхщно! та вихщно! температури колектора.
Зроблений анал1з показав, що виходячи з вка-заних вище особливостей, як сенсори температу-ри найдощльшше використати малогабаритн1 пл1в-ков1 платинов1 термоперетворювач1 опору (ТО) [11]. Платинов1 термоперетворювач1 опору мають високу точшсть, стаб1льн1сть в час1, широкий температур-ний д1апазон вим1рювання та добр1 електричн1 вла-стивост1, як1 встановлен1 европейським стандартом DIN EN 60 751 [12]. Згщно 1з стандартом DIN-IEC 751 при змш1 температури в д1апазон1 в1д 0 °С до 850 °С меж1 допустимих значень похибки платино-вих термоперетворювач1в опору класу А становлять
де = ±(о,15°с+0,002 |е|) [13].
З використанням платинових ТО для вим1рюван-ня р1зниц1 температур виникае ряд похибок: похибки з'еднувальних лшш, перегр1ву терморезистор1в ви-
мiрювальним струмом, АЦП, похибки самих ТО. Для того, щоб похибка з'еднувальних лшш була нехтiвно малою, можна застосувати послщовне з'еднання ви-сокоомних ТО. Похибкою вiд перегрiву термопере-творювачiв вимiрювальним струмом можна знехту-вати, якщо використовувати вiдносно низью струми, що допускаеться при застосуванш сучасних преци-зiйних АЦП, похибку яких, до реч^ теж можна не вра-ховувати у порiвняннi з похибкою самих ТО [14, 15]. При побудовi пристрою для вимiрювання рiзницi температур можна використати прецизшний АЦП типу AD7711 [16].
Для вимiрювання рiзницi температур запропонова-но пристрiй, схема якого представлена на рис. 2.
З огляду на це для ввдносно невеликих значень рiзницi температур (при В©2<<А©) рiзницю опорiв сенсорiв можна подати як:
^ = ^I^011 -Ке21 ) = ^IК (1 + Аи01 + В1.02)-Я021 (1 + А2102 + В21©2)] 1=1 1=1
к
АБС
I {*0Н (1 +8011 )[1 +Ан (1 +5а11 )01 ]-Яои (1 +5021 )[1 +Ан (1 +8А21 )®2 ]} =
. пкАБСК0НАН
Км
(01 -02
пАн Т"Т
У(5011 5021
-0111(50
1
0^ 1(50:
(9)
де Я0Н, Ан - номшальш значення, вiдповiдно, почат-кового опору та температурного коефвденту опору ТО; Зшь S02i - вiдноснi похибки тдгонки початкових опорiв Я01; та Я02; ТО; Здц, SA2i - ввдносш похибки темпера-турних коефвденПв опору ТО; п - кшьюсть ТО, що послiдовно з'еднанi.
Ыеи
К©21
>. . .
Рис. 2. Структурна схема пристрою для вимiрювання рiзницi температур
Як показуе аналiз спiввiдношення (9), для сутте-
вого зменшення впливу складових похибок 801ь 802ь 8А1ь SА2i можна використати метод усереднення, метод калiбрування та метод введення поправок. Метод усереднення базуеться на використанш послвдовно-пара-лельно сполучених ТО iз зменшенням результуючо' похибки в л/п разiв, особливо, якщо використаш ТО
з однiеi партп. наприклад, для АЦП типу АБ7711 1х1 ~1х2=200 мкА, значення вхiдноi напруги и;п<2 В, i до кожного з його входiв можна тд еднати до п=100 ТО класу А, при цьому адитивна складова похибки
вимiрювання рiзницi температур не перевищуватиме ±0,15КД/п = 0,015К . Тодi, пiд час вимiрювання означе-
ного вище мiнiмального значення рiзницi температур ДТ<1,5 К значення ii вiдносноi похибки становитиме вже 8ДТ<±1 %. У цьому випадку вщносна похибка визначення ККД СК визначаеться Пльки ввдносною
похибкою загально' поверхнево' густини потоку ви-промiнювання.
Основним недолiком методу усереднення е не-обхiднiсть у використанш велико' кiлькостi ТО, що суттево здорожуе випробувальну уставу. Метод каль брування полягае в уведенш в структуру вторинного приладу засобiв адитивного та мультиплжативного пiдстроювань загальноi функцii перетворення. Для адитивного тдстроювання в структурi цифрового термометра слщ використати змiнний резистор ЯА та шляхом змiни його опору встановлювати нульовий показ вимiрювача рiзницi температур за умови, що уа ТО знаходяться за однаковоi температури. Мультиплжа-тивним пiдстроюванням шляхом змши опору резистора Ям досягають певного показу ^Т=©1-©2 вимiрювача рiзницi температур, за умови, що перша група з п ТО знаходиться в термостат з температурою ©ь а друга
група з п ТО - в шшому термостатi з температурою ©2.
Нарештi, пiд час ви-користання методу уве-дення поправок немае необхщносН у вико-ристаннi змiнних рези-сторiв, але в структурi вимiрювача рiзницi температур повинен бути енергонезалежний оперативний запам'ятовуючий пристрiй (ЕНОЗП) та клавiшi для фiксацii значення адитивноi та мультиплiкативноi поправок. Шд час визначення адитивноi поправки обидвi групи ТО повиннi знаходитись за однакових температур ©!=©2, при цьому код показу цифрового табло N запам'ятовуеться в ЕНОЗП 1 в подаль-шому як адитивна поправка ^=-N0 пiдсумовуеться з поточним значенням МХ отриманого коду вимiрювання та пiдраховуеться його скориговане значення МХ0=МХ+Ма. Пiсля цього одна група ТО помщаеться в термостат з температурою ©ь а друга - в iнший термостат з температурою ©2.
Пристрiй за схемою на рис. 2 можна використовувати i для вимiрюван-ня температури. У цьому випадку ви-користовуеться лише одна група ТО, наприклад, для вимiрювання температури ©!, а на мiсце друго' групи ТО доцiльно шд'ед-нати зразковий резистор Ящ=пЯ0, де Я0 - початкове значення ТО. Код результату вимiрювання температури ©! iз врахуванням наявностi пiдстроювальних резисторiв ЯА та подаеться як:
N0 =
± гм
¿я^+% ± г 1=1 2
--2А - ± ГА
(10)
де гА - опiр змiнного резистора ЯА мiж його движком та точкою тд'еднання до резистора Ящ; гМ - частина опору змшного резистора мiж його движком та точкою тд'еднання до резистора Ям.
1з врахуванням похибок ТО, нехтуючи похибками вище другого порядку малосП, вираз для його опору запишеться як:
R011 = R0H (1 + S0l) [1+AH (1 +SAl) 04 + BH (1 + SBl) 0? ] = = ROHW01 + ROHSOW01 +ROH (AAi01 + AB02), (1 1)
де W01 = 1 + AH01 + BH0?; Ан, ВН - номiнальнi значен-ня коефiцieнтiв залежностi Календара; AA1 = AH8AA1 ;
ABi = BH8ABI.
Тепер спiввiдношення (10) можна записати так:
N0 = {[nRoH + RohSOCP - RON ± 2rA ] + nRoH (W^ -1) +
RN ± rM ■
+ROH W -1) n5ocp + ROH X(AAi0, + ABi0?)|,
(12)
1 "
де 8оср —.
З аналiзу стввщношення (12) робимо висновок про те, що змiною опору резистора КА завжди можна до-сягнути коригування адитивно! похибки термометра при ®1=0, при цьому буде виконувати спiввiдношення
пЯон + Кон80ср - Кок ± 2га = 0 .
Для коригування мультиплжативно! складово! похибки сенсори термометра слвд помiстити в термостат з точно вщомою температурою ©1К та змiною резистора гм досягнути його показiв, що вщповщають значенню ©1К. При цьому вираз калiбрувального коду записуеть-ся як
N ек=кАрсПККн (^1к -1)+[±гMN (w0lK -1)+ к к
1 n
+(W01K-1)Socp +-I(AAi01K + ABi0?K)
n '
де RNM = RN + Rm/2 ; rMN = гм/(RN + RM ■0,5) .
Очевидно, що пiд час мультиплiкативного коригування виконуеться таке спiввiдношення:
±rMN (W01K - 1)+(W01K - 1)Socp + 1 n
+nX(AAi01K + ABi0?K ) = 0.
Пiсля проведення обох калiбрувань значення поточного коду цифрового термометра визначати-меться так:
N0=kADC (W01 -1) -R^+
RNM
+kADcnRm {(W01 - W01K )01 +
R
+-1 J [AAi (01-01K) + ABi (0? -0?K)] I.
(15)
6. Висновки
(13)
Для того, щоб можна було достовiрно класифжу-вати ефектившсть роботи СК, в данш роботi пропо-нуеться математична модель, з допомогою яко! можна ощнювати чи порiвнювати за ефективнiстю рiзнi типи СК. Згiдно дано'! математично'! моделi пропонуеться промiжок, на якому представлена ефектившсть роботи СК, розбити на чотири вiдрiзки, яю представ-лятимуть, наскiльки ефективний конкретний СК. Це дае змогу приймати ршення стосовно подальшого використання СК, залежно ввд того, на якому вiдрiзку вiн знаходиться.
За результатами аналiзiв, зроблених в данiй стати можна зробити висновок про двi домiнуючi складовi похибки обчислення ККД СК - похибка встановлення поверхнево! густини сонячного випромшювання та похибка визначення рiзницi температур. Запропоно-вано заходи для зменшення похибки вимiрювання рiзницi температур в декiлька разiв. Це дало змогу пiдвищення точност обчислення ККД СК приблизно в два рази.
Лиература
1. Лучков, Б. Солнечный дом - солнечный город [Текст] / Б. Лучков // Наука и жизнь. - 2002. - № 12. - С. 26-31.
2. Сонячш батаре! для будинку [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://energetyka.com.ua/alternativnaya-energetika/161-sonyachni-batareji-dlya-budinku
3. Горин, А. Н. Солнечная энергетика. (Теория, разработка, практика) [Текст] / А. Н. Горин, А. В. Дорошенко, М. А. Глауберман. - Донецк: Норд-Пресс, 2008. - 374 с.
4. Daffi, J. A. Heat processes with the use of solar energy [Text] / J. A. Daffi, Y. А. Beckman. - Moscow: Mir., 1977. - 566 р.
5. Мачулш, В. Сонячна енергетика: порядок денний для св1ту й Украши [Текст] / В. Мачулш, В. Литовченко, М. Стр1ха // В1сник Нащонально! академп наук Украши. - 2011. - № 5. - С. 30-39.
6. Нго, С. К. Повышение эффективности солнечных батарей с помощью следящей системы [Текст] / С. К. Нго // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - № 1. - С. 318-321.
7. Петрусёв, А. С. Повышение эффективности работы солнечных батарей с помощью одноосевой системы ориентирования [Текст] / А. С. Петрусёв, А. В. Юрченко, А. В. Охорзина // Ползуновский вестник. - 2013. - № 2. - С. 142-146.
8. Шаповал, С. П. Ефектившсть гелюустановки за р1зних кут1в падшня теплового потоку на сонячний колектор [Текст] / С. П. Шаповал // Науковий вюник НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.6. - С. 117-120.
9. ISO 9806-1:1994 [Text] / Test methods for solar collectors - Part 1: Thermal performance of glazed liquid heating collectors including pressure drop17.
10. Яцук, В. Метролопчне забезпечення випробувань сонячних колектор1в [Текст] : м1жнар. наук. - практ. конф. / В. Яцук, П. Столярчук, М. Микийчук, Р. Дяк, Х. Серкез, Т. Олесьюв // Управлшня яюстю в освт та промисловостк досвщ, проблеми та перспективи. - Льв1в, 2013. - С. 150.
.................................................................................................................................................................................................................................|з5
11. Яцук, В. Устава для визначення термоелектрично! добротносп сонячних термобатарей [Текст] : мiжнар. наук.-практ. конф. / В. Яцук, В. Куба, Ю. Яцук, М. Микийчук // Управлшня яюстю в освiтi та промисловостк досвiд, проблеми та перспективи. -.TbBiB, 2013. - С. 144.
12. Nau, M. Elektrische Temperaturmessung mit Thermoelementen und Widerstandsthermometern [Text] / M. Nau. - Fulda, Germany: JUMO GmbH & Co. KG, 2004. - 160 p.
13. Meijer, G. C. M. Smart Sensor Systems [Text] / G. C. M. Meijer - Delft: SensArt, 2008. - 385 p. doi: 10.1002/9780470866931
14. Яцук, В. О. Засоби мошторингу та реестрацп якост послуг i3 теплопостачання [Текст] / В. О. Яцук, П. В. Бугайцова, Ю. В. Яцук // Метролопя та прилади. - Науково-виробничий журнал. - 2013. - №4 (42) 2013. - С. 38-44.
15. Яцук ,В. О. Покращення характеристик приймачiв сонячного випромшення з електричним замщенням [Текст] / В. О. Яцук, Ю. В. Яцук, Х. В. Серкез // Вюник Нацюнального ушверситету «Льв1вська пол^ехшка». Сер. : Автоматика, вимiрювання та керування. - 2013. - № 753. - С. 25-30.
16. AD7711: LC2MOS Signal Conditioning ADC with RTD Excitation Currents Data Sheet [Electronic resource] / Available at: http://www.analog.com/en/an alog-to-digital-converters/ad-converters/ad7711/ products/product.html
-□ □-
Для виршення завдання дослидження умов експлуатаци i впровадження дея-ких зразтв кабелiв в газотурбтнихустановках АО «МОТОР С1Ч» було визначе-но обсяг роботи, що складаеться з двох розд^в: перший розды був присвячений термометруванню характерних областей, м^ць прокладки кабельних лтш, при рiзних режимах навантаження в сталому режимi. Другий розды присвячений випробуванню в заводських умовах кабелiв i термоiзоляцiйних труб при температурах, згидно термометруванню по першому роздЫу
Ключовi слова: газотурбта, електро-станщя, термометрування, електрока-
белi i термотруби
□-□
Для решения задачи исследования условий эксплуатации и внедрения некоторых образцов кабелей в газотурбинных установках АО «МОТОР СИЧ» был определен объем работы, состоящий из двух разделов: первый раздел был посвящен термометрированию характерных областей, мест прокладки кабельных линий, при разных режимах нагрузки в установившемся режиме. Второй раздел посвящен испытанию в заводских условиях кабелей и термоизоляционных труб при температурах, согласно термометриро-ванию по первому разделу
Ключевые слова: газотурбина, электростанция, термометрирование, электрокабели и термотрубы -□ □-
УДК 621.438:621.315.2.002
| DOI: 10.15587/1729-4061.2014.27788]
К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ВНЕДРЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ОБРАЗЦОВ КАБЕЛЕЙ В ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВКАХ АО «МОТОР СИЧ»
В. М. Снигирев
Кандидат технических наук, доцент* А. И. Афанасьев
Кандидат технических наук, доцент* К. В. Дудник
Зам. главного конструктора** А. В. Куклин
Инженер-конструктор** E-mail: [email protected] *Кафедра электрических аппаратов Запорожский национальный технический университет ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, Украина, 69063 **Управление энергетических установок и газоперекачивающих агрегатов АО «МОТОР СИЧ»
пр. Моторостроителей, 15, г. Запорожье, Украина, 69068
1. Введение
Газотурбинные установки наземного применения включают в себя газотурбинный привод (ГТП), в отсеке которого необходимо прокладывать кабельные
линии, где при работе на номинальную мощность температура воздуха может достигать до 100 °С (с местами локального нагрева более 200 °С). Поэтому защита кабельных линий от высоких температур является актуальной задачей [1].
©
