Содержание к диссертации
Введение
Глава1. Современное состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1. Анализ состояния технологического комплекса управления тепловыми режимами зданий 11
1.2. Анализ регулирующей арматуры системы теплоснабжения 16
1.3. Анализ процессов теплопередачи трубопроводной системы теплоснабжения 27
Выводы 31
Глава 2. Теоретические исследования регулируемых систем централизованного теплоснабжения 33
2.1. Аспекты тепловой и гидравлической устойчивости трубопроводных систем тепловых сетей 33
2.2. Термодинамический анализ теплопровода трубопроводной системы 36
2.3. Исследование переходных процессов теплопередающих систем 43
Выводы 49
Глава 3. Экспериментальные исследования регулируемых систем централизованного теплоснабжения 50
3.1. Задачи, методика проведения экспериментальных исследований 50
3.2. Распределение потоков тепловой энергии по абонентам 58
3.3. Влияние циркуляционного насоса независимого подключения на систему отопления 64
3.4. Влияние регулирования абонента на гидравлическую характеристику трубопроводной системы 65
3.5. Распределение мощности теплового потока абонентов при условии имитирования зарастания системы
3.6. Перепад температуры в теплоносителе 79
Выводы 88
Глава 4. Реализация результатов исследований 89
4.1. Разработка метода снижения энергоемкости зданий 89
4.2. Оптимизация настроечных параметров системы теплоснабжения 92
4.3. Внедрение результатов исследований 108
Основные выводы и результаты работы 110
Список использованных источников
- Анализ регулирующей арматуры системы теплоснабжения
- Термодинамический анализ теплопровода трубопроводной системы
- Влияние циркуляционного насоса независимого подключения на систему отопления
- Оптимизация настроечных параметров системы теплоснабжения
Введение к работе
Актуальность темы. Важнейшим фактором повышения энергетической эффективности теплоснабжения зданий, является качество работы гидротранспортных комплексов. Работа гидротранспортных комплексов (ГТК) систем теплоснабжения сопровождается различного рода переходными процессами, которые характеризуются значительными изменениями давления, расхода, гидравлической мощности, скорости движения жидкости и т.д. ГТК представляет собой сложную энергоемкую систему, включающую насосные агрегаты с различными схемами соединения, гидродинамическую сеть, характеризующуюся наличием противодавления, нелинейностей, обусловленных местными сопротивлениями (задвижками, вентилями, обратными клапанами, разветвлениями трубопровода и т.п.), различными свойствами перемещаемой среды.
При изменении режима работы, температуры или степени аэрации потока жидкости в гидросистеме возникают ударные волны, которые приводят к значительным перепадам давления, что неблагоприятно сказывается на работе технологического оборудования, приводит к разрывам сплошности потока, вибрациям, шуму, эрозийному разрушению материала, увеличению потерь напора, и, соответственно, росту затрачиваемой на транспортирование жидкости мощности. В связи с этим заслуживает внимания вопрос анализа переходных процессов в гидротранспортном комплексе и поиск путей снижения влияния динамических процессов на параметры гидросистемы.
Одним из способов снижения влияния динамических процессов на параметры гидросистемы служит стабилизация температурного режима системы трубопроводной системы. Это обеспечивает стабилизацию протекающих процессов в системе, устраняет перепады давлений и температуры теплоносителя на исполнительных механизмах регулирующей арматуры
Для повышения энергоэффективности теплоснабжения зданий необходимо совершенствование системы управления современным технологическим комплексом путем выбора наиболее рациональных режимов, обеспечивающих требуемый тепловой баланс и стабилизацию температурного режима трубопроводной системы теплоснабжения.
Настоящая работа посвящена решению проблемы повышения энергетической эффективности системы теплоснабжения при комплексном управлении тепловыми режимами зданий.
Степень разработанности. Проблемам совершенствования систем
теплоснабжения зданий посвящены работы авторов В.М. Лебедева, Ю.Л. Липовки, С.В. Побот, А.В. Либенко, А.В. Тихонова, М.Ю. Толстого, В.В.
Пыркова, А.Н. Потапенко, С.В. Кострикова, В.П. Кожевникова, М.И. Кулешова, А.В. Губарева, Р.Н. Хафизова, Н.А. Автушенко, Г.С. Леневского, А.И. Телегина, В.И. Панферова и др. Их работы в значительной мере способствовали повышению энергетической эффективности системы теплоснабжения зданий. Однако проведенный анализ существующих исследований выявил недостаточность теоретического описания и экспериментальных исследований рабочего процесса трубопроводной системы теплоснабжения зданий в переходных режимах работы.
Целью работы является повышение энергетической эффективности системы теплоснабжения зданий
Для выполнения указанной цели сформулированы следующие задачи исследования:
1) разработать структурную схему стабилизации температурного режи
ма регулируемой трубопроводной системы теплоснабжения зданий;
2) разработать математическую модель и выполнить моделирование
процесса стабилизации температурного режима регулируемой трубопровод
ной системы теплоснабжения зданий с учетом переходных процессов;
-
получить, по результатам экспериментальных исследований на примере теплового пункта, регрессионные зависимости: скорости потока жидкости, амплитуды колебаний золотника балансировочного клапана, температуры теплоносителя при переходном режиме, перепада давления от скорости потока, теплового потока, электрической мощности насосов от скорости потока, позволяющие определять основные параметры регулируемой трубопроводной системы теплоснабжения;
-
определить эффективные режимы стабилизации температурного состояния гидравлической системы теплоснабжения на основе теоретических и экспериментальных исследований, обеспечивающие экономию тепловой энергии;
-
обосновать методику проектирования регулируемой трубопроводной системы, с учетом переходных процессов.
Научная новизна работы:
-
разработана новая структурная схема регулируемой трубопроводной системы теплоснабжения зданий, обеспечивающая стабилизацию температурного режима при переходных процессах, отличающаяся нелинейностью процесса и обеспечивающая рациональное соотношение настроечных параметров;
-
определены эффективные режимы стабилизации температурного состояния гидравлической системы теплоснабжения на основе теоретических и экспериментальных исследований;
3) получены зависимости температурного режима зданий от конструктивных и режимных параметров регулируемой трубопроводной системы теплоснабжения, примененные в методике проектирования регулируемой трубопроводной системы, с учетом переходных процессов.
Методология и методы исследований. В работе использованы методы теории термодинамики, теории управления, математической статистики, планирования эксперимента, компьютерного моделирования переходных процессов в регулируемых трубопроводных системах теплоснабжения с применением программного обеспечения MATLAB&Simulink.
Достоверность результатов диссертационной работы и выводов, полученных диссертантом, обоснована корректностью математической постановки задачи, корректным применением фундаментальных законов термодинамики, современной методологией технико-экономического анализа и современных численных методов, обеспечивающих заданную точность решения.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Снижение уровня амплитуды колебаний золотника балансировочно
го клапана при циркуляции жидкости обеспечивается за счет рационального
соотношения конструктивных параметров регулируемой трубопроводной си
стемы и свойств теплоносителя при номинальных значениях перепада давле
ния и скорости течения жидкости.
2. Стабилизация температурного режима регулируемой трубопровод
ной системы при переходных процессах достигается регулированием размера
щели балансировочного клапана и положения золотника.
-
Равномерность распределения теплового потока нагревательного прибора, позволяющая улучшить качественно и количественно теплоснабжение зданий, определяется закономерностями изменения гидравлических характеристик теплоносителя в условиях переходных процессов и зависит от скорости потока жидкости, температуры теплоносителя, концентрации загрязнений в нагревательном приборе.
-
Развитие методики проектирования регулируемой трубопроводной системы с использованием рациональных соотношений геометрических размеров щели и положения золотника балансировочного клапана при переходных процессах позволяет обеспечить стабилизацию температурного режима.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что на базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены результаты стабилизации температурного режима трубопроводной системы. Созданы экспериментальные образцы регулируемой трубопроводной системы. Разработана методика расчета параметров регулируемой трубопроводной системы с учетом переходных процессов. Действу-
ющие образцы регулируемой трубопроводной системы используются в учебном процессе как наглядное пособие по разделу курсов «Теплоснабжение» в Красноярском инженерно-строительном институте СФУ. Образцы успешно прошли испытания в ООО ФГПУ «ЖКХ» КНЦ СО РАН, что подтверждено актом внедрения.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на VIII Всероссийской научно-технической конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 155-летию со дня рождения К.Э. Циолковского (2012 г.); Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых 12-16 марта (2012 г., г. Братск); Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых. Инновации и актуальные проблемы техники и технологий (2013 г., г. Саратов); Х Юбилейной Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 80-летию образования Красноярского края (2014 г., г. Красноярск), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь и наука: Проспект Свободный» ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» (2015 г., Красноярск); на научно-технических семинарах кафедры «Инженерные системы зданий и сооружений» ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» (2010-2016г.г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе: 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 5 статей в сборниках научных трудов и материалах конференций.
Личный вклад автора состоит в анализе источников литературы с целью получения сведений о существующих методах прогнозирования и регулирования температурного состояния трубопроводной системы теплоснабжения; в разработке математической модели теплопровода трубопроводной системы; в проведении математического моделирования по определению влияния параметров системы теплоснабжения на изменение гидравлических характеристик теплоносителя в условиях переходных процессов; в анализе экспериментальных данных и сопоставлении их с результатами моделирования; в разработке и проведении натурных экспериментов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 132 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений на 11 страницах. Работа содержит 88 рисунков, 1 таблица. Список использованной литературы включает 109 наименований.
Анализ регулирующей арматуры системы теплоснабжения
Возможности повышения эффективности процессов теплоснабжения зданий приведены в работах авторов Богуславский Л.Д. [7];. Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел А.С. [13];. Пыркова В.П. [57; 58];. Гершкович В.Ф. [15];. Гилюс А. Исявичус Э. [18];. Грановский В.Л. [25];. Еремкин А.И., Королев Т.И. [28];. Зверьков Б.В. [31]; Липовка Ю.Л., Панфилов В.И. [42]; Подгорный В.Ю. [55]; Селезнев В.Е., Алешин В.В., Побат СВ. [54]; Прялов С.Н. [69]. В этих работах рассмотрены вопросы регулирования теплопотребления зданий. Повсеместное применение терморегуляторов у систем теплоснабжения обеспечивает поддержание теплоснабжения с централизованным присоединением к тепловой сети как единое целое. Тепловой поток теплообменного прибора определяется по зависимости [82]: Q=Q [ ][ ], (1.1) " Atn G где пит- показатели степени.
При минимальном открытии регулятора максимально возрастает теплоотдача теплообменного прибора. Это приводит к скачкообразному изменению параметров системы теплоснажения, увеличению вероятности шумообразования и снижению стабильности температурного режима[57].
Для расчета нестационарной тепломассопроводности теплопровода в работе [31] предлагается допускать распределение теплотехнических характеристик тела как непрерывное, симметричное и монотонное. Так как процесс нестационарный необходима линеаризация дифференциального уравнения теплопроводности. В работе [25] автор предлагает использовать метод стационаризации с переменными во времени коэффициентами. Однако этот метод применим когда неизвестные параметры определяются с недостаточной степенью точности.
В работе [16] приводится тепловой расчет трубопроводов при нестационарных условиях теплообмена. Авторами установлено, что при заполнении трубопровода теплопотери воды резко уменьшаются по экспоненциальной зависимости. В результате коэффициент теплопотерь близко к коэффициенту теплоотдачи к стенке трубы от воды.
В работе [9] приведено аналитическое решение процесса изменения температуры теплоносителя в зависимости от координат начальной точки, температуры теплоносителя. Однако режимы регулирования тепловых нагрузок не оценивается.
Метод вычисления температурного поля трубопровода приведен в работе [18]. В работе разогрев трубопровода описывается системой, дифференциальных уравнения, при условии конкретных граничных условиях. Этот метод рекомендуется применять при определении средне интегральной температуры. При этом погрешность температурного поля колеблется в интервале от от 0,3 до 7 %, и определяется устойчивостью применяемого метода. При большой протяженности трубопроводных систем стационарность теплообмена трубопроводной системы неустойчива. Это усложняет разработку алгоритмов решения и требует решения нестационарных тепловых потоков.
Коэффициент гидравлической устойчивости может изменяться от «0» до «1», при условии чтобы напор, развиваемый насосами в теплоисточнике, должен быть больше гидравлического сопротивления сети [55]. При этом степень разрегулировки определяется выражением G, (1.4) Gp где Qф - фактический расход сетевой воды в системе; Qр - расчетный расход сетевой воды при проектном температурном графике.
Соотношение между степенью разрегулировки гидравлического режима 4 и коэффициентом гидравлической устойчивости К описывается уравнением [84]: АН К G р GA пот АНрасп (1.5) При автоматизированной системе теплоснабжения, требуется обеспечить условие: стабилизации температурного режима гидротранспортной системы в зависимости от соотношения гидравлических сопротивлений элементов а не от тепловой нагрузки [13]. Метод автоматизированного моделирования, основанный на разработке математической модели системы с автоматизированным формированием матриц начальных условий приведен в исследованиях [41] . При этом выполняется линеаризация математических зависимостей ее элементов. Трубопроводы рассматриваются в виде однослойных или многослойных тел цилиндрической формы.
В работе [86] приведена методика определения рационального соотношения термического опротивления стенок теплопровода. Авторы определили зависимости полного термического сопротивления теплопровода от температурного состояния теплоносителя. Получена линейная плотность теплового потока. Определены цилиндрических оптимальные значения теплопроводности стенок теплопровода [53]. Сходимость результатов расчета оптимальных и нормативных величин теплового потока получена высокая. Это значит что выводы по работе адекватны. В целом нормативная плотность теплового потока превышают расчетные значения, вычисленные по методике.
Для определения коэффициентов теплообмена используются результаты физического или математического моделирования. В основу математического моделирования заложена задача идентификации, модели объекта по входным и выходным параметрам объекта управления [1]. Также решение задачи идентификации обеспечивает выбор критерия идентификации, т.е. различие между выходными величинами объекта и настраиваемой модели и разработку алгоритма идентификации.
Современные насосы обладают рядом конструктивных достоинств, отличаются большей надежностью, значит, ремонт и замена потребуются значительно реже. Это может существенно повысить энргоэффективность, при этом стабилизация температурного режима системы теплоснабжения значительно повысится [26].
Термодинамический анализ теплопровода трубопроводной системы
Нормальная работа гидротранспортной системы теплоснабжения характеризуется стационарным режимом работы. При движении теплоносителя по трубопроводным систем с клапаной аппаратурой и циркуляционными насосами процесс из стационарного переходит в турбулентный в переходных процессах и имеет колебательный вид. Для стабилизации температурного режима системы теплоснабжения следует учитывать изменение динамических параметров, что особенно характерно при аварийных отключениях. Это ведет к недоотпуску теплоты, снижению надежности системы теплоснабжения и ухудшению энергетических затрат в системах теплоснабжения.
Относительный аварийный недоотпуск теплоты может быть определен по формуле . ае С2-19) EG где Qав - аварийный недоотпуск теплоты за год; Q - расчетный отпуск теплоты всей системой теплоснабжения за год. На гидравлическую устойчивость гидротранспортной системы теплоснабжения влияет высокая плотность теплоносителя [29]. Вследствие низкой гидравлической устойчивости гидротранспортной системы теплоснабжения происходит разрегулировка клапанной аппаратуры, возникают потери давления в системе.
Анализ функционирования многих тепловых сетей показал, что их гидравлическая устойчивость тем выше, чем меньше потери напора в трубопроводах тепловых сетей и чем больше располагаемый напор перед тепловым пунктом . Для повышения гидравлической устойчивости сетей теплоснабжения следует учитывать параметры, возникающие в переходных процессах клапанной аппаратуры и условия возникновения кавитации жидкости. Поэтому для выполнения работ по параметрическому синтезу проведено моделирование гидравлической система трубопроводного отопления с использованием пакета MATLAB с приложением SIMULINK.
Гидравлическая схема теплопередающих систем приведена на рисунке 2.10. В теплопередающих системах теплоносителем является вода, которая нагревается в котле (К) до заданной температуры и подается по напорной магистрали в нагревательный прибор (А). На входе и выходе их нагревательного прибора (А) установлены термометры (tвх) и (tвых). Для подачи теплоносителя установлен циркуляционный насос (Н). Контроль давления в системе осуществляется манометром РМ. Для удаления воздуха из системы примеменяется воздуховыпускной клапан ВВ. Испытательный стенд оборудован водомером, запорной арматурой и термометрами, вставленными в металлические стаканы, заполненные машинным маслом. Подача теплоносителя в испытуемом отопительном приборе организована с низу в вверх.
Надежность рабочего процесса гидравлической системы отопления обеспечивается устойчивостью передачи свойств входных параметров к выходным. FJF,P,w,T) =Fвых(V,p,w,T) (2.20) где v - скорость теплоносителя; р - давление в системе; Т - температура теплоносителя; w - расход рабочей жидкости. Для моделирования гидравлической системы "Котел, насос, балансировочный клапан, отопительный прибор" с учетом основных нелинейностей разработана математическая модель. Q = (—)Dgy-z-n (2.21) Qз=ju-7r-dз-кп-xз pн-pцс sign(p н - pцс) (2.22) вк бк Мек 2g „ „ 7T-dТ2 dx dt —(P в-Pвых )-Qут = У (2.23) где fбк - площадь проходных сечений балансировочный клапана; цбк-коэффициенты расхода жидкости через балансировочный клапан; Т -удельный вес жидкости; g - ускорение свободного падения; рвх - давление жидкости на входе балансировочного клапана; рвых - давление жидкости на выходе из балансировочного клапана; dТ - диаметр трубопровода; х -длина трубопровода.
Уравнение 2.15 описывает подачу насоса; уравнение 2.16 - расход теплоносителя через балансировочный клапан; уравнение 2.17 - процесс циркуляции теплоносителя «балансировочный клапан - отопительный прибор». Математическая модель, описывающая процессы циркуляции теплоносителя, получена исходя из равенства расходов жидкости через балансировочный клапан и теплообменный прибор. Для исследования переходных процессов гидросистемы теплоснабжения дифференциальные уравнения (2.16), (2.17) и 2.18 приведены к виду Коши.
Колебательный процесс величина амплитуды колебания балансировочный клапана достигает 0,14 мм. Частота колебаний золотника балансировочного клапана составляет 2 Гц. Далее процесс становится стационарным. разработанная математическая модель трубопроводной системы теплоснабжения учитывающая переходные процессы в системе , позволила получить количественные характеристики балансировочный клапан протекает в течение 2 с. Максимальная параметров, влияющих на гидравлическую устойчивость в части влияние скорости потока на температурный режим системы теплоснабжения зданий и исключить возможность возникновения кавитации в области клапанной аппаратуры и свойств применяемых циркуляционных насосов.
Влияние циркуляционного насоса независимого подключения на систему отопления
Для исследований трубопроводных систем отопления применялся циркуляционный насос stratos ECO 30/1-5 с напором H=3м. Расход жидкости (G) измерялся при помощи встроенного расходомера ТЭМ-104-К, а перепад давлений (H) измерялся дифференциальными манометрами. Исследования повторялись при включенном циркуляционном насосе на независимом подключении. Полученные результаты приведены на графике (рисунок 3.20).
При включении циркуляционного насоса на независимом контуре происходит уменьшение располагаемого перепада давления и увеличение общего расхода системы.
Влияние регулирования абонента характеристику трубопроводной системы на гидравлическую Регулирование гидравлической характеристики трубопроводной системы выполнялось частотным насом stratos- 30/1-12 с напором H= 5м и Н=6м. Параметры расхода (G) измерялись при помощи встроенного расходомера ТЭМ-104-К, а перепад давлений (H) дифференциальными манометрами. По результатам измерений по формуле (3.1) рассчитывается гидравлическая характеристика системы
На рисунке 3.21 приведены зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при регулировании абонента №3 при помощи трехходового клапана в четырех положениях и при отключенном абоненте №1.
Зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при регулировании абонента №3 и отключенном абоненте №1. На рисунке 3.22 приведены зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при регулировке абонента №1 и отключении абонента №3
На рисунке 3.23 приведены зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при регулировании абонента № 1 и изменении положения трехходового клапана для абонента № 3. Зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при регулировании абонента № 1 и изменении положения трехходового клапана для абонента № 3 На рисунке 3.24приведены зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при включении двух абонентов и регулировании абонента №3. Рисунок 3.24 – Зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при включении двух абонентов и регулировании абонента №3 На рисунке 3.25 приведены зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при включении двух абонентов и регулировании абонента №1. Рисунок 3.25 – Зависимости перепада давления от расхода теплоносителя при включении двух абонентов и регулировании абонента №1
Исследование распределения мощности теплового потока проводилось в сети для трех абонентов, подключенных по разной схеме: независимой и параллельной. Напор частотного насоса stratos 30/1-12 H=3м. Время эксперимента 5мин., при заданной температуре на источнике T=60C. Параметры расхода (G) определялись при помощи встроенного расходомера ТЭМ-104-К, перепад давлений (H) дифференциальным манометром. На рисунке 3.26 приведен график распределения мощности теплового потока при включении трех абонентов с учетом зарастания сети.
Распределение мощности теплового потока при включении трех абонентов с учетом зарастания сети На рисунке 3.27 приведен график распределения мощности теплового потока с учетом зарастания сети при выключении абонента №1.1
Перепад температуры в теплоносителе №1.1 определялась в зависимости от напора системы H=3 м с частотным насосом stratos 30/1-12. Измерение температуры на входе и выходе к источнику потребления тепла проводилось с помощью компьютерной программы. На рисунке 3.38 приведен график изменения температур.
Температурный градиент помещения приведен на рисунке 3.46. Как видно датчики показывают разную температуру: датчик на уровне пола (зеленый) показывает t=20,6 С, а датчик на высоте h=2.2 м. от пола (синий) показывает t=22,3 С. При каждом повышении высоты на 1 м от пола температура возрастает на 0,9 С.
Энергоемкость зданий существенно зависит от характеристик циркуляционных насосов. С увеличением мощности насоса увеличивается энергоемкость зданий. Мощность насосов возрастает с увеличением скорости течения теплоносителя, что особенно характерно для переходных процессов гидротранспортной системы теплоснабжения (рисунок 4.1). Изменение средней скорости теплоносителя приводит к изменению потерь давления в системе и, соответственно снижает энергоемкость зданий.
При увеличении средней скорости движения теплоносителя базовая стоимость системы теплоснабжения уменьшается в связи с изменением стоимости трубопроводов и стоимости насосов. Зависимость изменения стоимости электроэнергии, потребной для функционирования системы теплоснабжения от средней скорости течения теплоносителя приведена на рисунке 4. 2. По данным [1] увеличение средней скорости движения теплоносителя в системе ведет к уменьшению базовой стоимости сети трубопроводов на 20 %
В связи с неодинаковой и неравномерной нагрузкой на систему теплоснабжения зданий в течение года тепловая мощность увеличивается в течение нескольких самых холодных дней. В остальное время года нагрузка существенно меньше. На рисунке 4.3, приведен график сезонных отопительных нагрузок (левая шкала). На основании этой кривой определяется мощность циркуляционного насоса.
Оптимизация настроечных параметров системы теплоснабжения
Переходный процесс синтезированной системы управления с ПИД-регулятором - апериодический. Результаты моделирования динамических характеристик разомкнутой системы показали существенную нелинейность дифференциальных уравнений объекта управления. Переходная характеристика системы имеет статический характер. В линейном варианте она управляема и с лучшим качеством переходного процесса, величина перерегулирования меньше 5%. Замкнутая система остается устойчивой с новым положением равновесия.
На рисунке 4.14 приведены зависимости изменения во времени напора для разных значений постоянной времени (Тк1= 0,5 с,Тк2= 5 с).
Анализ кривых (рисунок 4.14) показал, что в интервале 0-10 c происходит запуск насоса на закрытую задвижку, при этом напор на выходе соответствует значению напора при нулевой подаче и относительной частоте вращения рабочего колеса насоса v= 0,5. Момент времени t=10 c характеризуется открытием задвижки на прилегающем к насосу участке трубопровода. При этом наблюдается снижение значения напора на выходе насоса fri(t). Нарастание давления происходит на участках трубопровода с одновременным увеличением расхода жидкости. Данный процесс повторяется, обуславливая резкое изменение гидравлического сопротивления трубопровода, и сопровождается пульсационным характером изменения технологических и энергетических параметров НК. Амплитуда пульсаций напора на участке прилегающем к насосному агрегату больше, чем на участке, находящемся непосредственно за напорным участком трубопровода.
Колебательный процесс системы затухающий. Результаты моделирования динамических характеристик показали существенную нелинейность дифференциальных уравнений, описывающих их динамику.
Переходная характеристика системы имеет статический характер. В линейном варианте она управляема и с лучшим качеством переходного процесса, величина перерегулирования меньше 5%. Замкнутая система остается устойчивой с новым положением равновесия.
Настройка коэффициентов «Pid Соntrollera» осуществляется путем изменения коэффициентов в передаточной функции «Prosessa». Нелинейность типа «ограничение» при синтезированных параметрах ПИД-регулятора не оказывает существенного влияния на вид переходной характеристики.
Замкнутая система остается устойчивой с новым положением равновесия. Адекватность имитационной модели проверяли на реальном технологическом объекте - автоматизированном тепловом пункте. Проверка показала, что имитационная модель обладает удовлетворительной сходимостью результатов с лабораторными исследованиями.
Получены регрессионные модели, позволяющие определять основные параметры регулируемых трубопроводных систем теплоснабжения: Скорость потока жидкости описывается зависимостью от времени t F = 0,029 3 + 1,527 -0,198 Амплитуда колебаний золотника балансировочного клапана описывается зависимостью А = 12,9Г74 Температура теплоносителя при переходном режиме Т = 0,023 2 + 0,147 + 0,364 Перепад давления от расхода потока АР = 0,200 +0,486 Тепловой поток Q = ЗЕ + 08t3 - 4E + 08t2 + 2E + 08f - 2E + 07 Электрическая мощность насосов от скорости потока 7V = 4,272v-0,119 Выводы. Обоснована структура и предложен математический аппарат описания гидродинамических процессов ГТК, что позволяет исследовать кавитационные явления в трубопроводной системе, задавать различные режимы работы насосных агрегатов, подключать канал газообразования к любому участку гидросети, где меняются условия протекания и свойства перекачиваемой среды.
Постоянные времени в математической модели учитывают конструктивные и технологических параметры насосного комплекса и кавитационных каверн. При этом инерционная постоянная времени существенно влияет на время переходного процесса; емкостная и кавитационная постоянные времени в большей степени определяют устойчивость гидротранспортной системы к развитию колебательных процессов в гидродинамической сети.
При участии автора усовершенствована система регулируемых трубопроводных систем отопления. Адекватность имитационной модели проверяли на реальном технологическом объекте - регулируемой трубопроводной системе отопления. Проверка показала, что имитационная модель обладает удовлетворительной сходимостью результатов с лабораторными исследованиями.
Внедрение системы регулируемых трубопроводных систем отопления, по результатам имитационного моделирования, позволило повысить эффективность энергосбережения на величину порядка 6-7% .
По результатам испытаний новые системы регулируемых трубопроводных систем отопления внедрены в ООО ФГПУ "ЖКХ КНЦ СО РАН"и учебном процессе кафедры «Инженерные системы зданий и сооружений». Комиссией ООО ФГПУ "ЖКХ КНЦ СО РАН"составлен акт приемки регулируемых трубопроводных систем отопления. По теме научной работы автором разработаны методические указания для студентов по дисциплинам теплоснабжения зданий и сооружений.