Szivattyú indítási folyamatok problémája több betáplálású távhőhálózatokban

Bevezetés, motiváció

Állandósult állapot számítása

Átmeneti (tranziens) állapot számítása

Összefoglalás és kitekintés

Szivattyú indítási folyamatok problémája ˝ több betáplálású távhohálózatokban Dr. Halász Gábor1

˝ Csaba2 Dr. Hos

1 Egyetemi tanár, [email protected] Budapesti Muszaki ˝ és Gazdaságtudományi Egyetem (BME)

Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék (HDS Tsz.) www.hds.bme.hu 2 Egyetemi adjunktus, [email protected] BME, HDS Tsz.

21. Távho˝ Vándorgyulés, ˝ Szeged, 2008




Áttekintés

1


2

Állandósult (stacionárius) állapot számítása Célkituzés ˝ Modellezés Alkalmazási példa

3

Átmeneti (tranziens) állapot számítása Célkituzés ˝ A számítási módszer dióhéjban Alkalmazási példák

4












Cél: Adott hálózat hidraulikai és ˝ kalorikus jellemzoinek meghatározása. ˝ A számítás lehet idoben állandósult (stacionárius) vagy ˝ idoben változó (tranziens).






Cél: Adott hálózat hidraulikai és ˝ kalorikus jellemzoinek meghatározása. ˝ A számítás lehet idoben állandósult (stacionárius) vagy ˝ idoben változó (tranziens). Ismeretlenek: Csomóponti nyomások, p [bar ] ˙ [kg/s] Ágáramok, m ˝ Homérsékletek ágak elején és végén, T [o C]






Stacionárius állapot számítása

Feltételezés: ˝ A hálózat muködése ˝ egyenletes, nincsenek idofügg o˝ jelenségek, mennyiségek.





Stacionárius állapot számítása

Feltételezés: ˝ A hálózat muködése ˝ egyenletes, nincsenek idofügg o˝ jelenségek, mennyiségek. Tipikus feladatok: Hálózat hidraulikai/kalorikus vizsgálata (nyomások, ˝ tömegáramok, homérsékletek). ˝ Bovítések, átalakítások hatása. Szivattyú választás. ˝ Ivóvízhálózatok esetén vízminoségi kérdések (pl. ˝ klórkoncentráció eloszlása). tartózkodási ido, Optimálizálás (legalacsonyabb költségu˝ üzemvitel).





Matematikai modell

˝ Építoelemek: Az ágak muködésük ˝ szerint lehetnek hidraulikus vagy kalorikus ágak.





Matematikai modell

˝ Építoelemek: Az ágak muködésük ˝ szerint lehetnek hidraulikus vagy kalorikus ágak. Hidraulikus ágak: távvezeték csövei, keringeto˝ szivattyúk, fojtások, stb. ˙ de Muködésüket ˝ a hidraulikus ágegyenlet írja le: pe − pv = f (m), Te = Tv .





Matematikai modell

˝ Építoelemek: Az ágak muködésük ˝ szerint lehetnek hidraulikus vagy kalorikus ágak. Hidraulikus ágak: távvezeték csövei, keringeto˝ szivattyúk, fojtások, stb. ˙ de Muködésüket ˝ a hidraulikus ágegyenlet írja le: pe − pv = f (m), Te = Tv . ˝ (pl. kazánok) és a hoközpontok ˝ Kalorikus ágak: a melegvíz-termelok ˝ ˝ (fogyasztók). Az ág muködését hocserél oi ˝ hidraulikus (ld. fent) és ˙ Te , Tv )). kalorikus ágegyenlet írja le (utóbbi alakja Pkal. = f (m,





Matematikai modell

˝ Építoelemek: Az ágak muködésük ˝ szerint lehetnek hidraulikus vagy kalorikus ágak. Hidraulikus ágak: távvezeték csövei, keringeto˝ szivattyúk, fojtások, stb. ˙ de Muködésüket ˝ a hidraulikus ágegyenlet írja le: pe − pv = f (m), Te = Tv . ˝ (pl. kazánok) és a hoközpontok ˝ Kalorikus ágak: a melegvíz-termelok ˝ ˝ (fogyasztók). Az ág muködését hocserél oi ˝ hidraulikus (ld. fent) és ˙ Te , Tv )). kalorikus ágegyenlet írja le (utóbbi alakja Pkal. = f (m, Csomópontok: tömegmegmaradás és kalorikus egyensúly





Matematikai modell

˝ Építoelemek: Az ágak muködésük ˝ szerint lehetnek hidraulikus vagy kalorikus ágak. Hidraulikus ágak: távvezeték csövei, keringeto˝ szivattyúk, fojtások, stb. ˙ de Muködésüket ˝ a hidraulikus ágegyenlet írja le: pe − pv = f (m), Te = Tv . ˝ (pl. kazánok) és a hoközpontok ˝ Kalorikus ágak: a melegvíz-termelok ˝ ˝ (fogyasztók). Az ág muködését hocserél oi ˝ hidraulikus (ld. fent) és ˙ Te , Tv )). kalorikus ágegyenlet írja le (utóbbi alakja Pkal. = f (m, Csomópontok: tömegmegmaradás és kalorikus egyensúly Megoldás: Egyenletek száma = Ismeretlenek száma Az egyenletek nemlineárisak, megoldásuk iteratív módon történik. ˝ Pl. egy nagyváros távhoszolgáltató hálózatának leírására felállított ˝ 85 kalorikus és 190 modell adatai: 175 csomópont; 275 ág (ebbol hidraulikus). Az ismeretlenek száma 808.




Példa

Kazán Nyugat

Kelet

Belváros






Példa ˝ kalorikus Adatok: D, L, λ, szivattyú jelleggörbe, ellenállástényezok, teljesítmények

153.5MW 64.1MW

70.3MW

19.1MW

Kazán Nyugat

Kelet

Belváros





Példa ˝ kalorikus Adatok: D, L, λ, szivattyú jelleggörbe, ellenállástényezok, teljesítmények Eredmények: tömegáramok

123kg/s 324kg/s

356kg/s 153.5MW

64.1MW

70.3MW

19.1MW

Kazán Kelet 803kg/s

Nyugat

Belváros





Példa ˝ kalorikus Adatok: D, L, λ, szivattyú jelleggörbe, ellenállástényezok, teljesítmények Eredmények: tömegáramok ˝ Eredmények: homérsékletek

123kg/s 110.5C 356kg/s 110.5C

324kg/s 110.5C

153.5MW 64.1MW

70.3MW

19.1MW

Kazán Kelet 803kg/s

Nyugat 65.0C 63.5C

73.5C 63.5C

Belváros





Példa ˝ kalorikus Adatok: D, L, λ, szivattyú jelleggörbe, ellenállástényezok, teljesítmények Eredmények: tömegáramok ˝ Eredmények: homérsékletek Eredmények: nyomások 123kg/s 110.5C 356kg/s 110.5C

324kg/s 110.5C 5.52bar 64.1MW

153.5MW

5.6bar

5.38bar 70.3MW

5.42bar 19.1MW

Kelet

Belváros

Kazán 803kg/s

Nyugat

15bar

65.0C 63.5C 73.5C

63.5C 5bar




Tranziens állapot számítása

Cél: ˝ ˝ számítása, tipikusan veszélyes Idoben változó jellemzok ˝ nyomáscsúcsok elorejelzése.






Tranziens állapot számítása

Cél: ˝ ˝ számítása, tipikusan veszélyes Idoben változó jellemzok ˝ nyomáscsúcsok elorejelzése. Jellemzo˝ feladatok: Szivattyú indítás (direkt vagy frekvenciaváltó) Szivattyú kiesés ˝ Csotörés Lengésvédelmi berendezések (légüst, légbeszívó szelep) méretezése




Rugalmas csövek és merev alrendszerek L=556 m, T=0.46 s L=1191 m, T=1 m/s

L=272 m, T=0.23 s

Kazán Nyugat

Kelet

Belváros

A hullámterjedés sebessége vízben 800-1400 m/s






L=272 m, T=0.23 s

Kazán Nyugat

Kelet

Belváros

A hullámterjedés sebessége vízben 800-1400 m/s A nyomáshullámok a gépházakon elhanyagolható ido˝ alatt végigvonulnak.







L=272 m, T=0.23 s

Kazán Nyugat

Kelet

Belváros

A hullámterjedés sebessége vízben 800-1400 m/s A nyomáshullámok a gépházakon elhanyagolható ido˝ alatt végigvonulnak. ˝ A hosszú csöveken (távvezetékek) esetén ez az idotartam már néhány másodperc is lehet.






L=272 m, T=0.23 s

Kazán Nyugat

Kelet

Belváros

A hullámterjedés sebessége vízben 800-1400 m/s A nyomáshullámok a gépházakon elhanyagolható ido˝ alatt végigvonulnak. ˝ A hosszú csöveken (távvezetékek) esetén ez az idotartam már néhány másodperc is lehet. A rendszert felosztjuk merev alrendszerekre és rugalmas csövekre.





Rugalmas csövek és merev alrendszerek

A hullámterjedés sebessége vízben 800-1400 m/s A nyomáshullámok a gépházakon elhanyagolható ido˝ alatt végigvonulnak. ˝ A hosszú csöveken (távvezetékek) esetén ez az idotartam már néhány másodperc is lehet. A rendszert felosztjuk merev alrendszerekre és rugalmas csövekre. Merev alrendszerek: az elemeket dinamikusan, de koncentrált paraméterekkel modellezzük (KDE). Példa: szivattyú θm.+sz.

d(2πnsz ) Psz = Mmotor (nm ) − dt 2πnsz








Rugalmas csövek: elosztott paraméteru˝ modellek (PDE)








Rugalmas csövek: elosztott paraméteru˝ modellek (PDE) A kalorikus tranzienseket elhanyagoljuk, ezek lényegesen lassabban mennek végbe.





Szivattyú kiesés áramszünet miatt ˝ Állandósult állapot kifutás elott

243

77

kg/

s

K.

453

s kg/

453 K.

kg/

s =>

<= 376 kg/s

<=

g/s

k 77

kg/s =

>

77 kg/s =>

<= 77 kg/s 453 kg/s =>

<= 453 kg/s

243

=> K.

kg/

s =>

<=

<= 243 kg/s

<=

s

130/70C, 42MW

<= 376 kg/s

kg/

166 kg/s =>

243

<= 243 kg/s

<=

130/70C, 228MW

166 kg/s =>

130/70C, 42MW

243

s

kg/





Szivattyú kiesés áramszünet miatt ˝ és kifutás után Állandósult állapot kifutás elott

243 86 k kg/s => g/s = >

K.

0 453 kg/s kg/ s =>

77 kg/s => <= 82 kg/s

130/70C, 42MW s kg/ > 82 <= kg/s = 77

453 kg/s => 0 kg/s

<= 453 kg/s 0 kg/s

<= 77 kg/s 82 kg/s =>

K.

86 243 kg/s = kg/ > s =>

s kg/ 243 /s <= 86 kg <=

<= 243 kg/s <= 86 kg/s

K.

g/s 0 k kg/s 453 <=

166 kg/s => 168 kg/s =>

130/70C, 228MW

82 <= kg/s = 77 kg/ > s

<= 82 kg/s <= 376 kg/s

168 kg/s => 166 kg/s =>

<= 86 kg/s <= 243 kg/s

s kg/ /s 86 g <= 243 k = <

<= 376 kg/s <= 82 kg/s

130/70C, 42MW






243 86 k kg/s => g/s = >

<= 82 kg/s <= 376 kg/s

K.

0 453 kg/s kg/ s =>

77 kg/s => <= 82 kg/s

További kérdések:

130/70C, 42MW s kg/ > 82 <= kg/s = 77

453 kg/s => 0 kg/s

<= 453 kg/s 0 kg/s

<= 77 kg/s 82 kg/s =>

K.

86 243 kg/s = kg/ > s =>

s kg/ 243 /s <= 86 kg <=

<= 243 kg/s <= 86 kg/s

K.

g/s 0 k kg/s 453 <=

166 kg/s => 168 kg/s =>

130/70C, 228MW

82 <= kg/s = 77 kg/ > s

168 kg/s => 166 kg/s =>

<= 86 kg/s <= 243 kg/s

s kg/ /s 86 g <= 243 k = <

<= 376 kg/s <= 82 kg/s

130/70C, 42MW






243 86 k kg/s => g/s = >

<= 82 kg/s <= 376 kg/s

K.

0 453 kg/s kg/ s =>

77 kg/s => <= 82 kg/s

130/70C, 42MW s kg/ > 82 <= kg/s = 77

453 kg/s => 0 kg/s

<= 453 kg/s 0 kg/s

<= 77 kg/s 82 kg/s =>

K.

86 243 kg/s = kg/ > s =>

s kg/ 243 /s <= 86 kg <=

További kérdések: Mennyi ido˝ alatt áll meg a szivattyú és mennyi ido˝ kell a tranziens csillapodásához (az új stacionárius állapot beálltához)?

<= 243 kg/s <= 86 kg/s

K.

g/s 0 k kg/s 453 <=

166 kg/s => 168 kg/s =>

130/70C, 228MW

82 <= kg/s = 77 kg/ > s

168 kg/s => 166 kg/s =>

<= 86 kg/s <= 243 kg/s

s kg/ /s 86 g <= 243 k = <

<= 376 kg/s <= 82 kg/s

130/70C, 42MW






243 86 k kg/s => g/s = >

<= 82 kg/s <= 376 kg/s

K.

0 453 kg/s kg/ s =>

77 kg/s => <= 82 kg/s

130/70C, 42MW s kg/ > 82 <= kg/s = 77

453 kg/s => 0 kg/s

<= 453 kg/s 0 kg/s

<= 77 kg/s 82 kg/s =>

K.

86 243 kg/s = kg/ > s =>

s kg/ 243 /s <= 86 kg <=

További kérdések: Mennyi ido˝ alatt áll meg a szivattyú és mennyi ido˝ kell a tranziens csillapodásához (az új stacionárius állapot beálltához)? Mekkorák lesznek a maximális nyomáscsúcsok?

<= 243 kg/s <= 86 kg/s

K.

g/s 0 k kg/s 453 <=

166 kg/s => 168 kg/s =>

130/70C, 228MW

82 <= kg/s = 77 kg/ > s

168 kg/s => 166 kg/s =>

<= 86 kg/s <= 243 kg/s

s kg/ /s 86 g <= 243 k = <

<= 376 kg/s <= 82 kg/s

130/70C, 42MW






243 86 k kg/s => g/s = >

<= 82 kg/s <= 376 kg/s

K.

0 453 kg/s kg/ s =>

77 kg/s => <= 82 kg/s

130/70C, 42MW s kg/ > 82 <= kg/s = 77

453 kg/s => 0 kg/s

<= 453 kg/s 0 kg/s

<= 77 kg/s 82 kg/s =>

K.

86 243 kg/s = kg/ > s =>

s kg/ 243 /s <= 86 kg <=

További kérdések: Mennyi ido˝ alatt áll meg a szivattyú és mennyi ido˝ kell a tranziens csillapodásához (az új stacionárius állapot beálltához)? Mekkorák lesznek a maximális nyomáscsúcsok? Elszakad-e a folyadékszál (minimális nyomás eléri-e a telített ˝ goznyomást)?

<= 243 kg/s <= 86 kg/s

K.

g/s 0 k kg/s 453 <=

166 kg/s => 168 kg/s =>

130/70C, 228MW

82 <= kg/s = 77 kg/ > s

168 kg/s => 166 kg/s =>

<= 86 kg/s <= 243 kg/s

s kg/ /s 86 g <= 243 k = <

<= 376 kg/s <= 82 kg/s

130/70C, 42MW





Szivattyú fordulatszám

A ghKks31 szivattyu fordulatszama (KGephaz merev alrendszer) 1500

n [1/perc]

1000

500

0

100

120

140

160

180

200

t [s]

220

240

260

280

300





Szivattyú tömegáram

Tömegáram a KGephaz merev alrendszer ghKks31 ágában

500

400

m [kg/s]

300

200

100

0

−100

150

200

250

t [s]

300

350





Nyomás a kazán után

Nyomás a KGephaz merev alrendszer ghKki csomópontjában

6

5

4

p [bar]

3

2

1

0

−1

150

200

250

t [s]

300

350





Szivattyú indítása muköd ˝ o˝ rendszerre Frekvenciaváltó: 5mp. alatt 1470/perc-re.

243

77

kg/

s

K.

453

s kg/

453 K.

kg/

s =>

<= 376 kg/s

<=

g/s

k 77

kg/s =

>

77 kg/s =>

<= 77 kg/s 453 kg/s =>

<= 453 kg/s

243

=> K.

kg/

s =>

<=

<= 243 kg/s

<=

s

130/70C, 42MW

<= 376 kg/s

kg/

166 kg/s =>

243

<= 243 kg/s

<=

130/70C, 228MW

166 kg/s =>

130/70C, 42MW

243

s

kg/





Szivattyú tömegáram

Tömegáram a BGephaz merev alrendszer ghBks3 ágában

200

180

160

140

m [kg/s]

120

100

80

60

40

20

0

−20 100

110

120

130

140

t [s]

150

160

170

180





Nyomás a szivattyú nyomócsonkján

Nyomás a BGephaz merev alrendszer ghBki csomópontjában

7.5

7

6.5

p [bar]

6

5.5

5

4.5

4 100

110

120

130

140

t [s]

150

160

170

180






Összefoglalás: A bemutatott módszer segítségével állandósult állapotban a hidraulikus ˝ egyszerre számíthatók. és kalorikus jellemzok Hidraulikus tranziensek esetén (pl. szivattyú kifutás, indítás, stb.) a ˝ ˝ ˝ és a veszélyes állapotok (nyomáscsúcsok, kigozölgés) elorejelezhet ok ˝ lengésvédelem méretezheto. Mindkét programrendszer saját fejlesztésu, ˝ elemkönyvtára tartalmazza ˝ ˝ ˝ a gyakorlatban eloforduló legfontosabb elemeket és könnyen bovíthet o.

Szivattyú indítási folyamatok problémája több betáplálású távhőhálózatokban

Recommend Documents