Диссертация (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов), страница 14

4.27) проводились в соответствии с анализомформулы (4.4) и ее компонентов, а также с теоретическими подходами, описанными вначале раздела 4.5.В оптимизационных расчетах (этап 1) были сделаны некоторые упрощения. Вчастности, в качестве рабочего тела был выбран атмосферный воздух на всех участкахустановки. Задача, касающеяся ТФ – моделирования теплофизических свойств Rвоздуха,решаетсянамиспомощьюдвухресурсов:Res–OI–Air_3.1(R,Y,( http://klm),key(def)) и Res – OI – Air_3.2(R,Y,( http://klm),key(def)).Последний позволяет вычислять свойств R воздуха при температурах до 2000 K ивысоких давлениях (до 10 МПа).84Нами принято, что при модернизации осуществляется охлаждение газовыхтурбин.

Учет такого охлаждения в модели ГТУ (вариант 4.3) производился всоответствии с методикой, описанной в [5].В соответствии с «Методикой оптимизационных расчетов» данный расчет должендоставить результаты X = (Z,R,Y) в виде искомых значений критериев Z и другиххарактеристик; эти результаты X = (Z,R,Y) должны:а) отражать поведение ряда целевых функций COP(Y) = Z на изолиниях привариации параметров Y в заданных интервалах ΔY,б) давать возможность находить точки, в которых функция COP(Y) = Z имеетмаксимум на изолиниях, то есть в них выполняется условие COPopt = Z = Zmaxприоптимальном значении параметра Yopt.Как отмечалось в методической части, нами привлечены «символьныеинструменты», помощью которых была запрограммирована целевая функция Z2(Y),представляющая собой COP = ηi установки ГТУ (вариант 4.3) и имеющая формуMathcad – функции Z2(Y2, Y3, Y4 , Y5 , Y6 , Y7). На рис.

ПБ1 (Приложение Б) показаноMathcad – поле, которое входит в OI – ресурс применительно к установке ГТУ(вариант 4.3). Здесь видна начальная часть Mathcad - функции Z2(Y2, Y3, Y4 , Y5 , Y6 , Y7) ввиде (4.5), записанной для температуры 1400 оС.Наряду с функцией Z2(Y) были запрограммированы производные дZ2(Yi) / дYi,которые позволяют определить положение максимов целевой функции в заданныхграничных условиях, здесь i – индекс аргументов, который лежит в интервале 2 … 7.Mathcad – функция для критерия Z2(Y2, Y3, Y4 , Y5 , Y6 , Y7) и Mathcad – функция дляпроизводной дZ2(Yi) / дYi в символьной форме при температуре 1400 оС имеют вид:,.(4.5)Были выполнены следующие пункты исследования.1.СформированOI–алгоритмввидеAlgor–OI–GTU_4.3.1(Z, R, Y, (http://klm), key(def)), здесь в имени алгоритма:а) GTU_4.3 – имя, указывающее на установку ГТУ (вариант 4.3);б) 1 – номер алгоритма, используемого в расчетах (этап 1) для ГТУ (вариант 4.3);в)расшифровкаостальныхобозначенийвыбранным в ГТУ (вариант 4.1).85являетсяаналогичнойименам,2.

Написана программа Code - GTU_4.3.1(Z,R,Y), предназначенная для расчетакритериев Z и свойств R в заданных точках цикла применительно к ГТУ (вариант 4.3).3. Создан ресурс Res - OI – GTU_4.3.1(Z, R, U, (http://klm),key(def)) и размещен насервере BS, здесь в имени ресурса U = (t3Г, πк …) - входные данные.На основе упомянутой «Методики оптимизационных расчетов» и с помощьюуказанного OI – алгоритма были сделаны оптимизационные расчеты, в которыхвычислялись критерии Z и варьировались граничные параметры Y = (Y2…Y10) взаданном интервале; например, степень сжатия Y3 = πк менялась в интервале 10 … 50 сзаданным шагом.В оптимизационных расчетах (этап 1) были получены результаты X = (Z,R,Y) ввиде искомых значений критериев Z и других характеристик применительно к ГТУ(вариант 4.3).

Также получены численные данные (табл. Б. 4.17) о производной дZ2(Yi)/ дYi , которая определена при аргументе Yi = Y3 = πк. Эти данные позволили определитьположение максимов целевой функции в заданных граничных условиях. Отметим, чтов указанном OI - ресурсе для вычисления свойств R воздуха нами применен ресурсRes - OI - Air_3.1 (R, U, (http://klm),key(def)).На рис. ПБ9 и ПБ12 показаны примеры, в которых получены численные данныео производной дZ2(Yi) / дYi при аргументе Yi = Y3 = πк. На рис.

ПБ12 можно видеть, какиспользуются Mathcad – функции для указанной производной дZ2(Yi) / дYi всимвольной форме (4.5). На этом рисунке приведены Mathcad – функции (4.5) дляизотерм от 1200 до 1700 оС. С помощью данной Mathcad – функции вычисляются истроятся указанные производные на изолиниях (табл. Б. 4.17).Примеры результатов X = (Z,Y) отражены в таблицах (Б.

4.1 … Б. 4.9) играфиках. Выполнен анализ влияния параметров Y на ряд целевых функций COP(Y).Например, рассмотрено влияние температуры рабочего тела Y2 = t 3 Г на величинукритерия Z2 = COP = ηi. Численные данные о целевой функции COP(Y2) рассчитаны винтервале (1200 … 1700) оС. Получены численные данные о целевой функцииCOP(Y3)= Z2(Y3) и выявлены точки Y3 = πк opt на изолиниях, где выполняется условиеCOPopt = Z2 = Z2max (рис. 4.28 - б).Кроме параметров (Y2 = tГ3, Y3 = πк) в качестве граничных условий, используемыхв оптимизации (этап 1), привлечены параметры Y = (Y4 = k – число ступеней сжатия,Y5= πк_i - степень сжатия воздуха перед его промежуточным охлаждением, Y6 = t число ступеней сжатия воздуха, Y7 = πГТ_i - степень расширения газа в газовых86турбинах перед промежуточным подводом теплоты, Y10 = t1Г - температураохлаждающей среды, поступающей из блока охлаждения лопаток турбины).

Указанныепараметры Y связаны с модернизацией ПГУ.Граничные условия Y и входные параметры U, которые включены в OI –алгоритм, созданный для оптимизационных расчетов (этап 1), показаны на рис. 4.26, втом числе, например, внутренний относительный КПД газовой турбины 0i_ГТ,значение которого не вычисляется и выбрано как входной параметр U1 = 88.4 %.НарядускритериемZ 3   comp  l t _ comp q t _ 1Z2сделаноисследованиеследующих(относительная работа сжатия компрессора),критериев:Z 4  li (внутренняяработа), Z5 = lк_1_Д (действительная работа сжатия сжатия компрессора) и другихкритериев.На рис.

4.27 видны формулы MF, выбранные для вычисления критериев Z = (Z2,Z3 = ηt и т. д.), в том числе, например, формула для критерия Z2 =3_ГТУ =  i li. Тамq1же видны результаты X = (Z, Y) в виде искомых значений критериев Z, найденных воптимизационных расчетах (этап 1), в том числе, например, дано значение критерияZ2= 41.61 %.Рис. 4.26. Mathcad – поле, входящее в OI – ресурс применительно к установкеГТУ (вариант 4.3).

Часть, включающая теплосиловую схему, граничные условия Y ивходные данные U для оптимизационных расчетов (этап 1)87Примеры результатов X = (Z, Y), имеющих графическую форму и найденных воптимизационных расчетах (этап 1), приведены на рис. 4.28 - а … 4.35. Значение Z2 =38.6 %, которое относится к рабочему режиму базовой схемы при YРА = (Y2 = t3Г = 1200оС, Y3 = πk = 30), обозначено черной точкой на графике 4.28 - а.На рис.

ПБ9 приведены полученные численные данные о производнойдZ2(Yi) / дYi, которая имеет аргумент Yi = Y3 = πк и записана в виде Mathcad – функции(4.5).На рис. ПБ10 показаны максимальные значения Z2max для ГТУ (вариант 4.3) вдиапазоне изменения πК = 10 … 70 в зависимости от температуры газа t3Г на входетурбину, соответствующие численные данные приведены в табл. Б. 4.14.На рис. ПБ11 (Приложение Б) показана таблица, которая получена воптимизационных вычислениях применительно к установке ГТУ (вариант 4.3) припомощи «инструмента Wizard». В ней представлена некоторая часть выходныхрезультатов Х = (Z2,Y2, Y3, …), которые занесены в Excel – таблицу и показывают, какформируются результаты Х оптимизационных расчетов в настоящей работе.Рис.

4.27. Mathcad – поле OI – ресурса применительно к установке ГТУ (вариант 4.3).Часть, включающая результаты X = (Z, Y) оптимизационных расчетов (этап 1)Анализ результатов (рис. 4.28 - а, табл. Б. 4.1) показывает, что при увеличениипараметров Y2 = t3Г и Y3 = πк целевая функция COP(Y2) = Z2 = ηi меняется существенно:от 33.71 % до 46.05 %, при этом t3Г варьируется в интервале (1200… 1700) оС, а πкменяется в интервале πк = 10… 50.

На рис. 4.28 - а видны локальные максимумы88целевой функции Z2 (Y2) на изолиниях Y2 = t3Г = const, а также глобальный максимумZ2max = 46.05 %.Выявлено, что целевая функция Z2 (Y2) увеличивается от 38.67% до 42.69 %, еслиt3Г варьируется в интервале (1200… 1500) оС; указанный эффект составляет ∆Z2 = 4.02% , при этом параметр πк отвечает условию Y3 = πк = 30.Отметим, что в указанных граничных условиях критерий Z3 = ηt уменьшается от57.82 % до 55.27 % (рис. 4.28 - б) при увеличении температуры Y2 = t3Г в интервале(1200… 1700) оС при Y3 = πк = 30; эффект уменьшения критерия Z3 составляет ∆Z3 =-2.55%.Выявлено, что критерий Z4 =comp  lt _ comp qt _ 1уменьшается от 56.0 %до 32.34% при увеличении температуры t3Г в интервале (1200 … 1700) оС при Y3 = πк=30 (рис.

4.28 - в); эффект уменьшения критерия Z4 составляет ∆Z4 = -23.66%.Рис. 4.28 - а. Результаты X = (Z,Y) оптимизационных расчетов (этап 1) дляГТУ (вариант 4.3). Зависимость критерия Z2 = ηi от параметров Y2 = t3Г и Y3 = πк,которые получены с помощью ресурсовRes - OI – GTU_4.3.1(Z, R, U, (http://klm),key(def)) иRes - OI - Air_3.1 (R, U, (http://klm),key(def))Y4 = k = 1, Y5 = π k_i = 1, Y6= t = 1, Y7 = πГТ_i = 1, Y10 = t1Г =30 оС89В итоге указанный эффект увеличения критерия Z2 (∆Z2 = 4.02 %) объясняетсяследующим: в соответствиии с формулой (4.4) вклад, связанный с уменьшениемкритерия Z4 = φcomp = lt_comp ∕qt_l, является большим, чем вклад, связанный суменьшением критерия Z3 = ηt .Рис.

4.28 - б. Результаты X = (Z,Y) оптимизационных расчетов (этап 1) для ГТУ(вариант 4.3). Зависимость критерия Z3 = ηt от параметра Y2 = t3Г и Y3 = πкРис. 4.28 - в. Результаты X = (Z,Y) оптимизационных расчетов (этап 1) для ГТУ(вариант 4.3). Зависимость критериев Z4 = comp lt _ compqt _ 1от параметра Y2 = t3Г иY3 = πкУстановлено, что при вариации параметра Y3 = πк и фиксированном значениитемпературы t3Г целевая функция COP(Y3) = Z2 = ηi имеет максимум, то естьвыполняется условие COPopt = Z2 = Z2max (рис. 4.28 - б) при Y3 = πк opt.90Это объясняется тем, что при увеличении πк происходят следующие эффекты:а) увеличивается критерий Z3 = ηt (рис.