Проведение полного факторного эксперимента системы «гидроаккумулятор»

ВВЕДЕНИЕ 3
1 Построение модели «Черный ящик» системы «гидроаккумулятор» 5
1.1 Теоретическое пояснение 5
1.2 Система гидроаккумулятор 7
2 Проведение полного факторного эксперимента системы «гидроаккумулятор» 12
3 Проведение статистической обработки экспериментальных данных эксплуатационных свойств производственных ресурсов 25
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 17

Весь текст будет доступен после покупки

Современная энергетика представляет собой крупную высокоразвитую отрасль народного хозяйства. Являясь основой развития всех базовых отраслей промышленности, она в значительной степени определяет научно-технический прогресс. Именно поэтому во всех промышленно развитых странах энергетика развивается опережающими темпами. Перед энергетикой нашей страны поставлена задача устойчивого и бесперебойного снабжения промышленности страны энергией, в первую очередь - электрической. В связи с этим большие задачи стоят и перед теплоэнергетикой, занимающейся преобразованием тепловой энергии в другие виды энергии, главным образом в электрическую и механическую.
Сегодня энергетика стоит на пороге кардинальных изменений. Внедрение современных IT-технологий (большие данные, интернет вещей) открывают перед отраслью новые возможности по оптимизации систем электроснабжения.
Цифровизация сети - это не дань моде, а требование сегодняшнего дня, обусловленное в том числе распространением в мире распределенной генерации, созданием микросетей, развитием накопителей электроэнергии и возобновляемых источников энергии, которые потребитель уже может устанавливать у себя и даже становиться производителем электроэнергии. Энергетический комплекс должен быть готов к происходящим изменениям: необходимо повысить свою эффективность и надежность существующих элементов системы, объектов генерации, передачи, потребления и отвечать всем будущим требованиям потребителя.
Решение этих грандиозных задач энергетики связано с преодолением ряда технических трудностей» требующих всестороннего научного исследования ряда проблем, которые решаются учеными-теплоэнергетиками в настоящее время и которые предстоит им решить в ближайшем будущем.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Построение модели «Черный ящик» системы гидроаккумулятор

1.1 Теоретическое пояснение

Модель есть отображение свойств какого-либо объекта при его изучении. При моделировании свойства одного объекта переносятся на другой таким образом, чтобы взаимосвязь свойств модели и свойств изучаемого объекта была аналогичной. Отображения объектов называются моделями, а процесс их создания – моделированием.
Модель «черный ящик» – это система, в которой внешнему наблюдателю доступны лишь входные и выходные величины, а структура и внутренние процессы не известны. Любая вещь, любой предмет, любое явление, любой познаваемый объект – всегда первоначально выступает как «черный ящик». Название модели «черный ящик» образно подчеркивает полное отсутствие сведений о внутреннем содержании «ящика»: в этой модели задаются, фиксируются, перечисляются только входные и выходные связи системы со средой (обычно не описываются даже «стенки ящика», то есть границы между системой и средой, они лишь подразумеваются, признаются существующими).
Другими словами в качестве исходного действия, необходимого для составления модели абсолютно любой системы, выступает отделение объекта от окружающей его среды. Эта простейшая операция отражает два важнейших свойства: обособленность и целостность предмета. Объектом исследования является некий объект, содержимое которого неизвестно.
Для того, чтобы модель «черного ящика» была максимально формализована задаются выходы и входы так как любая система поддерживает с окружающей средой определенные связи. С их помощью происходит взаимное воздействие объекта и условий, в которых он находится. В результате исследователь приходит к заданию 2 множеств Y и Х выходных и входных переменных. При этом никакие отношения между ними на данном этапе не фиксируются. В противном случае получится модель прозрачного, а не «черного ящика».
Графическая модель типа «черный ящик» отображает только связи системы со средой, в виде перечня «входов» и «выходов» (рисунок 1).

Рисунок 1 – Графическая модель «черного ящика»
Во многих случаях эксплуатации системы достаточно содержательного словесного описания входов и выходов; тогда модель «черного ящика» является просто их списком. Например, бытовая модель телевизора такова: входы – шнур электропитания, антенна, ручки управления и настройки; выходы – экран кинескопа и звуковые динамики. В других случаях требуется количественное описание некоторых или всех входов и выходов.
Проблема построения модели типа «черный ящик» заключается в правильном определении цели исследуемой системы. Цель – это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему. Вся последующая деятельность, способствующая решению этой проблемы, направлена на достижение поставленной цели, то есть это работа по созданию системы.
Приведем несколько упрощенных примеров систем, предназначенных для реализации определенных целей (см. таблицу 1).
Таблица 1 – Системы и их цели
Цель Система
В произвольный момент указать время Часы
Обеспечить выпечку хлеба в заданном ассортименте для большого количества людей
Пекарня
Передать зрительную и звуковую информацию на большое расстояние практически мгновенно
Телевидение
Обеспечить перемещение людей в городе Городской транспорт

Сложность построения модели «черный ящик» заключается в множественности входов и выходов. Главной причиной множественности входов и выходов в модели «черного ящика» является то, что всякая реальная система, как и любой объект, взаимодействует с объектами окружающей среды неограниченным числом способов. Строя модель системы, из этого бесчисленного множества связей отбирается конечное их число для включения в список входов и выходов. Критерием отбора при этом является целевое назначение модели, существенность той или иной связи по отношению к этой цели. То, что существенно, важно – включается в модель, то, что несущественно, неважно – не включается. Реальная система неизбежно вступает во взаимодействия со всеми объектами окружающей среды, поэтому важно как можно раньше, лучше всего еще на стадии построения (проектирования) модели, учесть все наиболее важное.
Таким образом, модель непрозрачного (черного) ящика считается самой простой в системологии. Между тем, при ее создании зачастую возникают разнообразные сложности. Они обуславливаются главным образом многообразием возможных вариантов установления связей между объектом и средой, в которой он расположен. Поэтому необходимо учитывать разнообразные факторы, четко определять конечные и дополнительные цели, так как это крайне важно для получения запланированных результатов наблюдения. Более того, зачастую модель «черного ящика» является не только весьма полезной, но и единственно доступной для использования при множестве проводимых исследований.
1.2 Система гидроаккумулятор
Таблица 2 - Варианты систем для выполнения контрольной работы:
№ Варианта Объект исследования
10 гидроаккумулятор


Гидроаккумулятор — сосуд, работающий под давлением, который позволяет накапливать энергию сжатого газа или пружины и передавать её в гидросистему потоком жидкости, находящейся под давлением.
Гидроаккумулятор состоит из:
металлического корпуса;
внутренней мембраны;
ниппеля;
патрубка для воды.
Мембрана разделяет емкость на две части, одна предназначена для воды, а во вторую подкачивают воздух или инертный газ. В результате жидкость внутри устройства находится под определенным давлением. Это позволяет регулировать напор воды в системе.
Его устанавливают в системе после насоса на наружном или внутреннем водопроводе, конкретная схема зависит от характеристик системы. Вода поступает в емкость и накапливается там, при этом благодаря мембране внутри создается давление, необходимое для нормальной эксплуатации автономного водоснабжения с безотказной подачей воды в краны.
Классификация гидроаккумуляторов по способу накопления энергии
• гидроаккумуляторы с механическим накопителем;
• гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем.
Ввиду ряда недостатков гидроаккумуляторы с механическим накоплением энергии не получили широкого распространения и имеют ограниченное применение. Наиболее широкое применение на практике во всём мире получили пневмогидравлические аккумуляторы.
Гидроаккумуляторы с механическим накопителем
Классификация гидроаккумуляторов с механическим накопителемгрузовые гидроаккумуляторы;
• пружинные гидроаккумуляторы.
В грузовых гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт потенциальной энергии находящегося на определённой высоте груза.
В пружинных гидроаккумуляторах накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт механической энергии сжатой пружины.
Гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем
В пневмогидравлических аккумуляторах (пневмогидроаккумуляторах) накопление энергии гидравлической жидкости и её возврат в систему происходит за счёт энергии сжатого газа (обычно азота или сжатого воздуха). Для предотвращения попадания воздуха в жидкостную магистраль могут применяться плавающий поршень, мембрана или поплавковый механизм.
Процесс сжатия и расширения газа в пневмогидроаккумуляторе является политропным процессом. Для модели идеального газа справедлива зависимость:
Причём, интервал времени, за который происходит процесс, учитывает показатель политропы . Медленно протекающие процессы расширения и сжатия газа близки к изотермическому с показателем политропы . Быстрому расширению и сжатию газа близок адиабатный процесс, поэтому показатель политропы принимается .
При давлении выше 200 бар поведение реального газа отличается от поведения модели идеального газа и, если его не учитывать, то при расчётах получается заниженное значение объёма гидроаккумулятора. В этом случае необходимо ввести корректирующий коэффициент, учитывающий это несоответствие.
При практическом применении зависимость давления от объёма газа может быть снижена за счёт увеличения газовой полости путём присоединения дополнительного объёма.
При малом изменении давления в жидкостной полости гидроаккумулятора газ сжимается незначительно. В этом случае для поддержания давления в узком диапазоне изменяемый объём гидроаккумулятора может оказаться недостаточным для рабочего процесса. Для того, чтобы изменение объёма в меньшей степени влияло на изменение давления, газовую полость гидроаккумулятора увеличивают посредством подключения к ней дополнительного ресивера. В этом случае объём газовой полости складывается из объёма ресивера и изменяемого объёма гидроаккумулятора.
Применение
Экономически целесообразно применять гидроаккумуляторы в системах с эпизодическими пиками потребляемого расхода, которые значительно превышают средний расход жидкости в гидросистеме. Установленная мощность гидропривода при этом может быть уменьшена в полтора-два раза, а потребление энергии такой системой можно снизить более, чем на 50 %.
Различные по конструкции (поршневые, баллонные, мембранные, сильфонные) и назначению пневмогидроаккумуляторы позволяют получить решения для многих задач, таких как:
аккумулирование гидравлической энергии;
питание системы в нештатных и аварийных ситуациях;
уравновешивание сил и нагрузок;
компенсация утечек;
компенсация объёмов рабочей жидкости;
демпфирование пульсации поршневых насосов;
демпфирование пульсаций в напорных и всасывающих магистралях;
демпфирование пульсации при работе топливных насосов высокого давления дизельных двигателей;
гашение гидроударов;
распределение смазочных материалов под давлением;
увеличение срока службы насосов.

Основная цель:
поддерживать поток жидкости под необходимым давлением в гидросистеме.
Дополнительные цели:
гасить гидроудары в системе;
уменьшение пульсаций в гидросистеме;
минимальные проблемы при использовании;
питать гидросистему в нештатных ситуациях.
Существенные связи системы с объектами окружающей среды:
человек;
вода;
воздух.
Существенные входы и выходы системы:
Входы:
– давление воздуха которое действует на мембрану;
– вода;
– воздух;
– объем гидроаккумутора;
– давление включения насоса;
– давление выключения насоса;
– стабильное напряжение электропитающей сети.
Выходы:
– давление которое создает мембрана на жидкость;
– стабильность работы в гидросистеме;
– аккумулирование гидравлической энергии;
– питание системы в нештатных и аварийных ситуациях;
– уравновешивание сил и нагрузок.
Нежелательные входы и выходы системы
Входы:
– параметры окружающей среды;
–механические повреждения;
–перебои в сети;
–неправильный расчет сил и нагрузок;
– неправильная эксплуатация.
Выходы:
–аварийная ситуация в гидросистеме;
–выход из строя гидроаккумулятора.


Рисунок 1 – Графическая модель «черного ящика»

Пары зависимостей процесса и факторы:
Давление воздуха, которое действует на мембрану – давление которая мембрана создает на жидкость.
Объем гидроаккумулятора – уравновешивание сил и нагрузок.

Факторы влияния на процесс без учета их взаимодействия:
Стабильность электрической сети
Количество потребителей.

Подбор гидроаккумулятора
Расчет необходимого объема производится по следующей формуле:

V_t=16.5•Q_max/A•(P_s•P_a)/(P_s-P_a )•1/P_p
Vt-объем гидроаккумулятора (л);
Qmax- максимальное значение потребляемого расхода воды (л/мин);
A- количество допустимых включений насоса в час;
Pa- давление включения насоса (бар);
Ps- давление выключения насоса (бар);
Pp- предварительное давление воздуха в гидроаккумуляторе
(Pa - (0.2 - 0.3)) (бар).

Qmax рассчитывается, как сумма расходов воды через максимальное
количество одновременно открытых точек водоразбора.
Qmax=Q1+Q2+…+Qn
где Q1, Q2, Qn - значение расхода воды через конкретный сантехнический
прибор.

Например, если Qmax = 30 л/мин, A = 20, Ps = 2.8 бар, Pa = 1.4 бар,
Pp = 1.1 бар, то объем гидроаккумулятора:

Весь текст будет доступен после покупки

1. Акопов, А.С. Имитационное моделирование: Учебник и практикум для академического бакалавриата / А.С. Акопов. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 389 c.
2. Алпатов, Ю.Н. Математическое моделирование производственных процессов: Учебное пособие / Ю.Н. Алпатов. - СПб.: Лань, 2018. - 136 c.
3. Афонин, В.В. Моделирование систем: учебно-практическое пособие / В.В. Афонин, С.А. Федосин. - М.: Интуит, 2016. - 231 c.
4. Анчарова, Т.В. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений / Т.В. Анчарова, Е.Д. Стебунова, М.А. Рашевская. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 416 c.
5. Анчарова, Т.В. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений: Учебник / Т.В. Анчарова, М.А. Рашевская, Е.Д. Стебунова. - М.: Форум, 2018. - 192 c.

Весь текст будет доступен после покупки