Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

Transkrypt

1 Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

2 Agenda Wprowadzenie do problemu gospodarki energetycznej Teza Alternatywne (unikatowe) podejście Opis rozwiązania Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

3 Wprowadzenie do problemu gospodarki energetycznej Warunki racjonalnego prowadzenia gospodarki cieplnej Wytwarzanie ciepła Przetwarzanie ciepła na energię mechaniczną i elektryczną Wykorzystanie ciepła do celów technologicznych Limity wynikające z przepisów wyższego rzędu Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 3

4 Przyjmijmy, że możemy rozwiązać problem gospodarki energetycznej w cukrowni (w ograniczonym zakresie) wykorzystując niekonwencjonalne, innowacyjne rozwiązanie z obszaru wymiany energii. Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

5 Alternatywne (unikatowe) podejście Istnieje urządzenie mogące zmieniać kilkukrotnie objętość komory spalania w trakcie trwania procesu spalania Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 5

6 Główne elementy ) Układ korbowo tłokowy 2) Dodatkowy tłok w komorze spalania 3) Pneumatyczna sprężyna akumulacyjna ) Dodatkowy tłok 5) Pneumatyczna sprężyna 6) Tłumik pneumatyczny Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 6

7 3 5 ROZWIĄZANIE. Głowica 2. Dodatkowy tłok 3. Tłoczysko. Zderzak górny 5. Zderzak dolny 2 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 7

8 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 8

9 Karnotyzacja cyklu spalania Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 9

10 Podział na cykle równoważne Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

11 Sprawność obiegu Otto w zależności od stopnia sprężania i c p /c v Sprawność % 8 Obieg Otto Cp/Cv =, Cp/Cv =,375 Cp/Cv =,35 Stopień spręż Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

12 sprawność % Obieg Carnota Δt (K) Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

13 Typowe obiegi teoretyczne dla przyjętej zasady działania silnika ACC P/Pmax P/Pmax OTTO ε=8, OTTO ε=7 SABATHE ε=3-7 OTTO ε=8, V/Vmax V/Vmax P/Pmax P/Pmax PROPONOWANY politropa ε=3-7 PROPONOWANY izoterma ε=3-7 V/Vmax V/Vmax Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 3

14 Sprawność dla przyjętych obiegów teoretycznych Sprawność [ % ] OTTO ε=7 OTTO ε=8, Silnik z PAE (Sabathe) ε=3-7 Silnik z PAE (politropa) ε=3-7 Silnik z PAE (izoterma) ε= Obciążenie % 65 8 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25)

15 Sprawność nowego obiegu w zależności od obciążenia Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 5

16 Bilans energetyczny obiegu teoretycznego silnika ACC Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 6

17 p/p max Porównanie przebiegu rzeczywistego z teoretycznym (względem układu korbowego) V/V max Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 7

18 Rozkład temperatur T K 35 Cycles ACC Cycles Otto crank angle Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 8

19 Wybrane przykłady zarejestrowanych przebiegów ciśnień w cylindrze silnika ACC Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 9

20 6MPa Typowy przebieg ciśnienia z ruchem tłoka w PAE (obieg porównawczy z przemianą politropową) mm crank angle 5 MPa 6 5 objętość całkowita p Parametry: n = 5 obr/min, M s = 28,5 Nm p g =, MPa, p d =,9 MPa, V gmax = 77 cm 3, α przep = 8%. Nowy (politropa) 3 2 V/Vmax,,,2,3,,5,6,7,8,9, V/Vmax Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

21 MPa 6 Typowy przebieg ciśnienia w cylindrze oraz ruch dodatkowego tłoka [ mm ] 2 ACC Laser Crank angle Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

22 MPa 5 Zamknięty przebieg ciśnienia w cylindrze silników ACC i współczesnym (czterozaworowym) z izotermami temperatury maksymalnej. ACC engine Normal engine 3 2,,2,3,,5,6,7,8,9 V/Vmax Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 22

23 Przebieg spalania detonacyjnego przy zablokowanym aktywnej komorze spalania MPa Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 23

24 6 MPa Efekt obniżenia temperatury gazów poprzez działanie aktywnej komory ACC 5 - silnik z ACC (7 ) 2 - silnik odniesienia (8, ) Izoterma temp. =76% temp. max Izoterma temp. max. silnik odniesienia cm 3 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 2

25 Typowy rozkład ciśnienia podczas pracy silnika z max sprawnością układu rekuperacji energii komory aktywnej [ MPa ] 6 [ mm ] [ OWK ] 5 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 25

26 Zmiana ciśnienia przy stałym obciążeniu i różnych prędkościach obrotowych MPa 6 5 silnik ACC (5 obr/min) silnik ACC (286 obr/min) crank angle Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 26

27 Porównanie wykresu pracy z symulacją 6 MPa 5 silnik ACC - symulacja silnik ACC pomiar crank angle 5 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 27

28 Wpływ PAE na amplitudy ciśnień w cylindrze ( cykli) [ MPa ] [ OWK 792 ] [ mm ] [ OWK ] 792 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 28

29 Tło widma pomiaru fotoelektrycznego MPa crank angle 26 Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 29

30 . głowica, 2. PAE tuleja cylindrowa (górny zbiornik), 3. PAE część górnego zbiornika o regulowanej objętości,. PAE napęd mechanizmu zmiany objętości, 5. gaźnikowy system zasilania z układem regulacji kąta obrotu przepustnicy. Slajd nr 3

31 Zalety Wyższa sprawność do 25% przy częściowych obciążeniach (obszar dla testów Euro) Wyższy stopień sprężania do % wzrost sprawności ogólnej średnio o ok. % Niższa temp. maksymalna w silniku przy pełnym obciążeniu do 5% obniża emisyjność a w przyszłości umożliwi zastosowanie quasi-adiabatycznych warstw w komorze spalania Mniejsza wymiana cieplna do % zapewnia wzrost sprawności o ok. % Mniejsze zużycie paliwa na biegu jałowym do 2% Mniejsza wrażliwości silnika na skład chemiczny paliwa Niższa temp. spalin Wielopaliwowość Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 3

32 Zastosowanie Napęd agregatu prądotwórczego na biogaz Wspomagające zasilanie w energie elektryczną przy zmniejszonym zapotrzebowaniu na parę technologiczną w cukrowni? Postęp techniczny w przemyśle cukrowniczym, Zakopane (8-9 maja 25) 32

33