Модернизация компрессорной установки путем замены приводного двигателя
 Скачать 2.18 Mb.
|
|
4. Тепловой расчет ДВС Для анализа совместной работы ПК с ДВС необходимо располагать их характеристиками, т.е. зависимостями расхода воздуха от частоты вращения коленчатого вала двигателя и давления наддува. Поэтому первым этапом проектирования двигателя с ПК является тепловой расчет. Исходные данные: - тип двигателя - четырехтактный, шестицилиндровый,двац V-образный, с турбонаддувом; - Давление надувного воздуха: частота вращения коленчатого вала степень сжатия эффективная мощность кВт; коэффициент избытка воздуха вид топлива - дизельное топливо <Л> ГОСТ 305-82, средний элементарный состав:, Определяем низшую теплоту сгорания топлива Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива Определяем количество свежего заряда Определяем общее количество продуктов сгорания Параметры окружающей среды и остаточные газы. Принимаем атмосферные условия: Принимаем давление надувочного воздуха (в соответствии с заданием) Принимаем показатель политропы сжатия в компрессоре Определяем температуру воздуха за компрессором Определяем давление и температуру остаточных газов Процесс впуска. Принимаем температуру подогрева свежего заряда Определяем плотность заряда на впуске Дж/кг*град - удельная газовая постоянная для воздуха В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент а корость движения заpаряда Определяемпотеридавлениянавпу скевдвигатель пределяемдавлениевко нцевпуска Определяемкоэффициентостат очныхгазов Определяемтемпературувкон цевпуска Определяемкоэффициентнапол нения Процесс cжатия. Определяем показатель адиабаты сжатия k1 вфункции ε иТа, по номограмме Определяем показатель политропы сжатия n1 взависимости от k1, который устанавливается в пределах Определяем давление в конце сжатия Определяем температуру конце сжатия Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (возду-ха) вконце сжатия (без учета влияния остаточных газов) кДж/(кмоль град). Определяемчисломолейостаточн ыхгазов Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания Процесс сгорания. Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сго-рания в дизеле при постоянном давлении, при кДж/(кмоль град). Определяем число молей газов после сгорания Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси кмоль. Принимаем коэффициент использования теплоты количество теплоты, передаваемое газом на участке z zc индикаторной диаграммы при сгорании 1 кг топлива, определится как кДж/кг. Принимаем степень повышения давления в пределах 7 ,1. В дизелях с наддувом для ограничения максимального давления сгорания берутся меньшие значения , чем в дизелях без наддува. температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания. Подставляем имеющиеся значения величин, решаем полученное квадратное уравнение относительно Tz и находим его значение, Определяем давление в конце процесса сгорания Определяем степень предварительного расширения Процесс расирения. Определяем степень последующего расширения Показатель политропы расширения n2 для дизеля определяем по номограмме учитывая, что значение незначительно отличается от значения показателя адиабаты расширения k2. Определение показателя политропы расширения производим следующим образом. По имеющимся значениям и Тz определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки α = 1, получая какое-то значение k2. Далее двигаемся по этой кривой k2 до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения α . Ордината точки пересечения дает искомое значение k2. n2=k2=1,28!!! Определяем давление процесса расширения Определяем давление процесса расширения Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5% для номинального скоростного режима). Индикаторные параметры рабочего цикла дизеля. Определяем среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы МП а Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы МПа Определяем индикаторный КПД Определяем индикаторный удельный расход топлива Эффективные показатели дизеля. Принимаем предварительно среднюю скорость поршня для тракторного дизеля Определяем среднее давление механических потерь Определяем среднее эффективное давление МПа Определяем механический КПД Определяем эффективный КПД Определяем эффективный удельный расход топлива Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя. сходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра Рассчитываем значение в соответствии со стандартным значением диаметра и хода поршня. Определяем диаметр цилиндра Округляем диаметр до мм Определяем ход поршня м м м м Определяем площадь поршня ММ Определяем рабочий обем цилиндра Определяем среднюю скорость поршня Определяем значение расчетной эффективной мощности кВт В ходе исследования получены следующие основные результаты ивыводы: Тепловой расчет показал что значение температуры остаточных газов не превышает 5% для номинального скоростного режима и равна 3.5 %, что соответствует условиям задания. анализа совместной работы поршневого оппозитного компрессора Ariel JGT/4, с двигателем CAT G3520D. 5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение В последние десятилетия основное количество научных разработок связано с инженерной, а не с фундаментальной сферой. Для инженерной разработки очень важным параметром является её коммерческая ценность, которая объединяет в себя множество факторов и позволяет инвесторам оценить перспективность разработки, не углубляясь в её суть. Оценка коммерческой ценности разработки является необходимым условием при поиске источников финансирования. Необходимо понимать, что коммерческая привлекательность научного исследования определяется не только превышением технических параметров над предыдущими разработками, но и тем, насколько быстро разработчик сумеет найти ответы на такие вопросы – будет ли продукт востребован рынком, какова будет его цена, каков бюджет научного проекта, какой срок потребуется для выхода на рынок и т.д. Таким образом, целью раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» является проектирование и создание конкурентоспособных разработок, технологий, отвечающих современным требованиям в области ресурсоэффективности и ресурсосбережения. Достижение цели обеспечивается решением задач: оценить коммерческой потенциал и перспективность проведения научных исследований; Определить возможные альтернативы проведению научных исследований, отвечающих современным требованиям в области. ресурсоэффективности и ресурсосбережения; спланировать научно-исследовательскую работу. 5.1 Потенциальные потребители результатов исследования. Таблица 2 - Продукт: Поршневой компрессор в зависимости от сжимающего элемента для пневматического оборудования. Таблица 8.1 – Карта сегментирования рынка /////// - Проведенное исследование +++ - «Ariel» **** - ООО "Прона" Результаты сегментирования: Основными сегментами рынка являются все размеры компаний для поршневого компрессорного оборудования; Наиболее привлекательными сегментами рынка являются мелкие компании, связанные с применением винтовой компрессорной установки. 5.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения Детальный анализ конкурирующих разработок, существующих на рынке, необходимо проводить систематически, поскольку рынки пребывают в постоянном движении. Такой анализ помогает вносить коррективы в научное Отрасль Нефтегазодобывающие предприятия Машиностроение Нефтегазоперерабатывающие Крупные +++++++++++ ************* ************* Средние ************* +++++++++++ +++++++++++ Мелкие /////////////////// исследование, чтобы успешнее противостоять своим соперникам. Важно реалистично оценить сильные и слабые стороны разработок конкурентов. С этой целью может быть использована вся имеющаяся информация о конкурентных разработках: технические характеристики разработки; конкурентоспособность разработки и т.д. Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения позволяет провести оценку сравнительной эффективности научной разработки и определить направления для ее будущего повышения. Целесообразно проводить данный анализ с помощью оценочной карты. Таблица 3 – Оценочная карта для сравнения конкурентных технических решений (разработок) Критерии оценки Вес критерия Баллы Конкурентоспособность Б ф Б к1 Б к2 К ф К к1 К к2 Технические критерии оценки ресурсоэффективности 1. Эксплуатационные характеристики 0,1 5 3 2 0,5 0,3 0,2 2. Срок службы 0,1 5 3 2 0,5 0,3 0,2 3. Ремонтопригодность 0,1 3 4 2 0,3 0,4 0,2 4. Производительность 0,11 5 4 3 0,55 0,44 0,33 5. Надежность 0,1 4 4 3 0,4 0,4 0,3 6. Простота монтажа 0,09 3 3 4 0,27 0,27 0,36 Экономические критерии оценки эффективности 1. Конкурентоспособность продукта 0,02 3 3 2 0,06 0,06 0,04 2. Уровень проникновения на рынок 0,07 4 4 3 0,28 0,28 0,21 3. Цена 0,08 5 4 3 0,4 0,32 0,24 4. Предполагаемый срок эксплуатации 0,1 4 3 3 0,4 0,3 0,3 5. Обслуживание 0,1 4 5 5 0,4 0,5 0,5 6. Финансирование 0,03 3 3 2 0,09 0,09 0,06 Итого 1 48 43 35 4,15 3,66 2,94 - Б ф – продукт проведенной работы; - Б к1 - «Ariel»; - Б к2 - ООО "Прона". Анализ конкурентных технических решений показал, что целесообразно использовать поршневую компрессорную установку, так как она обладает рядом преимуществ. Наивысший вклад носят такие характеристики как: цена, надёжность, производительность, срок службы и эксплуатационные характеристики. 1. Конкурент 1 – «Ariel» К кс1 =4,15/3,66= 1,13. 2. Конкурент 2 – ООО "Прона" К кс2 =4,15 /2,94= 1,411. В каждом случае предприятие признано конкурентоспособным, т.к. К кс > 1. 5.3 SWOT-анализ SWOT-анализ представляет собой комплексный анализ инженерного проекта. Его применяют для того, чтобы перед организацией или менеджером проекта появилась отчетливая картина, состоящая из лучшей возможной информации и данных, а также сложилось понимание внешних сил, тенденций и подводных камней, в условиях которых научно- исследовательский проект будет реализовываться. В первом этапе обычно описываются сильные и слабые стороны проекта, а также возможности и угрозы для реализации проекта, которые проявились или могут появиться в его внешней среде. Результаты первого этапа SWOT-анализа представлены в табличной форме (таблица 4.3.1). Таблица 4 – Матрица SWOT Сильные стороны научно- исследовательского проекта: С1. Квалифицированный персонал; С2. Высокий срок эксплуатации компрессора; С3.Надежность данного оборудования по сравнению с другими; С4.Определение возможных опасных проявлений при работе компрессора до его производства; С5. Наличие Слабые стороны научно- исследовательского проекта: Сл1. Остановка компрессорной установки в процессе монтажа; Сл2. Уменьшение производительности компрессорной установки; Сл3. Не испытан в работе; Сл4. Сложность сборки оборудования. финансирования компании. Возможнос ти: В1. Использование инновационной инфраструктуры ТПУ; В2. Существование потенциального спроса на данную разработку со стороны газодобывающи х и нефтяных компаний; В3. Развитие технологий в В4. Повышение стоимости конкурентных исследований. Угрозы: У1. Отсутствие спроса на данные исследования; У2. Введения дополнительных государственны х требований к сертификации продукции; У3. Снижение бюджета на исследование, со стороны инвестора; У4. Появление новых конкурентных разработок. После того как сформулированы четыре области SWOT переходим к реализации второго этапа. Второй этап состоит в выявлении соответствия сильных и слабых сторон научно-исследовательского проекта внешним условиям окружающей среды. Это соответствие или несоответствие должны помочь выявить степень необходимости проведения стратегических изменений. Интерактивная матрица проекта представлена в таблице 2, таблице 3, таблице 4, таблице 5 Таблица 5 – Интерактивная матрица возможностей и сильных сторон проекта Сильные стороны проекта Возможности проекта С1 С2 С3 С4 С5 В1 + - - - 0 В2 0 + 0 0 - В3 + + + 0 0 В4 + 0 0 - 0 При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить следующие сильно коррелирующие возможности и сильные стороны проекта: В1С1, В2С2, В3С1С2С3, В4С1. Таблица 6 – Интерактивная матрица возможностей и слабых сторон проекта Слабые стороны проекта Сл1 Сл2 Сл3 Сл4 В1 - - - - Возможности проекта В2 - - 0 - В3 - - 0 + В4 - 0 - - При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить следующие сильно коррелирующие возможности и слабые стороны проекта: B3Сл2Сл4. Таблица 7 – Интерактивная матрица угроз и сильных сторон проекта Сильные стороны проекта Угрозы проекта С1 С2 С3 С4 С5 У1 - - - - - У2 - - + 0 - У3 - + - - - У4 - 0 + - - При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить следующие сильно коррелирующие угрозы и сильные стороны проекта: У2С1С3, У3С2, У4С3С4. Таблица 8 – Интерактивная матрица угроз и слабых сторон проекта Слабые стороны проекта Угрозы проекта Сл1 Сл2 Сл3 Сл4 У1 - - - - У2 - + - - У3 - - - 0 У4 - - - - При анализе данной интерактивной таблицы можно выделить следующие сильно коррелирующие угрозы и сильные стороны проекта: У2Сл2. В рамках третьего этапа составляем итоговую матрицу SWOT-анализа (таблица 4.3.6). Таблица 9 - Матрица SWOT Сильные стороны научно- исследовательского проекта: С1.Квалифицированный персонал; С2.Высокий срок эксплуатации компрессора; С3.Надежность данного оборудования по сравнению с другими; С4.Определение возможных опасных проявлений при работе компрессора до его Слабые стороны научно- исследовательского проекта: Сл1.Остановка компрессорной установки в процессе монтажа; Сл2.Уменьшение производительности компрессорной установки; Сл3. Не испытан в работе; Сл4.Сложность сборки оборудования. производства; С5. Наличие финансирования компании. Возможности: Результаты анализа Результаты анализа В1.Использовани е инновацио нной инфраструктуры ТПУ; В2.Сущест вование потенциал ьного спроса на интерактивной матрицы проекта полей «Сильные стороны и возможности»: B1C1-для исследования проекта необходимы интерактивной матрицы проекта полей «Слабые стороны и возможности»: B3СЛ3- С созданием новых технологий появится Продолжение таблицы 9 данную разработку со стороны газодобывающих и нефтяных компаний; В3. Развитие технологий в данной отрасли; В4. Повышение стоимости конкурентных исследований. лаборатории ТПУ, допуск к которым имеет квалифицированный персонал. B2C2-при потенциальном спросе со стороны газодобывающих и нефтяных компаний возможно повышение срока эксплуатации. возможность усовершенствовани я в сборке оборудования. Угрозы: У1. Отсутствие спроса на данные исследования; У2. Введения дополнительных государственных требований к сертификации продукции; У3. Снижение бюджета на исследование, со стороны инвестора; Результаты анализа интерактивной матрицы проекта полей «Сильные стороны и угрозы»: У2С1- возможно развитие новых государственных требований к сертификации продукта, если при их создании участвует Результаты анализа интерактивной матрицы проекта полей «Слабые стороны и угрозы» У2СЛ2 введения дополнительных государственных требований к сертификации продукции может привести к У4. Появление новых конкурентных разработок. квалифицированны й персонал. У4С3-с появлением новых разработок появится угроза уменьшения надежности данного оборудования. уменьшению производительности компрессорной установки 5.4 Структура работ в рамках научного исследования Планирование комплекса предполагаемых работ осуществляется в следующем порядке: - определение структуры работ в рамках научного исследования; - определение участников каждой работы; - установление продолжительности работ; - построение графика проведения научных исследований. По каждому виду запланированных работ устанавливается соответствующая должность исполнителей. В данном разделе составим список этапов и работ в рамках проведения научного исследования, проведем распределение исполнителей по категориям работ. Порядок составления этапов и работ, распределение исполнителей по данным видам работ приведен в таблице 10 Основные этапы № раб Содержание работ Должность исполнителя Разработка конструкторской документации 1 Составление и утверждение технического задания Инженер проектировщик 2 Подбор и изучение материалов по теме 3 Календарное планирование работ по теме Теоретические и экспериментальные исследования 4 Проведение теоретических расчетов и обоснований Инженерконструктор 5 Подбор модели компрессора и проведение испытаний Оформления экспертизы 6 Составление экспертизы готового проекта Инженериспытатель, заказчик |