Разработка структуры математической модели паротурбинной СЭС с солнечным источником тепла

Домашнее задание № 1

Разработать структуру математической модели паротурбинной СЭС с солнечным источником тепла (N_эл< 1 кВт), схему с регенерацией на уровне агрегатов с целью определения массоэнергетических, надёжностных, тепловых и других основных параметров и характеристик СЭС.

1. Разработать структурную схему СЭС.

2. Провести декомпозицию для 3-х уровней (агрегатов, узлов, элементов).

3. Разработать структуру функциональных связей (агрегатов или узлов, или элементов в СЭС).

4. Разработать структуру математических моделей СЭС (записать функциональные зависимости для основных агрегатов, узлов и элементов СЭС) с целью определения основных массовых, электрических, тепловых, надёжностных и др. характеристик агрегатов и СЭС в целом.

5. Комментарии и описания по п.п. 1 -4.

1. Структурная схема СЭС.

Главной задачей СЭС является поддержание необходимого уровня потребляемых электрических мощностей по определенной программе в течении заданного периода эксплуатации.

На рис.1.1 изображена  структурная схема паротурбинной СЭС [1]. Основные агрегаты СЭС, построенные по параллельной схеме: паротурбинная установка (ПТУ), аппаратура регулирования и контроля (АРК). В состав ПТУ входят: источник тепла, преобразователь и система сброса тепла. Блок бортовой аппаратуры (БА) выступает в качестве нагрузки.

Рис.1.1 Структурная схема СЭС

Основным источником энергии на борту летательного аппарата является газотурбинная установка (ГТУ) с солнечным источником тепла. Аппаратура регулирования и контроля (АРК) исполняет команды управления бортовой аппаратурой, контролирует состояние рабочих режимов.

2. Декомпозиция

На рис. 2.1 приведена схема декомпозиции СЭС на агрегаты (ГТУ, АРК),   узлы (источник тепла, преобразователь, система сброса тепла, регулятор избыточной мощности (РИМ), блок логики и управления (БЛУ)) и элементы (компрессор, холодильник-излучатель, регенератор, электрогенератор, турбина, насос, концентратор).

Рис.2.1. Схема декомпозиции СЭС на агрегаты, узлы, элементы

3. Структура функциональных связей

 Уровень агрегатов

Основные агрегаты СЭС (ГТУ, АРК) функционально связаны между собой и в процессе работы СЭС в составе КА достаточно сложно взаимодействуют друг с другом. Используя структурную схему СЭС и схему декомпозиции СЭС, формируем структуру функциональных связей агрегатов СЭС (рис. 2.2).

Рис.3.1 Структура функциональных связей агрегатов в СЭС

Функциональные зависимости для  СЭС на уровне агрегатов:

а) для ГТУ:

б) для АРК:

г) для СЭС:

На рис. 3.1 обозначены:

E_СК – освещенность солнечного концентратора, Вт/м²;

U_ГТУ – напряжение газотурбины, В;

I_ГТУ – ток газотурбины, А;

N_ГТУ^ЭЛ – электрическая мощность, отводимая от ГТУ, Вт;

N_Ц – эффективная мощность цикла, Вт;

G – массовый расход газа через газовый контур, кг\с;

– КПД преобразователя;

– КПД генератора;

– КПД турбогенератора;

А – коэффициент, учитывающий использование электрической энергии на                             собственные нужды ГТУ;

S_СК – эффективная площадь солнечного концентратора, м²;

– коэффициент зеркального отражения;

– угол раскрытия;

Т_СК – температура солнечного концентратора, К;

М_УД – удельная масса солнечного концентратора, кг;

М_ГТУ –  масса газотурбины, кг;

P_ГТУ – вероятность безотказной работы газотурбины;

P_АРК, М_АРК, N_АРК – аналогичные параметры АРК;

U_БА, I_БА – аналогичные параметры БА;

P_СЭС, М_СЭС, N_СЭС – аналогичные параметры СЭС;

τ_КА – время эксплуатации космического аппарата, ч.

Список использованной литературы

1.  Солнечные энергосистемы космических аппаратов. Физическое и математическое моделирование./К.В. , Н.В.Белан, С.В.Губин, В.С.Кривцов и др./под ред. акад. НАН Украины С.Н.Конюхова. – Харьков, ХАИ, 2000г. – 515с.

2.  Выбор параметров и расчет бортовых газотурбинных энергоустановок летательных аппаратов: Учеб. пособие / В. В. Ковалевский. Харьков, ХАИ, 1985г. – 144с.

3.  Расчет характеристик солнечных батарей на основе математических моделей. – Харьков, ХАИ, 1996г. – 39с.

4.  Белан Н. В., К.В., Свириденко Н. Ф. Системы управления КА. Часть 2. Бортовые энергосистемы на базе источников ядерной и солнечно энергии для систем управления КЛА. – (Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию) – Харьков, ХАИ, 1980г. – 124с.

5.   Белан Н. В., К.В., Свириденко Н. Ф. Системы управления КА. Часть 3. Вопросы построения и сравнения энергосистем на базе различных источников и преобразователей энергии. – (Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию) – Харьков, ХАИ, 1983г. – 81с.