Energy Engineering and Control Systems. – 2016. – Vol. 2, No. 2

Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/42393

Науковий журнал

Засновник і видавець Національний університет «Львівська політехніка». Виходить двічі на рік з 2015 року.

Energy Engineering and Control Systems = Енергетика та системи керування : науковий журнал / Lviv Politechnic National University ; editor-in-chief Yevhen Pistun. – Lviv : Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2016. – Volume 2, number 2. – 80 р.

Browse

Now showing 1 - 6 of 6

Techniques for natural gas physical properties definition for flow rate and volume metering systems
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2016) Matiko, Fedir; Matiko, Halyna; Roman, Vitalii; Stasiuk, Ivan; Lviv Polytechnic National University
The results of researching the techniques for natural gas properties determination for flow rate and volume metering systems are presented in the paper. The necessity of developing techniques for calculating the isentropic exponent of natural gas for pressure up to 25 MPa based on a simplified set of parameters of gas composition is shown. New techniques are proposed to define isentropic exponent and dynamic viscosity based on designed analytical dependence for the calculation the pseudo-critical density of natural gas, regression equation for isentropic exponent and improved equation of Dean and Steal for calculating gas dynamic viscosity for high pressure. Techniques adequacy verification is carried out relative to the arrays of calculated values of adiabatic index and viscosity obtained from high-precise equations of gas state and relative to the experimental data of viscosity and sound speed in natural gas. The techniques errors and the range of their application are defined using the verification results. Подано результати дослідження методів визначення властивостей природного газу, необхідних для побудови систем вимірювання його витрати та кількості. Визначено необхідність розроблення методики розрахунку показника адіабати природного газу для тиску газу до 25 МПа на основі спрощеного набору параметрів складу газу. Розглянуто нові методики визначення показника адіабати та коефіцієнта динамічної в’язкості, що їх розробили автори на основі отриманої аналітичної залежності для розрахунку псевдокритичної густини природного газу, регресійного рівняння показника адіабати та удосконаленого рівняння Діна і Стила для розрахунку динамічної в’язкості природного газу за високого тиску. Перевірено адекватність методик щодо масивів розрахункових значень показника адіабати та в’язкості, отриманих на основі високоточних рівнянь стану газу, а також щодо експериментальних даних в’язкості та швидкості звуку у природному газі. За результатами перевірки визначено похибку методик та сферу їх застосування.
Optimization of gas dynamical subsystem of transducers for measurement of gas flow temperature
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2016) Fedynets, Vasyl; Vasylkivskyi, Ihor; Yusyk, Yaroslav; Lviv Polytechnic National University
The main types of errors which occur while measuring the temperature of gas flows, including flows of fuels, are determined by the conditions of thermal balance at the interaction of the sensor of the temperature transducer (TT) with the gas flow via convection, radiation and conduction. The limited TT capacity to track flow temperature variation should also be taken into consideration. For high gas flow speeds (over 50 m/s), another type of error (the so-called speed error) arises from the transformation of part of kinetic energy of the flow into thermal energy. A comprehensive analytical study of the combined influence of all the major factors on the total error of gas flow temperature measurement with a particular TT is actually impracticable, since some relationships describing the character of influence of this or that factor can be obtained only by experiment. Therefore, in practice, each error type is analysed separately, assuming that no other types of error occur, and the total error of measurement is regarded as superposition of separate error types. For convenience of analysis, TT is represented as a combination of separate units, each with its own components of the error. TT for gas flow temperature measurements appears as three units, such as gas dynamic, thermal and electrical, connected in series. The gas dynamic subsystem transforms the thermodynamic temperature T(τ) of the gas flow at the TT input into the deceleration temperature ТПТ(τ) at the temperature sensor input and is characterized by the speed error. The defining characteristic of the gas dynamic subsystem is the TT recovery factor, which is why the paper discusses the methods and means of ensuring the constancy of the recovery factor. Основні види похибок, які виникають під час вимірювання температури газових потоків (зокрема і потоків енергоносіїв), визначаються умовами теплового балансу в разі взаємодії чутливого елемента перетворювача температури (ПТ) з газовим потоком через конвекцію, випромінювання та теплопровідність. Необхідно враховувати також обмежені можливості ПТ без запізнення стежити за змінами температури потоку. За великих швидкостей газового потоку (більше ніж 50 м/с наявна також похибка, зумовлена перетворенням частини кінетичної енергії потоку на теплову (так звана “швидкісна” складова похибки). Повне аналітичне дослідження сумісного впливу всіх основних чинників на загальну похибку вимірювання температури газового потоку конкретним ПТ практично неможливе, оскільки деякі залежності, що описують вплив того чи іншого чинника, можна визначити тільки експериментально. Тому на практиці аналізують кожний вид похибки окремо з припущенням, що решта її видів відсутні, а загальну похибку вимірювання розглядають як суперпозицію окремих видів похибок. Для зручності проведення аналізу ПТ подано у вигляді окремих елементарних ланок зі своїми складовими похибки. ПТ для вимірювання температури газових потоків подано у вигляді трьох послідовно з’єднаних ланок: газодинамічної, теплової та електричної. Газодинамічна підсистема перетворює термодинамічну температуру Т(τ) газового потоку на вході ПТ в температуру гальмування ТПТ(τ) на вході в термочутливий елемент і характеризується “швидкісною” складовою похибки. Визначальною характеристикою газодинамічної підсистеми є коефіцієнт відновлення ПТ. Тому в статті розглянуто способи та засоби для забезпечення постійності коефіцієнта відновлення.
Calculation of expansibility factor of gas at its flow through an orifice plate with flange pressure tappings
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2016) Pistun, Yevhen; Lesovoy, Leonid; Lviv Polytechnic National University
The values of expansibility factor of gas were defined more accurately based on the values obtained by Seidl in CEESI using the equation of mass flowrate and on the basis of experimental data (differential pressure across the orifice plate, mass flowrate, absolute static pressure and temperature of air) for orifice plates with flange pressure tappings and diameter ratios of 0.242, 0.363, 0.484, 0.5445, 0.6655, 0.728 and pipe internal diameter of 52.48 mm (2.066 in.). When obtaining the values of expansibility factor of gas, the Stolz equation was used by Seidl to calculate the discharge coefficient for Reynolds numbers equal to infinity. New values of expansibility factor of gas are defined more accurately by us with taking into account the Reader-Harris/Gallagher equation for calculating the discharge coefficient for the actual Reynolds numbers of gas in the pipe. Based on these new more accurate data a new equation for calculating the expansibility factor of gas for orifice plate with flange pressure tappings is developed. The comparison and analysis of the expansibility factor calculated according to the equation given in ISO 5167:2-2003 and according to the new developed equation is presented in the paper. The equation in ISO 5167:2-2003 for computing the gas expansibility factor is developed for all three types of pressure tappings arrangement. In this case the scattering of discharge coefficient values being applied for deriving the expansibility factor equation is large for the same set of input data. It is shown that the shortcomings mentioned above are eliminated in the new equation and the standard deviation of the expansibility factor calculated according to the new equation from the new accurate experimental values is smaller. New formula for calculating the relative expanded uncertainty of expansibility factor for orifice plate with flange pressure tappings is also presented in the paper. Наведено уточнені значення коефіцієнта розширення газу на основі значень, що їх отримав Давид Зейдль у Колорадському інженерно-експериментальному центрі (CEESI) із застосуванням рівняння масової витрати газу для діафрагми з фланцевим способом відбору тиску, і значень відносного діаметра отвору діафрагми від 0,242 до 0,728 для значення внутрішнього діаметра трубопроводу 52,48 мм (2,066 дюйма). Під час отримання значень коефіцієнта розширення Зейдль застосував рівняння коефіцієнта витікання Штольца для значення числа Рейнольдса рівного нескінченності. Автори уточнили значення коефіцієнта розширення газу, застосовуючи нове рівняння коефіцієнта витікання Рідера-Харіса/Галахера для реальних значень числа Рейнольдса. На базі уточнених значень коефіцієнта розширення газу автори розробили нове рівняння для його розрахунку, що зменшило максимальне відхилення значення коефіцієнта розширення газу відносно рівняння, яке застосовується в ISO 5167-2:2003. Автори також розробили нове рівняння для розрахунку відносної розширеної невизначеності коефіцієнта розширення повітря, яке також наведено у статті.
Зміст до "Energy Engineering and Control Systems" Volume 2, number 2
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2016)
Identification of controlled plant and development of its model by means of PLC
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2016) Fedoryshyn, Roman; Klos, Sviatoslav; Savytskyi, Volodymyr; Masniak, Oleh; Lviv Polytechnic National University
The results of experimental and theoretical investigation of dynamic and static characteristics of a thermal object (electric oven) as a controlled plant are presented in the paper. The up-to-date microprocessor instruments were applied during the investigation. The experimental study of the plant was made by obtaining the step response curves for the controlling action channel and for the disturbance channel. Fifteen step response curves were recorded during the study. These curves were applied for development of the mathematical model of the plant in the form of static characteristics equations, transfer functions and differential equations. The structure of the model was chosen. The numerical values of the model parameters were calculated. The adequacy of the model was verified. The relative errors of the calculated values of the static characteristics points do not exceed 5 %. The maximum reduced error of the simulated step response curve in comparison to the experimental curve is 7 % for the proposed combined method of defining the time constants. The developed model was implemented in a programmable logic controller in order to provide the possibility of studying the automatic control loop with various control laws. Подано результати експериментального та теоретичного дослідження динамічних та статичних характеристик теплового об’єкта (електричної печі) як об’єкта керування із застосуванням сучасних мікропроцесорних засобів. Експериментальне дослідження об’єкта виконано за допомогою нанесення стрибкоподібних збурень каналом регулівної дії та каналом збурення. У результаті досліджень було зареєстровано п’ятнадцять кривих розгону, які стали основою для побудови математичної модель об’єкта у вигляді рівнянь статичних характеристик, функцій передачі та диференціальних рівнянь. Вибрано структуру моделі, розраховано числові значення її параметрів та перевірено адекватність цієї моделі. Відносна похибка розрахунку точок статичної характеристики не перевищує 5 %. Максимальна зведена похибка змодельованої кривої розгону для каналу регулювання відносно експериментальної кривої становить 7% для запропонованого комбінованого способу визначення сталих часу. Розроблену модель об’єкта реалізовано у програмовано-логічному контролері за допомогою програмування, що дає можливість досліджувати роботу замкненої системи автоматичного регулювання із різними законами регулювання.
Analysis of fuzzy controller application efficiency in two-mass systems with variable moment of inertia of second mass
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2016) Lozynskyy, Andrew; Demkiv, Lyubomyr; Lviv Polytechnic National University
A two-mass system with variable moment of inertia of the second mass has been considered. Common approaches to controller synthesis of such system were considered. A fuzzy robust controller was introduced. Comparison of the proposed approach with the classic one has been conducted. Corresponding conclusions about the feasibility of the proposed approach were done. The cases of a system with dynamic reference and without it were considered. Besides, a linear and nonlinear behavior of the second mass of the system was taken into account. Obtained results testify that implementation of the proposed controlled can provide a significant gain in the transients of the investigated system. Розглянуто двомасову систему зі змінним моментом інерції другої маси. Досліджено загальні підходи до синтезу регулятора такої системи. Для такої системи запропоновано використання робастного нечіткого регулятора. Проведено порівняння пропонованого підходу з класичними. Зроблено відповідні висновки про доцільність використання пропонованого підходу. Розглянуто випадки динамічної системи з еталонною моделлю і без неї. Крім того, досліджено випадки лінійної та нелінійної зміни другої маси. Отримані результати свідчать про те, що застосування запропонованого регулятора може забезпечити значну перевагу в функціонуванні досліджуваної системи.