Πειραματική και θεωρητική διερεύνηση για τον αυτόματο έλεγχο μονάδας ανάκτησης θερμότητας ORC

Βαρβαγιάννης, Ευστράτιος; Varvagiannis, Efstratios

dc.contributor.author	Βαρβαγιάννης, Ευστράτιος	el
dc.contributor.author	Varvagiannis, Efstratios	en
dc.date.accessioned	2017-07-24T06:48:16Z
dc.date.available	2017-07-24T06:48:16Z
dc.date.issued	2017-07-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45316
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14061
dc.rights	Default License
dc.subject	Ανάκτηση θερμότητας	el
dc.subject	Στρατηγικές ελέγχου	el
dc.subject	Οργανικός Κύκλος Rankine	el
dc.subject	Πειραματική διερεύνηση	el
dc.subject	Θεωρητική διερεύνηση	el
dc.subject	Ελικοειδής εκτονωτής	el
dc.subject	Αυτοματισμός	el
dc.subject	Waste heat recovery	el
dc.subject	Control strategies	el
dc.subject	Organic Rankine Cycle	el
dc.subject	Scroll expander	el
dc.subject	Automation	el
dc.subject	PLC	el
dc.subject	Labview	el
dc.subject	Theoretical investigation	el
dc.subject	Experimental investigation	el
dc.title	Πειραματική και θεωρητική διερεύνηση για τον αυτόματο έλεγχο μονάδας ανάκτησης θερμότητας ORC	el
dc.title	Experimental and theoretical investigation for the automatic control of a waste heat recovery ORC unit	en
dc.contributor.department	Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ	el
heal.classification	AUTOMATION	en
heal.classification	ENERGY	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/978cf2c3bb638a36b13da6c210ba1e96469825d7
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/194ae27b0140152693b8cd059700d0ee87ec4731
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/74ae2382eb865c8090b9ad862c28555a8c1ae925
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/978cf2c3bb638a36b13da6c210ba1e96469825d7
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/194ae27b0140152693b8cd059700d0ee87ec4731
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/74ae2382eb865c8090b9ad862c28555a8c1ae925
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-03-03
heal.abstract	Η συγκεκριμένη εργασία πραγματεύεται την θεωρητική και την πειραματική διερεύνησης μίας εγκατάστασης ανάκτησης θερμότητας ORC από το νερό ψύξης της κύριας μηχανής ενός πλοίου, με σκοπό την κατάστρωση μίας στρατηγικής ελέγχου της λειτουργίας της. Η εγκατάσταση αυτή αποτελεί μία πειραματική διάταξη που έχει μελετηθεί και κατασκευασθεί από το Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων του Ε.Μ.Π. Η θεωρητική διερεύνηση βασίστηκε στην ανάπτυξη αναλυτικό-εμπειρικών μοντέλων μόνιμης κατάστασης, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς της εγκατάστασης σε σημεία διαφορετικά του ονομαστικού. Η πειραματική διερεύνηση επέτρεψε τον χαρακτηρισμό των συνιστωσών που δεν ήταν εύκολο να μοντελοποιηθούν ελλείψει πειραματικών δεδομένων (π.χ. εκτονωτές), ενώ επίσης είχε ως αποτέλεσμα την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων για την ασφαλή λειτουργία της εγκατάστασης. Τα συμπεράσματα που συλλέχθηκαν από τις δύο αυτές αναλύσεις οδήγησαν στην δημιουργία μίας στρατηγικής ελέγχου, η οποία πρόκειται να υλοποιηθεί από εξειδικευμένη εταιρεία αυτοματισμού με την χρήση προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLC). Στην εισαγωγή αναλύεται το κίνητρο που οδηγεί στην εκμετάλλευση μέρους της θερμότητας που απορρίπτεται για την ψύξη της μηχανής ενός πλοίου. Επιπλέον αναφέρεται ο σκοπός και η μεθοδολογία της παρούσας εργασίας. Στο επόμενο κεφάλαιο περιγράφονται συνοπτικά όλες οι συνιστώσες της εγκατάστασης καθώς και τα μετρητικά της, ενώ εξηγούνται σύντομα τα κριτήρια επιλογής τους. Στο τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται τα θεωρητικά μοντέλα μόνιμης κατάστασης κάθε συνιστώσας του κύκλου, καθώς και ο αλγόριθμος επίλυσης όλου του κύκλου. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρατίθενται όλα τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την επεξεργασία των μετρήσεων κατά την διάρκεια των εργαστηριακών δοκιμών της εγκατάστασης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ανάλυση της συμπεριφοράς των εκτονωτών και στα φαινόμενα που οδηγούν σε σπηλαίωση της αντλίας. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζονται δύο πιθανά σενάρια: (α) η λειτουργία της εγκατάστασης στο εργαστήριο με έναν λέβητα φυσικού αερίου και (β) η λειτουργία σε πλοίο, με εκμετάλλευση της θερμότητας ψύξης της μηχανής. Από την ανάλυση αυτή προκύπτουν οι προτεινόμενες στρατηγικές ελέγχου της εγκατάστασης, προκειμένου να εξασφαλιστεί η αποδοτική αλλά και ασφαλής λειτουργία της για διαφορετικές θερμοκρασίες της πηγής θερμότητας. Το έκτο κεφάλαιο περιέχει αναλυτικά την προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου, ενώ δίνει πληροφορίες για το υλικό του συστήματος αυτοματισμού. Στο τελευταίο κεφάλαιο εξάγονται τα τελικά συμπεράσματα και γίνονται προτάσεις για μελλοντική εργασία επί του θέματος.	el
heal.abstract	This thesis focuses on the theoretical and experimental investigation of a waste heat recovery ORC unit, which absorbs heat from the cooling water of the main engine of a ship, in order to devise a control strategy for its operation. The aforementioned unit is an experimental setup, which has been studied and constructed by the staff of Laboratory of Steam Engines and Boilers of National Technical University of Athens (N.T.U.A.). The theoretical investigation is based on the development of analytical and empirical steady state models, which were used to estimate the behavior of the setup under variable conditions, different from the nominal ones. Moreover, the experimental investigation allowed the characterization of the cycle’s components which are difficult to be modelled without any experimental data (e.g. the expanders). In addition, during the tests, useful observations were made to ensure the safe and smooth operation of the setup. Finally, the conclusions derived from these two studies led to the proposal of a control strategy, which is going to be implemented by professionals in industrial automation, using Programmable Logic Controllers (PLC). The introduction reveals the motivation which leads to the recovery of the heat being wasted for the cooling of the main engine of a ship. Moreover, the goals and the methodology of this thesis are stated. In the second chapter, all the components and the measuring instruments of the unit are briefly described, while effort is given on analyzing the criteria which led to the choice of every particular component. In the third chapter, the theoretical off-design models of each component and the solving algorithm of the whole cycle are developed. The fourth chapter contains the conclusions derived from measurements collected during the experimental tests of the unit. Emphasis is given on the characterization of the expanders and the investigation of the phenomena which are associated with the cavitation of the pump. In the fifth chapter, two specific case studies are implemented, which focus on the operation of the setup in (a) the lab, using a natural gas boiler and (b) a ship, absorbing heat from the engine’s cooling water circuit. This analysis allows the proposal of the control strategies that ensure the safe and efficient operation of the unit for different temperatures of the heat source. The sixth chapter contains the analytical presentation of the proposed control strategy, while information about the automation hardware is also provided. In the final chapter, general conclusions are derived and proposals for future work on this specific topic are made.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Χουντάλας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	207 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true