شبيه سازي كاركرد موتور انبساطي دو طرفه با توجه به نوع شير كنترلي و تركيب گاز

Double acting expansion engine simulation performance based on control valve type and gas composition

جايگزيني شيرهاي انبساطي مورد استفاده در ايستگاه هاي تقليل فشار گاز توسط موتور انبساطي، جهت بازيافت انرژي هدر رفته به منظور توليد برق هدف اصلي از انجام اين تحقيق مي‌باشد. در موتورهاي انبساطي از دريچه‌هايي براي ورود و خروج گاز استفاده شده است. هندسه شير كنترلي قرار گرفته بر روي اين دريچه‌ها بيشترين تاثير را در عملكرد اين موتورها دارد. در اين تحقيق براي اولين بار شبيه‌سازي و بهينه‌سازي زمان مناسب باز و بسته شدن اين دريچه‌ها با توجه به هندسه دو نوع شير پيستوني و سيلندري به منظور حداكثر كردن راندمان اگزرژي صورت گرفته كه از الگوريتم ژنتيك براي بهينه سازي اين زمان بندي استفاده شده است. شبيه‌سازي با توجه به تركيبات گازي ايستگاههاي مختلف صورت گرفته كه براي محاسبه خواص ترموديناميكي گاز طبيعي از استاندارد AGA8 استفاده شده است. عدم برگشت جريان در دريچه‌ها به عنوان قيد مورد نظر جهت بهينه‌سازي مورد نظر قرار گرفته است. نتايج نشان داد كه در شير پيستوني اتلاف اگزرژي در زمان تخليه و در شير سيلندري در فرآيند ورود گاز به مراتب بيشتر از منابع ديگر در اتلاف اگزرژي سهيم مي‌باشد. بطور كلي موتور با شير سيلندري نسبت به موتور با شير پيستوني از عملكرد بهتري برخوردار است. در نهايت تغيير فشار خط تغذيه ايستگاه نيز نشان داد كه در فشار 30 بار امكان استفاده از موتور با شير سيلندري وجود ندارد، زيرا موتور قادر به توليد تواني نخواهد بود.

Replacement of expansion valves which are used in natural gas pressure reduction stations, with expansion engine, to recycle wasted energy to generate electricity is the main objective of this study. In these engines, ports are used for inlet and outlet the gas. Control valve geometry set on these ports has a great impact on performance of this engine. In this research, simulation and optimization of the optimum opening and closing time of these valves according to two types of valve, piston and spool valves, to maximize the Exergy Efficiency has been done for the first time which Genetic Algorithm is used for this optimization. Simulation has been conducted with regard to the composition of gas stations which to calculate the thermodynamic properties of natural gas, AGA8 standard is used. For optimization constrain of having no back flow has been applied. Results showed that exergy destruction due to outlet processing in piston valve and due to inlet processing in cylinder valve is more than other destruction sources. Overall engine with cylinder valve has better performance than engine with piston valve. Variation of supply line pressure showed that engine with cylinder valve could not be used in inlet pressure of 30 bar, because engine doesn’t produce power.