EBSILON®Professional Online Dokumentation
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Anschlüsse |
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1 |
Luftzufuhr (Ansaugluft) |
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2 |
Abgas |
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Gas-Brennstoff |
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Erzeugte elektrische Leistung |
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Abwärmegruppe A Eintritt |
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Abwärmegruppe A Austritt |
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Abwärmegruppe B Eintritt |
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Abwärmegruppe B Austritt |
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9 |
Abwärmegruppe C Eintritt |
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Abwärmegruppe C Austritt |
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Logikeingang (zur Laststeuerung) |
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Umgebungsbedingungen (Logikeingang) |
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Diesel-Brennstoff |
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Abwärmegruppe D Eintritt |
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Abwärmegruppe D Austritt |
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Allgemeines Vorgabewerte Vorgabematrizen Die Verwendung der Kolbenmotoren-Bibliothek Definition des Betriebspunkts Bauteilphysik Ergebnisse Bauteilform Beispiel
Bauteil 153 kann für die Modellierung von Gas-, Diesel- oder Dual-Fuel-Hubkolbenmotoren verwendet werden, die auf Leistungsdaten der Maschinenhersteller beruhen, welche in der ENEXSA Kolbenmotoren-Bibliothek zusammengestellt wurden. Um detaillierte Untersuchungen über die Systemintegration der vom Motormantel, Turbolader und dem Schmierölsystem abzuführenden Wärme zu ermöglichen, werden die Motorkühlkreise für Hoch- und Tieftemperatur-Kühlwasser und das Motoröl unter Berücksichtigung der jeweiligen Durchfluss- und Temperaturregelschemata modelliert. Da die Hersteller unterschiedliche Regelungsphilosophien anwenden und der gleiche Basismotor für den Einsatz zur ausschließlichen Stromerzeugung , den BHKW-Betrieb (d.h. die maximale Brennstoffausnutzung mit Fokus auf die Nutzung der Kühlwärmen) oder den Combined-Cycle-Betrieb optimiert werden kann (d.h. maximale Brennstoffwirkungsgrad mit Fokus auf die Dampferzeugung), wurde ein allgemein gültiges Basismodell aus mehreren Wärmequellen und Abwärmegruppen entwickelt, das so konfiguriert werden kann, dass es ein bestimmtes Design widerspiegelt.
Während der Benutzer sich für die vorkonfigurierten Datensätze nicht mit dieser Konfiguration auseinander setzen muss, kann der Bauteil 153 auch zum Erstellen oder Anpassen von Datensätzen verwendet werden, wenn Messdaten oder Datenblätter des Herstellers verfügbar sind.
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FCALC |
Schalter für die Einstellung des Motorenberechnungsmodus =0: aus (Bypass, alle angeschlossenen Ströme auf werden auf Null Massen- und Energiestrom gesetzt ) |
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SMODEL |
Motorenmodell (aus der Bibliothek) |
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SVENDOR |
Hersteller (aus der Bibliothek) |
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FDATASET |
Aktiver Datensatz (auswählbar aus einer Dropdown-Liste der in die Komponente geladenen Datensätze) |
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FLOAD |
Schalter für die Einstellung des Lastmodus = 0: Lastanteil(relativ zur Nennleistung) |
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FLOADFRAC |
Schalter für die Einstellung der Quelle für den Lastzielwert = 0: LOADFRAC verwenden |
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LOADFRAC |
Gewünschter Lastanteil |
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FPOWER |
Schalter für die Einstellung der Quelle für gewünschte Generatorleistung = 0: POWER verwenden |
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POWER |
Gewünschte Generatorleistung |
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MOTORDEFINITION |
REFERENZ-STANDORTBEDINGUNGEN |
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T1N |
Eintrittslufttemperatur T1 (nominal) |
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ELEVN |
Standorthöhe (nominal) |
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MOTORDEFINITION |
NENNDATEN (NOMINAL) |
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POWERN |
Generatorleistung (nominal) |
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HEATRATEN |
spezifischer Wärmebedarf (nominal) |
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M2N |
Abgasstrom (nominal) |
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T2N |
Abgastemperatur (nominal) |
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MOTORDEFINITION |
WÄRMEQUELLEN #i; i = 1...6 |
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SQi |
Wärmequelle #i Name (Text) |
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FQi |
Schalter zur Auswahl der zugehörigen Abwärmegruppe = 0: keine (ausgeschaltet) |
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QiORDER |
Schalter zur Auswahl der Anordnung in der ausgewählten Abwärmegrupp = 0: egal |
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QiN |
Ausgetauschte Wärme für Quelle #i (nominal) |
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MOTORDEFINITION |
ABWÄRMEGRUPPE #x; x = A (Anschlüsse 5,6), B (Anschlüsse 7,8), C (Anschlüsse 9,10), D (Anschlüsse 14,15); j = 5,7,9,14 (Eintrittsanschlüsse) |
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SPORTx |
Abwärmegruppe x Beschreibung |
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TjN |
Eintrittstemperatur Tj (nominal) |
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FVMODEx |
Schalter für Durchflussregelungsmodus Gruppe x = 0: Strom von außen gegeben |
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FTMODEx |
Schalter für Temperaturregelungsmodus Gruppe x = 0: Ein- und Austrittstemperatur von außen gegeben (berechne Qx) |
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ISOURCEx |
Schalter zur Definition der Wärmequelle für die Temperaturregelung (nur bei FTMODEx = 4) = 1: Quelle #1 |
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VMVALUEx |
Gewünschter Volumenstrom (Zielwert für Methode definiert in FVMODEx) |
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TVALUEx |
Gewünschte Temperatur (Zielwert für Methode definiert in FTMODEx) |
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VMMINx |
Grenzen - Mindestvolumenstrom |
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VMMAXx |
Grenzen - Höchstvolumenstrom |
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TINMINx |
Grenzen - Mindesteintrittstemperatur |
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TINMAXx |
Grenzen - Höchsteintrittstemperatur |
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TOUTMAXx |
Grenzen - Höchstaustrittstemperatur |
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FUELTYPE |
Schalter zur Definition des Brennstofftyps = 0: Gas |
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LHVMIN |
Mindestheizwert |
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PFOFHRATIO |
Wärmeverhältnis Pilotflamme (für Zweistoffbetrieb, Anteil am Brennstoffenergieeintrag durch Diesel) |
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LOADMIN |
Mindestlastanteil |
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DP2MAX |
Höchster Abgasdruckabfall |
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DERTLO |
Abminderung unterhalb Temperatur |
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DERTHI |
Abminderung über Temperatur |
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DERELEVHI |
Abminderung oberhalb Höhe |
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DERHUMHI |
Abminderung über spezifischer Feuchte |
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EMISSION DEFINITION |
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FO2REF |
Referenz-O2 Modus =1: interne O2 Referenz verwenden |
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O2REFCON |
Referenz-O2 Konzentration (trocken) |
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FCON |
Vorgabe von COCON/NOXCON (Basis der Mischungsanteile) = 0: Volumenanteil |
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COCON |
CO-Konzentration im trockenen Abgas bei Referenz O2-Gehalt |
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NOXCON |
Konzentration NOx im trockenen Abgas bei Referenz O2-Gehalt |
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NOXSPLIT |
NO-Splitt NO/(NO+NO2) (Volumenanteil) |
Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.
Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte
Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen
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MXHC: HC = f (LOAD, T1) |
| Wärmeverbrauch (absolut) als Funktion von Teillast-Anteil und Ansaugtemperatur |
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MXT2: T2 = f (LOAD, T1) |
| Abgastemperatur als Funktion von Teillast-Anteil und Ansaugtemperatur |
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MXM2: M2 = f (LOAD, T1) |
| Abgasmassenstrom als Funktion von Teillast-Anteil und Ansaugtemperatur |
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MXQi: Qi = f (LOAD, T1); i = 1...6 |
| Abwärme aus Wärmequelle i als Funktion von Teillast-Anteil und Ansaugtemperatur |
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MXDQxy: DQxy = f (LOAD, T1); x = A,B,C,D; y = A,B,C,D; x ≠ y |
| Wärmeverschiebung von Gruppe x zu Gruppe y als Funktion von Teillast-Anteil und Eintrittstemperatur in Gruppe x |
Die Kolbenmotoren-Bibliothek ist als Add-on für EBSILON konzipiert und bietet vorkonfigurierte Datensätze von Gas-, Diesel- und Zweistoffmotoren, die - ähnlich der in Bauteil 106 enthaltenen Gasturbinen-Bibliothek - kontinuierlich auf der Grundlage von Herstellerinformationen auf dem Laufenden gehalten werden. Die Bibliothek wird von der ENEXSA Energy GmbH lizenziert, aber die Lizenz wird über das Flag 25 der EBSILON Lizenz verwaltet. Wenn die Bibliothek nicht lizenziert ist, kann Bauteil 153 dennoch verwendet werden, aber nur mit dem Berechnungsmodus FCALC = 2 (Lokale Daten verwenden), in dem alle Leistungsinformationen vom Benutzer in den Vorgabewerten und Vorgabematrizen angegeben werden müssen. Bei aktiver Lizenz und im Berechnungsmodus FCALC = 1 (Bibliotheksdaten verwenden), bleiben die Spezifikationswerte und die Vorgabematrizen leer, da alle Daten aus dem Bibliotheksdatensatz gelesen werden, die Daten können jedoch in der Benutzeroberfläche der Kolbenmotoren-Bibliothek eingesehen und auch in Graphiken dargestellt und exportiert werden.
Bei der ersten Benutzung der Bibliothek sowie beim Umstieg auf ein bestimmtes Verzeichnis für Datensätze kann der Benutzer den Pfad zur Bibliothek über den Menüpunkt "Datei - Pfad für Bibliothek auswählen" editieren bzw. zum Speicherort der Datensätze navigieren. Die Motordatensätze haben die Dateierweiterung "* .geb" und die Erstausgabe sowie Datenaktualisierungen unter Software-Wartung werden an die Benutzer in Form von komprimierten ZIP-Dateien verteilt, die in ein beliebiges Verzeichnis, das Lesezugriff bietet, extrahiert werden können. Das Bibliotheksverzeichnis wird mit der Anwendung gespeichert und das Programm wählt automatisch den letzten Bibliotheksstandort beim Neustart.
Mit der Schaltfläche "Bibliothek anzeigen" wird der Inhalt des aktuellen Bibliotheksverzeichnisses in einer Tabelle angezeigt, die durch Anklicken des jeweiligen Spaltenkopfes sortiert und durch Eingabe von Ausdrücken in der Zeile unterhalb der Spaltenüberschrift gefiltert werden kann. Wenn die MAsu darüber bewegt wird, geben Tooltipps die Filteroptionen für die jeweilige Spalte an.
Ein Datensatz wird durch einen Doppelklick auf die jeweilige Tabellenzeile ausgewählt.
Die folgenden Erläuterungen dienen nur zur Information, da alle Eingabedaten aus der Bibliothek geliefert werden und keine Benutzereingaben erforderlich sind. Nach Bestätigung des Überschreibens der aktuellen Daten wird der ausgewählte Datensatz geladen und kann in den folgenden Eingabefeldern der Benutzeroberfläche eingesehen werden:
Zusammenfassung– liefert allgemeine Informationen über den Motor und die Kontaktinformationen des Herstellers
Nennwerte – liefert Nennleistungsdaten und Referenzbedingungen sowie Grenzwerte für den Betrieb
Abwärme– definiert die Wärmequellen und Abwärmegruppen des Motors sowie die Regelschemata für Durchfluss und Temperatur
Kurven – zweidimensionale Kurven, die die Performance in Teillast als Funktion der Betriebsparameter beschreiben
Das Konzept der Wärmequellen und Abwärmegruppen lässt sich mit dem unten dargestellten Schema erklären, wobei der Screenshot der Registerkarte "Abwärme" die gleiche Konfiguration darstellt .
Es gibt bis zu sechs Wärmequellen, die definiert werden können, um die Wärme abzubilden, die von den verschiedenen Kühlern des Motors abgegeben werden: Turbolader-Ladeluftkühler, Motormantelkühler, Schmierölkühler usw. In der Tabelle im oberen Bereich des Registers "Abwärme" werden die Wärmequellen # 1 und # 2 (definiert als HT Engine im Ausmaß von 1000 kW bei Referenzbedingungen und HT Cooler im Ausmaß von 1200 kW) in der Abwärmegruppe A mit der Anordnung # 1 = 1 und # 2 = 2 kombiniert. Diese Einstellung spiegelt die Situation im Schema wieder, wo die Abwärmegruppe A Wärme aus Wärmequelle # 1 und anschließend von Wärmequelle # 2 aufnimmt. Die beiden anderen Wärmequellen des Motors sind LT Kühlerwärme (# 3, 850 kW, angeschlossen an Abwärmegruppe B) und Ölwärme (# 4, 800 kW, verbunden mit Abwärmegruppe C). Es gibt bis zu fünf Wärmequellen im allgemeingültigen Modell, aber in diesem Beispiel sind nur vier erforderlich, sodass Wärmequellen # 5 und # 6 im Status AUS sind, da sie nicht mit einer Abwärmegruppe verbunden sind.
Der untere Teil der Registerkarte enthält die Einstellungen für die Durchfluss- und Temperaturregelung der Abwärmegruppen, die an die Anschlüsse des Gerätes gekoppelt sind. Bitte beachten Sie, dass - aufgrund der Industriekonvention für Hubkolbenmotoren - alle Flüssigkeitsströme als Volumenströme und nicht als Massenströme definiert sind. In unserem Beispiel werden die Einlassströme an den Anschlüssen 5, 7 und 9 auf einen festen Wert gesetzt. Alternativ kann die Durchflussregelung so eingestellt werden, dass der Durchfluss variiert wird, um eine bestimmte Austritts- oder Eintrittstemperatur zu erreichen. Die gewünschte Temperatur wird im Abschnitt Temperaturregelung dieser Tabelle definiert, wobei für die einzelnen Abwärmegruppen Temperaturen an bestimmten Stellen definiert sind. Wenn eine Gruppe mehrere Wärmequellen enthält, kann auch die Lage der gewünschten Temperatur durch die Einstellung "Setzte Temperatur nach" in Kombination mit der Auswahl aus den verfügbaren Wärmequellen dieser Gruppe in der nächsten Spalte "nach Wärmequelle" definiert werden. Die Einstellung gibt die Temperaturdefinition am grünen Punkt zwischen den Wärmequellen # 1 und # 2 im obigen Schema wieder, und wenn zusätzlich der Eintrittsstrom am Anschluss 5 eingestellt ist (weißer Punkt im Schema) und die einzelnen Wärmemengen der Quellen # 1 und # 2 eingestellt sind, erzeugt die Wärmebilanz die Temperaturen an den Anschlüssen 5 und 6.
Wichtiger Hinweis: Bei der Modellierung der Integration des Hubkolbenmotors mit externen Wärmetauschern für den KWK-Betrieb kann die gewünschte Eintrittstemperatur typischerweise nicht mit einem einzigen Apparat erreicht werden. Wie bei realen Kraftwerkskonfigurationen muss das Modell auch redundante Back-up-Kühler (z. B. Luftkühler, die mit der Komponente 127 modelliert sind) enthalten, die die überschüssige Wärme an die Umgebung abgeben.
Wenn Luftkühler verwendet werden, kann die erreichbare Eintrittstemperatur in den Motor durch die Umgebungstemperatur begrenzt sein. Zu diesem Zweck enthält der Temperaturregelungsabschnitt auch die Option "Setze DT (Tein-Tumgebung)", wie er in unserem Beispiel für das Regelschema der Abwärmegruppe B verwendet wird. Die Informationen über die aktuelle Umgebungstemperatur muss über die Logikleitung an Anschluss 12 verfügbar sein. Bei niedriger Umgebungstemperatur kann diese Einstellung auf die untere Grenze der Eintrittstemperatur treffen, die als "Min. Tein" eingestellt ist, sodass die Eintrittstemperatur auf diesem Wert konstant gehalten wird (z.B in zufolge teilweiser Umfahrung oder Teillastbetriebs des Luftkühlers).
Die Wirkung der Betriebsbedingungen auf die Leistung des Motors wird durch zweidimensionale Kurven (Matrizen) modelliert, die den Wärmeverbrauch (HC), die Abgastemperatur (T2), den Abgasmassenstrom (M2) und die Wärmen Q1 - Q6 der Wärmequellen widerspiegeln als Funktion der Teillastfraktion (Parameter X) und der Eintritt/Ansaugtemperatur (Y), wie für die Abgastemperatur im Screenshot unten gezeigt ist.
Mit dem Button "Diagramm" können die Daten auch in Diagramm oder Flächen-Plot visualisiert werden, die jeweils in einem geeigneten Grafikformat exportiert werden können.
Darüber hinaus gibt es Matrizen DQxy (x, y = A, B, C,D), die es erlauben, die Verschiebung der Wärmen (Delta kW von der Gruppe x zur Gruppe y) zwischen den einzelnen Abwärmegruppen als Funktion des Teillastanteils und der Eintrittstemperatur zur jeweiligen Gruppe x zu definieren.
Da ein Motordatensatz ein bestehendes Motorendesign darstellt, gibt es keine Auslegungsberechnungen für die Komponente 153. Der einzige steuerbare Parameter für den Benutzer ist die Leistung / der Lastpegel des Motors. Die von den Motorkühlkreisläufen abgegebene Wärme bzw jene, die im Abgas enthalten ist, kann nur durch Einstellen der Motorlast gesteuert werden.
Unabhängig davon, ob die Komponente für die Verwendung eines Bibliotheksdatensatzes oder lokaler Daten konfiguriert ist, kann der Benutzer wählen, ob der Lastmodus FLOAD auf den Teillast-Anteil (d.h. als Bruchteil der Leistungsabgabe bei Volllast) oder in absoluten Zahlen als Generatorleistung definiert wird. Für beide Fälle kann der Sollwert entweder als Eingangswert für den Motor mit den Parametern LOADFRAC bzw. POWER definiert werden oder der jeweilige Zielwert kann von der Logikleitung am Anschluss 11 gelesen werden, was die Verbindung zu einem externen Regler ermöglicht . Bei Verwendung der Generatorleistung kann der Sollwert auch extern an der am Anschluss 4 des Motors angeschlossenen Stromleitung eingestellt werden.
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Interne Berechnungen: |
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Leistung QEL = POWER or LOAD * POWERN Wärmeverbrauch HC = POWERN *HEATRATEN/3600 * MXHC(LOAD,T1)/MXHC(1.0,T1N) Abgasmassenstrom M2 = M2N *MXM2(LOAD,T1)/MXM2(1.0,T1N) Abgastemperatur T2 = T2N + MXT2(LOAD,T1) - MXT2(1.0,T1N) Qi = QiN * MXQi(LOAD,T1)/MXQi(1.0,T1N) QX = Σ Q nach Definition der Abwärmegruppen- Σ QXY + Σ QYX resultierende M und H an Anschlüssen 5-10 je nach Durchfluss- und Temperatur-Regelschema |
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Die für die Wärmebilanzberechnung relevanten Ergebnisse werden im Register 'Ergebnisse' der Komponente 153 angezeigt .
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Form 1 |
Hier klicken >> Bauteil 153 Demo << um ein Beispiel zu laden.
