48602

Система регулирования давления пара перед турбиной

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Пар для турбин тепловых электрических станций вырабатывается паровыми котлами, которые подразделяют на барабанные и прямоточные. Рассмотрим процесс производства пара в барабанных котлах.

Русский

2013-12-22

4.04 MB

6 чел.

Министерство образования РФ

РГРТА

Кафедра АиММ

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему

«Система регулирования давления пара перед турбиной»

Выполнила ст. гр. 131:

Палагина Ю.А.

Принял преподаватель:

Селяев А.А.

Рязань 2004.

Оглавление.

  1.  Введение                                                                                                                            2
  2.  Описание объекта автоматизации                                                                                  4               
  3.  Система регулирования пара перед турбиной                                                              6 
  4.  Исходные данные                                                                                                             8
  5.  Выбор типового датчика для системы регулирования                                                 8 
  6.  Условия оптимальной настройки регуляторов по критерию максимального подавления низкочастотных возмущений                                                                      8 
  7.  Определение оптимального закона регулирования                                                     10
  8.  Определение требуемой ПФ устройства ввода возмущения в компенсирующий канал                                                                                                                                  20  
  9.  Выбор регулятора                                                                                                            21
  10.  Выбор исполнительнго механизма                                                                                22
  11.  Выбор пускового устройства                                                                                          22
  12.  Выбор вторичного измерительного преобразователя                                                  22
  13.  Общая схема системы регулирования                                                                           23
  14.  Заключение                                                                                                                       23
  15.  Библиографический список                                                                                            24 

Введение.

                  Автоматизация производственных процессов является одним из решающих факторов повышения производительности общественного труда, интенсификации производства, повышения его эффективности. Автоматизация производства предполагает широкое использование приборов, выпускаемых отечественной промышленностью.

                  Курсовой проект по курсу "Проектирование современных систем управления" посвящен синтезу локальной системы регулирования технологического параметра объекта, включающему в себя выбор необходимого закона регулирования регулятора и разработку системы в целом на базе приборов ГСП. В качестве объекта автоматизации предложен паровой барабанный котел, вырабатывающий пар для турбины тепловой электрической станции (ТЭС), отличающийся многообразием регулируемых технологических параметров, что позволило сочетать в задании различные по характеру регулируемой величины автоматические системы с единым объектом автоматизации.

                  Основой для выполнения курсового проекта является конспект лекций по "Локальным системам автоматики", однако, только широкое использование научно-технической и справочной литературы, приведенной в библиографическом списке, дает возможность более обоснованно и полно выполнить необходимые теоретические и схемные разработки.

Описание объекта автоматизации.

                  Пар для турбин тепловых электрических станций вырабатывается паровыми котлами, которые  подразделяют на барабанные и прямоточные. Рассмотрим процесс производства пара в барабанных котлах. Технологическая схема барабанного котла показана на рис. 1.

Пар в котлах, используемый для вращения турбин электрических генераторов, получается за счет передачи теплоты от сжигаемого топлива рабочему телу - воде, в результате чего она нагревается до кипения и испаряется. Затем происходит перегрев пара до установленных технологических параметров. Эти стадии преобразования воды в перегретый пар проходят в поверхностях нагрева, которые подразделяют на подогревательные, испарительные и  перегревательные. Система подъемных 3 и опускных 2 труб с барабаном 4 и коллекторами образует циркуляционный контур. Барабан 4 котла является элементом контура, где совершается парообразование.

                  Топливо и воздух поступают в камеры сгорания через особые горелочные устройства, конструкция которых зависит от вида сжигаемого топлива. Теплота от горячих газов через систему многочисленных теплообменников отбирается питательной водой и идет на парообразование и нагрев пара до заданных параметров. Далее газы по газоходам направляются и дымососу 12 и выбрасываются в атмосферу.

В газоходах устанавливают теплообменники: пароперегреватели 5 и 7, экономайзеры 9 для подогрева питательной воды и воздухоподогреватели 13. Таким образом, возрастают процент использования теплоты  органического топлива, а следовательно, и кпд котла.

Для правильной оценки свойств котлов как объектов управления рассмотрим особенности их работы. В барабанном котле (рис. 1) отклонение параметров от заданных может происходить как при изменении нагрузки котла за счет изменения подачи пара на турбины генераторов, так и под воздействием других факторов. Увеличение нагрузки котла приводит к снижению давления в барабане 1 и паропроводах. Для восстановления давления необходимо увеличить подачу топлива, а значит, и воздуха, т. е. поддерживать оптимальное соотношение топливо-воздух. При этом изменяется тепловой режим, как по газо-воздушному тракту, так и по пароводяному.

                  

Рис.1

Основные технологические параметры барабанного котла:

1 - топка; 2 - опускные трубы; 3 - подъемные трубы циркуляционного контура; 4 - барабан; 5 , 7 - пароперегреватели; 6 - пароохладитель; 8 - главная паровая задвижка; 9 - водяной экономайзер; 10 - регулировочный питательный клапан; 11 - дутьевой вентилятор; 12 - дымосос; 13 - воздухоподогреватель; Вт , Qв - расход топлива и воздуха; Dпр , Dвпр , Dпв - расход воды на продувку и впрыск, питательной воды; Hб , Рб , Dб - уровень , давление и расход пара в барабане; Рпп , Dпп , tпп -давление , расход , температура перегретого пара; Qг - количество уходящих газов; Qт - тепловая нагрузка;

О2 - содержание кислорода в уходящих газах; Sт - разряжение в верхней части топки.

                  Таким образом, поддержание нагрузки связано с регулированием давления пара, где регулирующим воздействием является изменение подачи топлива. Котел должен иметь регулятор тепловой нагрузки. Для обеспечения минимума потерь при сжигании топлива необходим также регулятор экономичности горения, поддерживающий заданное соотношение топливо-воздух изменением потока воздуха от дутьевого вентилятора. Подача питательной воды должна соответствовать расходу вырабатываемого пара. Промежуточным звеном между паром и водой служит барабан. Заданный уровень воды в барабане котла определяет не только это соответствие, но и его безаварийную работу, поэтому уровень "Нб" следует регулировать, воздействуя на  регулировочный питательный клапан. Продукты сгорания в виде топочных газов выводятся через дымовую трубу, при этом в котле должна поддерживаться определенная степень разрежения "Sт" в верхней части топки, что предохраняет от выброса продуктов сгорания в помещение. Топочные газы отсасываются дымососами. Оставшиеся после парообразования соли выводят из барабана непрерывной продувкой через продувочный клапан. Для повышения надежности и долговечности турбин, обеспечения экономичной работы тепловой установки необходимо также поддержание в заданных пределах температуры перегретого пара.

Система регулирования пара перед турбиной.

                  Основным требованием, предъявляемым к котлам, является выработка заданного количества пара с установленными качественными показателями.

                  Постоянство давления вырабатываемого пара обеспечивает экономичную работу турбины. По принятым нормам отклонение давления пара в установившемся режиме не должно превышать 2% номинального. При этом выработка пара котлом зависит от теплоты, выделяющейся в топке при сгорании топлива. Недостаточное количество топлива приводит к снижению давления пара.

                  Схема регулирования давления пара перед турбиной показана на рис. 2. В данном варианте схемы на вход регулятора давления пара РД поступают сигналы от задатчика 3, по линии a главной обратной связи сигнал о давлении пара перед турбиной Pпп, а по линии b сигнал о давлении топлива на входе регулирующего органа I, управляемого регулятором. При этом введение сигнала от внешнего возмущения Pг дает возможность улучшить качественные показатели системы регулирования за счет введения канала компенсации указанного возмущения. Имеют место и другие возмущающие факторы, оказывающие влияние на величину давления Pпп, например, изменение качественного состава топлива, подаваемого в топку, изменение расхода перегретого пара на турбину, регулируемого регулятором PN частоты n (мощности Nг генератора) вращения турбины, и др.

                  Передаточная функция объекта регулирования по каналу “регулирующее воздействие X – давление перегретого пара Pпп” может быть представлена в следующем виде:

,

где K0- коэффициент передачи объекта по регулирующему воздействию при нормальном расчетном давлении топлива Pто на входе регулирующего органа; Т1, T2 – постоянные времени объекта; 0 – время чистого запаздывания объекта.

                  Передаточная функция объекта по каналу “возмущение  Pт – давление пара Pпп” имеет вид:

,

где Kов – коэффициент передачи, зависящий от степени открытия X регулирующего органа подачи топлива. Эта зависимость в первом приближении может быть представлена как Xмакс – максимальное перемещение регулирующего органа.



Исходные данные.

                  Задание 1, вариант 20.

                  Вид регулятора – электрический.

                  Общая структурная схема системы регулирования имет вид:

                                                                                                                                   Xв(t)

 

                 X(t)  +    (t)                       (t)                                                                                                Y(t)

                     +

                        -

Рис.3

Выбор типового датчика для системы регулирования.

                  Учитывая то, что нам нужно поддерживать давление перегретого пара

Pпп=105 МПа с 2% точностью, то датчиком давления для нашей системы будет служить басшкальный прибор со встроеннным преобразователем  типа МЭД модификации МЭД-2307 с классом точности 1% и пределами измерений от 0 МПа до 160 МПа. Действие датчика основано на преобразовании давления, воспринимаемого манометрической пружиной, изготовленной из стали или латуни, в изменение индуктивной связи между обмотками выходного дифференциально-трансформаторного преобразователя. Выходное напряжение на рабочий диапазон: 500-1500 мВ.

Условия оптимальной настройки регуляторов по критерию максимального подавления низкочастотных возмущений.

 Типовая структурная схема одноконтурной системы регулирования имеет вид

Рис. 4

Здесь   - передаточная функция объекта по возмущению;

- передаточная функция объекта по управляющему воздействию.

Часто бывает удобно все внешние воздействия на систему привести к одному входу с задающим воздействием  g(t):

Рис. 5

Здесь Wф(p) – передаточная функция некоторого фильтра, определяемого из условия эквивалентности схем на рис. 22 и рис. 23. Для первой схемы

                      (1)

Для второй схемы

    (2)

Здесь Фу(p) и Фв(p) – передаточные функции замкнутой системы по управляющему и возмущающему воздействиям соответственно.

Приравнивая правые части выражений (1) и (2) получим

        (3)

Предполагается, что действующие на систему возмущения носят случайный характер. Поэтому расчет настройки регулятора целесообразно проводить исходя из наиболее вероятного спектра входных воздействий. Линейную систему регулирования можно рассматривать как своеобразный частотный фильтр, через который проходят составляющие гармоники входных воздействий, прежде чем попасть на выход системы.

Тогда идеальной следует считать систему, АЧХ которой относительно возмущения равна нулю во всем диапазоне частот. В то же время с точки зрения наилучшего реагирования на управляющее воздействие АЧХ этой системы по управлению должна быть равна единице. Очевидно, что в реальности эти условия точно выполняться не могут. Задача выбора параметров настройки системы регулирования именно в том и заключается, чтобы в наибольшей степени приблизить АЧХ реальной системы к АЧХ идеальной системы.

На практике к системе предъявляются требования максимального подавления действующих на нее возмущающих воздействий, наложив ограничения на некоторые показатели качества воспроизведения управляющих воздействий или на колебательность переходного процесса системы. В этом случае настройку регуляторов ориентируют на то, чтобы уменьшить помеху , накладываемую на управляющий сигнал  g(t). При этом, чем меньше АЧХ фильтра (3) уклоняется от нуля, тем в большей степени возмущения будут подавляться системой.

Если учесть, что в большинстве случаев возмущающие воздействия имеют наибольшую интенсивность в низкочастотной области, то параметры настройки следует выбирать так, чтобы гарантировать наименьшее уклонение АЧХ фильтра от нуля в окрестности точки с нулевой частотой.

Определение оптимального закона регулирования.

                  Нам необходимо определить закон ПИД-регулирования. Из предположения, что запаздывание в объекте не велико и система будет иметь высокую предельную точность регулирования, можем перейти к использованию приближенной формулы для расчета структуры оптимального регулятора.

                  ПФ регулятора по каналу регулирования без учёта запаздывания запишется в виде:

,

где  – передаточная функция объекта управления по регулирующему каналу без учета запаздывания; WP – ПФ регулятора.

                  Используя исходные данные получим:

 и , следовательно

Тогда, получаем

                  В общем случае ПФ ПИД-регулятора имеет вид:

,

где Кр-коэффициент передачи регулятора,

      Тиз-постоянная времени изодрома,

      Тп- постоянная времени предварения.

Следовательно,

Построим переходные процессы системы по управляющему воздействиям для случая использования такого регулятора с помощью программы RR2_11.

Степень колебательности m определяется как:

,

где α – степень устойчивости, определяемая минимальным расстоянием комплексного корня характеристического уравнения замкнутой системы до мнимой оси; ω – мнимая часть этого корня.

Определение оптимальных параметров настройки регуляторов.

      Чтобы оптимизировать параметры регулятора представим ПФ регулятора так: . Найдём оптимальные параметры настройки с помощью двух методов:

  1.  метод расширенной АФХ,
  2.  графоаналитическим метод.

  1.  Метод расширенной АФХ. 

Его принцип заключается в построении  зависимости С1 от С0, где, а С0р при условии равенства степени колебательности заданной величине. При этом получается область настроек параметров регулятора, из которой выбираем точку оптимальной настройки из условия минимума СКО при низкочастотных возмущениях, для которого . Этим параметрам соответствует максимальное подавление возмущающего воздействия. На основе этих данных найдем истинные значения параметров регулятора. С помощью программы RR2_11 построим зависимость C1(C0) и изменяя значение С2 найдем точку оптимальной настройки:

Рис.5. Построение зависимости С1(С0)

Получили оптимальные настройки регулятора:

       

и ПФ регулятора в этом случае .

Теперь, зная оптимальные настройки и вид передаточной функции можно построить графики переходных процессов по каналам действия регулирующего и возмущающего воздействий.

Рис.6. Переходная характеристика системы по управляющему воздействию при оптимальных  параметрах настройки регулятора.

Рис.7. Переходная характеристика системы по управляющему воздействию при оптимальных  параметрах настройки регулятора.

Получили, что степень колебательности  и это удовлетворяет заданному ограничению.

2. Графоаналитический метод. 

В данном случае в качестве ограничений удобно использовать ограничения на показатель колебательности замкнутой системы

 

При расчете используется тот факт, что при выполнении указанного ограничения АФХ разомкнутой системы W() не должна пересекать и охватывать окружность индекса Мзад. Границе выполнения ограничения соответствует касание характеристики  W() данной окружности.

При оптимальной настройке ПИД-регулятора отношение следует выбирать равным 0.5. Но следует иметь в виду, что первая производная , где , в условиях оптимальности не обращается в 0, а лишь принимает свое минимальное значение, когда отношение имеет максимальную величину. Поэтому следует определять     для нескольких значений  , близких к 0.5, чтобы выбрать затем то, при котором =max.

Воспользуемся программой «Reg».

Tп/Tиз

Kp

Tиз

Kp/ Tиз

0,5

0.3484

89.3333

0,55

0.3346

86.6666

0,58

0.3263

85.3333

0,6

0.3203

84.6666

0.61

0.3185

84.0000

0,62

0.3131

83.3333

0,65

0.3074

82.6666


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10398. Власть и общественные интересы. Формы и средства выражения в политике 28.5 KB
  Власть и общественные интересы. Формы и средства выражения в политике. Понятие власть является одним из центральных в политологии дающим ключ к пониманию политических институтов политических движений и самой политики. Под властью понимают возможность и способно
10399. Типология современных политических режимов 25.5 KB
  Типология современных политических режимов. В современной политологии различают три их основных типа: демократический авторитарный и тоталитарный. Понятие политический режим представляет собой совокупность методов средств и приемов с помощью которых властные
10400. Политические партии в обществе, их классификация и функции 26 KB
  Политические партии в обществе их классификация и функции. Партия как термин имеет латинское происхождение и означает часть группа т.е. часть более крупной общности. Политическая партия наиболее активная и организованная часть какоголибо класса или социального сл
10401. Типология партийных систем. Развитие многопартийности в России 31 KB
  Типология партийных систем. Развитие многопартийности в России. В политологии принято различать партийные системы. В зависимости от положения и количества политических партий в политической системе взаимопонимания и взаимодействия между ними складывается партий
10402. Государство как институт политической системы общества, его основные черты и формы 43 KB
  Государство как институт политической системы общества его основные черты и формы. Центральным институтом политической системы является государство. Именно в его деятельности концентрируется основное содержание политики. Исследованием проблем государства заним
10403. Проблемы генезиса и сущность государства: многообразие подходов и точек зрения 27 KB
  Проблемы генезиса и сущность государства: многообразие подходов и точек зрения. Существует ряд концепций происхождения государства. Теократическая концепция связывает происхождение государства с божьим установлением его промыслом. Согласно этой концепции мон...
10404. Правовое государство и гражданское общество 29 KB
  Правовое государство и гражданское общество. Понятие правового государства тесно связано с понятием демократии. В ст.1. гл.1 российской Конституции сказано: Российская Федерация Россия есть демократическое федеративное правовое государство с республиканской формо...
10405. Парламент и парламентаризм 37.5 KB
  Парламент и парламентаризм. Парламент англ. parliament от франц. parlemeni от parler говорить высший представительный орган власти. Впервые был образован в Англии в XIII в. как орган сословного представительства, реальное значение приобрел после буржуазных революций XVII-XVIII вв. Па
10406. Сущность, основные черты и типы демократии 30.5 KB
  Сущность основные черты и типы демократии. В переводе с греческого термин демократия означает власть народа. Полное и четкое определение понятия демократия сформулировать достаточно сложно тем не менее можно выделить ряд характерных признаков присущих всем де...