Наладка АСР уровня конденсата в конденсатосборнике главного конденсатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наладка АСР уровня конденсата в конденсатосборнике главного конденсатора

1. Задание на курсовой проект

автоматический настройка конденсатор регулятор

По экспериментальным данным построить импульсную характеристику определить постоянные коэффициенты конденсатосборника как объекта регулирования уровня конденсатора. По импульсной характеристике построить разгонную характеристику определить постоянные коэффициенты конденсатосборника как объекта регулирования уровня конденсатора. По двум характеристикам получить оптимальные постоянные коэффициенты конденсатосборника как объекта регулирования уровня конденсатора.

Произвести расчет оптимальных параметров настройки ПИ регулятора, тремя способами:

1. По аналитическим зависимостям

2. По номограммам

3. Выводом АСР в режим автоколебаний

Усреднить и произвести доводку параметров параметров настройки регулятора. Построить переходные процессы и произвести их обработку.

При снятии экспериментальной импульсной характеристики наносилось импульсное возмущение величиной =0,18 и длительностью импульса =13 .

№ п/п	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	0	0.00051	0,0018	0,0072	0,012	0,016	0,017	0,022	0,0227	0,024	0,024	0,024	0,024

Значения регулируемого параметра фиксировались через каждые 0,5.

 ,

где - номинальный расход пара на паровую турбину.

,

где =400 мм

2. Задачи автоматического регулирования АСР уровня воды в конденсатосборнике конденсатора

Конденсатной системой является часть паросиловой установки, предназначенная для подачи конденсата от конденсатора до питательных насосов котлов, обработки конденсата с целью ограничения растворенного в нем кислорода допустимым нормам (0,02 - 0,05 мг/л) и охлаждения рабочей среды в различных теплообменных (холодильниках эжекторов отсоса воздуха из конденсатора и деаэратора, охладителях и др.) аппаратах.

Конденсатная система должна обеспечить нормальные условия работы конденсатора, отвод конденсата от конденсатора в деаэратор, работу теплообменных аппаратов, установленных на конденсатном тракте, регенерацию тепла в теплообменниках, аккумуляцию избыточного конденсата в цикле, восполнение утечек конденсата и его деаэрацию. На рис.1 дана принципиальная схема конденсатной системы, применяемая на современных турбоходах.



Рис.1. Принципиальная схема конденсатной системы турбохода

Конденсатный насос 8 забирает конденсат из конденсатосборника 7 и через теплообменные аппараты 5 и 6 (холодильники эжекторов, масла, испарителей, подогреватель низкого давления и др.) подает его в термический деаэратор 3. После теплообменника 6 предусматривается рециркуляция конденсата для обеспечения работы холодильников эжекторов (теплообменники 5) на частичных нагрузках энергетической установки, когда количество конденсата уменьшается. Конденсат пара из теплообменников поступает в цистерну горячих конденсатов 9, откуда насосом 10 подается в главный конденсатный трубопровод 2. Уравнительная цистерна 4 служит для аккумуляции избытков конденсата и пополнения цикла при его нехватке.

Чтобы были обеспечены нормальные условия работы конденсатора, верхнее положение уровня конденсата в конденсатосборнике должно быть ниже конденсаторных трубок, так как их затопление ухудшит работу конденсатора, что приведет к падению вакуума и, следовательно, уменьшению к. п. д. турбины, а вследствие увлажнения пара повысится износ последних ее ступеней. При достаточно больших падениях вакуума создается аварийная ситуация для работы турбины (предусматривается аварийная защита по падению вакуума, прекращающая работу турбины).

Для нормального отвода конденсата из конденсатосборника и работы конденсатного насоса необходимо, чтобы нижнее положение уровня конденсата обеспечило подпор на всасывающем патрубке конденсатного насоса во избежание кавитации его крылатки и срыва работы.

Существенное значение для экономичности работы энергетической установки имеет величина переохлаждения конденсата, так как это связано с излишними затратами энергии на привод циркуляционного насоса и подогрев питательной воды, а также с перенасыщением конденсата кислородом.

В конденсатную магистраль включаются теплообменные аппараты, в которых конденсат служит охлаждающей средой, что позволяет осуществить регенерацию тепла.

В части теплообменных аппаратов тепловая нагрузка может меняться в широких пределах независимо от режимов работы турбинной установки, например в холодильниках испарителей котельной воды. Поэтому для более полной регенерации тепла и обеспечения нормальной работы теплообменников целесообразно регулировать расход конденсата, используя для этого его температуру на выходе из них как регулируемую величину. При этом обязательно должна быть обеспечена работа холодильников эжекторов на всех режимах работы, включая маневры энергетической установки, во избежание срыва вакуума в конденсаторе и работы концевых уплотнений.

Деаэрация достигается подогревом всей массы конденсата до температуры кипения в термическом деаэраторе. Для этого конденсат, поступающий в деаэратор, распыливается специальными распылителями и смешивается с греющим паром. В нормальных условиях для деаэрации используется пар из отборов турбины при неработающих отборах -- редуцированный пар из котла либо отработавший пар турбомеханизмов.

Деаэратор одновременно является регенеративным подогревателем питательной воды. Чтобы подогреть конденсат до температуры кипения, необходимо подавать в деаэратор строго определенное количество греющего пара, так как его избыток приведет к сбросу части тепла и конденсата в атмосферу, а недостаток не обеспечит достаточной деаэрации конденсата. Так как контроль и поддержание заданной температуры осуществлять труднее из-за инерционности измерителей температуры, поддержание постоянной температуры кипения конденсата в деаэраторе осуществляется по давлению пара в нём (поскольку давление и температура кипения связаны однозначной зависимостью).

Для того чтобы исключить затопление распылителей конденсата и обеспечить необходимое паровое пространство в деаэраторе, создать нужный подпор на патрубке питательного насоса и запас воды для его работы в переходных режимах, необходимо поддерживать положение уровня в деаэраторе в определенных пределах. Необходимость поддержания уровня воды в деаэраторе обусловливается также неизбежными утечками конденсата из цикла (примерно 1%), использованием в некоторых установках вторичного пара испарителей котельной воды в деаэраторе, а также эпизодическим сбросом конденсата из сборника горячих конденсатов в деаэратор.

При поддержании заданных значений уровней воды в котле и в конденсаторе эти факторы могут привести к недопустимым отклонениям уровня в деаэраторе.

Сброс конденсата из конденсатосборника горячих конденсатов не должен происходить слишком часто, и в то же время нельзя допускать переполнения сборника. Поэтому сброс осуществляется по мере наполнения сборника, т. е. по верхнему допустимому уровню, -- в этом случае включается насос 10, а по нижнему допустимому уровню он выключается.

Таким образом, чтобы обеспечить надежную и экономичную работу конденсатной магистрали, необходимо поддерживать заданные уровни воды в конденсаторе и в деаэраторе, температуру переохлаждения конденсата, температуру конденсата после теплообменных аппаратов, давление пара в деаэраторе, а также обеспечить переброску конденсата из сборника горячих конденсатов в деаэратор.

Конденсатная система современного паротурбинного судна имеет значительную протяженность, ее элементы расположены на различных уровнях машинно-котельного отделения, поэтому наблюдение за ней и поддержание оптимальных режимов ее работы, особенно в период маневров энергетической установки, весьма затруднены. В то же время качество работы конденсатной системы влияет на к.п.д. энергетической установки и ее надежность.

В связи с этим в настоящее время на всех турбоходах поддержание основных величин, характеризующих работу конденсатной системы, осуществляется автоматически.

Поддержание уровня воды в конденсатосборнике осуществляется с целью обеспечения работы конденсатных центробежных насосов и предотвращения затопления трубок конденсатора. В судовых установках нашли наибольшее распространение схемы поддержания уровня посредством регулирования подачи конденсатного насоса, что достигается изменением характеристики его внешней сети.

Поворот характеристики сети конденсатного насоса достигается перемещением регулирующего органа, установленного на напорной конденсатной магистрали. Поскольку в современных судовых паросиловых установках конденсатные насосы снабжаются электроприводом с постоянным числом оборотов, то характеристика насоса при данной высоте подпора остается неизменной на всех режимах работы установки, а потому положение характеристики сети, определяемое положением регулирующего, органа, однозначно определяет производительность и напор конденсатного насоса.

Регулирующим органом управляют автоматически при помощи регулятора, контролирующего уровень в одной из емкостей конденсатной системы (конденсаторе или деаэраторе). Так как процесс изменения производительности конденсатного насоса поворотом характеристики сети при постоянном числе его оборотов без инерционен, то установка регулирующего органа на напорной конденсатной магистрали не повлияет на динамическую структуру конлирования уровня, а следовательно, на его динамические качества.



Характеристику сети конденсатного насоса в установках с деаэратором можно изменить тремя способами: дросселированием всего количества конденсата, нагнетаемого конденсатным насосом в деаэратор; дросселированием только части этого количества конденсата, возвращаемого из напорной конденсатной магистрали в конденсатор, и комбинацией обоих этих способов.

Первый способ, регулирования производительности конденсатного насоса называется дроссельным, второй -- регулированием рециркуляцией, третий - комбинированным регулированием

При дроссельном регулировании производительности конденсатного насоса регулирующий орган устанавливают на напорной конденсатной магистрали перед теплообменными аппаратами, в которых конденсат служит охлаждающей средой (рис. 2, а).

Для удобства исследования процессов регулирования конденсатной системы построим кривую изменения давления конденсата перед деаэратором, которую назовем характеристикой напорного конденсатного трубопровода (сети), вычитая гидравлические сопротивления, от характеристики самого насоса. На рис. 2,б кривая ВС представляет характеристику конденсатного насоса, кривые ВД₁, ВД2 и т, д. -- характеристики напорного конденсатного трубопровода при разных положениях регулирующего органа, НдА характеристику форсуночного устройства деаэратора. Перемещению регулирующего органа соответствует поворот характеристики напорного конденсатного трубопровода вокруг начала (точки В). Точки пересечения этой характеристики с характеристикой форсуночного устройства деаэратора определяют производительность конденсатного насоса или расход конденсата в деаэратор при каждом положении регулирующего органа. Разность ординат ДН характеристики форсуночного устройства деаэратора и характеристики напорного конденсатного трубопровода при полностью открытом регулирующем органе (ВД) представляет собой перепад давлений, срабатываемый на этом органе при каждом его положении или расходе конденсата через него С₅.

При дроссельном способе регулирования производительность конденсатного насоса всегда равна расходу воды в деаэратор и поэтому меняется в тех же пределах, что и нагрузка установки. В ряде установок при дроссельном регулировании производительности конденсатного насоса расход конденсата на малых нагрузках оказывается недостаточным для охлаждения теплообменных аппаратов, включенных последовательно в напорную конденсатную магистраль.

Это является основным недостатком данного метода, поэтому таких случаях прибегают к регулированию производительности конденсатного насоса либо рециркуляцией, либо комбинированным методом.

При регулировании производительности конденсатного насоса рециркуляцией регулирующий орган устанавливают на отростке трубопровода, по которому осуществляется возврат воды (рециркуляция) из напорной конденсатной магистрали за теплообменными аппаратами к конденсатору (рис, 3, а).

При полностью закрытом регулирующем клапане рециркуляции расход конденсата в деаэратор максимален и определяется точкой М пересечения характеристики форсуночного устройства деаэратора (Н_ДА) с характеристикой напорного конденсатного трубопровода (ВD), построенной таким же способом, что и в предыдущем случае (рис. 3,б).

При открывании регулирующего клапана рециркуляции давление перед деаэратором и соответственно расход конденсата в него уменьшаются, а производительность конденсатного насоса возрастает. При каждом значении расхода конденсата в деаэратор G₁ производительность конденсатного насоса определится в точке b пересечения характеристики ВD напорного конденсатного трубопровода с прямой аb, проведенной из точки а характеристики форсуночного устройства деаэратора, соответствующей расходу конденсата в него G1, параллельно оси абсцисс.

Отрезок аb = G_н - G1, представляет собой расход конденсата из напорной конденсатной магистрали в конденсатор через клапан рециркуляции при данной нагрузке деаэратора G1. Абсцисса точки b представляет производительность конденсатного насоса Gн при этой нагрузке деаэратора.

При перемещении регулирующего клапана рециркуляции отрезок аb, смещается параллельно оси абсцисс, определяя для каждого положения клапана параметры конденсатного насоса, расход воды в деаэратор и на рециркуляцию.

Рис. 3, Регулирование производительности конденсатного насоса рециркуляцией: а а -- схема регулирования; б -- характеристика насоса и сети 1 -- конденсатор; 2 -- конденсатный насос; 3 -- регулятор уровня воды в конденсаторе; 4 -- теплообменные аппараты; 6 -- деаэратор

Как видно из рис. 3, при регулировании конденсатного насоса, рециркуляцией его производительность с уменьшением нагрузки установки увеличивается, что и обеспечивает достаточный расход охлаждающей среды (конденсата) через теплообменные аппараты на всех режимах работы установки. Это положительное свойство способа регулирования рециркуляцией является вместе с тем и недостатком, поскольку он связан с большими затратами мощности конденсатного насоса на режимах работы установки с малыми нагрузками, чем при дроссельном регулировании.

Регулирование конденсатного насоса рециркуляцией становится физически неосуществимым при весьма пологих характеристиках насоса, так как у таких насосов при малых расходах воды в деаэратор производительность должна возрасти настолько, что практически; развить ее не представляется возможным.

Кроме того, при регулировании производительности конденсатного насоса одной рециркуляцией возмущения деаэратора со стороны конденсатной магистрали при одном и том же перемещении. регулируемого клапана больше, чем при чисто дроссельном регулировании. Это различие в возмущающих воздействиях деаэратора при обоих способах регулирования производительности конденсатного насоса особенно заметно в области режимов работы установки с малыми нагрузками. Объясняется это тем, что в области малых нагрузок характеристика сети при дроссельном регулировании пересекается с пологой ветвью характеристики конденсатного насоса, а при регулировании рециркуляцией -- с ее крутой ветвью.

Таким образом, при одной и той же величине перемещения регулирующего органа при дроссельном регулировании производительности конденсатного насоса в деаэратор поступает меньшее количество конденсата, чем при регулировании рециркуляцией.

Применение комбинированного регулирования производительности конденсатного насоса заключается в следующем. Регулирующий орган выполняют в виде двух клапанов с общим приводом от сервомотора регулятора уровня, последовательно перемещающего их в противоположных направлениях. Один клапан устанавливают на напорной конденсатной магистрали до теплообменных аппаратов, другой -- на отростке рециркуляции конденсата из напорной конденсатной магистрали в конденсатор за аппаратами (рис, 219, а).

Рис. 4. Комбинированное регулирование производительности конденсатного насоса: а -- схема регулирования; б -- характеристики насоса и сети. 1 - конденсатор, 2 -- конденсатный насос; 3 -- регулятор уровня воды в конденсаторе; 4 -- теплообменные аппараты; 5 -- деаэратор

В области расходов воды в деаэратор G_макс-- G_о регулирование производительности конденсатного насоса осуществляют дроссельным клапаном, а клапан рециркуляции остается закрытым. В области расходов воды в деаэратор G_о -- О положение дроссельного клапана остается неизменным и меняется площадь проходного сечения клапана рециркуляции. При этом производительность конденсатного насоса перераспределяется между деаэратором и трубопроводом возврата в конденсатор через клапан рециркуляции. Величину каждого из этих расходов можно определить следующим образом. Допустим что дроссельный клапан занимает предельное положение и характеристика напорного конденсатного трубопровода достигла крайнего положения ВD_o, которому соответствует производительность конденсатного насоса G₀ (см. рис. 4, б), Расход конденсата G₀ полностью поступает в деаэратор, поскольку клапан рециркуляции при этом закрыт. Допустим далее, что нагрузка деаэратора по воде должна быть снижена до G₁. Открывая клапан рециркуляции и снижая давление перед деаэратором до величины, определяющей требуемый расход, конденсата в него G₁, тем самым повышаем производительность конденсатного насоса. Величину этой производительности получим, если из точки а на характеристике форсуночного устройства деаэратора Н_ДА, соответствующей данному расходу конденсата в него G₁, проведем прямую, параллельную оси абсцисс. Точка b пересечения этой прямой с характеристикой BD₀ напорной конденсатной магистрали определяет производительность конденсатного насоса G_Н, а отрезок аb-- расход конденсата из напорной конденсатной магистрали в конденсатор через клапан рециркуляции при данном расходе конденсата в деаэратор G₁.

Как видно, при комбинированном регулировании расход на рециркуляцию и производительность конденсатного насоса на каждом режиме работы установки значительно меньше, чем при реагировании одной рециркуляцией.

Регулирование уровня воды в конденсатосборнике посредством саморегулирования конденсатного насоса.

При понижении высоты столба воды на всасывании насоса до такой величины, при которой давление в его всасывающем патрубке станет равным давлению кипения, соответствующему температуре конденсата, на рабочем колесе насоса начнется частичное парообразование конденсата. При этом производительность насоса снижается вследствие повышения объема пароводяной смеси, проходящей через рабочее колесо насоса. Однако одновременно давление перед рабочим колесом быстро повышается, что вызывает мгновенную конденсацию пузырьков пара. Таким образом, при достижении определенной величины высоты подпора имеет место чередование образования пузырьков пара и их конденсации. Такой режим работы насоса называется кавитационным.

В условиях кавитации насос работает по семейству круто спадающих характеристик, каждая из которых соответствует данной высоте подпора на рабочем колесе (рис. 5). Как видно из этого рисунка, в кавитационном режиме работы при уменьшении высоты подпора насос автоматически переходит с одной характеристики (ВС2) па другую (ВС3) и его производительность при этом уменьшается с G₂ до G1. Так как поступление конденсата в сборник остались неизменным (G2), то уровень и вместе с ним и производительность насоса начнут быстро повышаться.

Таким образом, при изменении нагрузки установки, благодаря саморегулированию конденсатного насоса устанавливается определенное положение уровня в конденсаторе, которое и сохраняется неизменным.

Рис 5. Характеристики среды и насоса при его саморегулировании

Однако на малых нагрузках, где характеристика сети конденсатного насоса имеет пологий вид, она может пересечься с характеристикой насоса при малой высоте подпора. При этом наступает неустойчивая работа насоса, сопровождаемая его «срывами», сильными ударами в гидравлической части и колебаниями уровня в конденсаторе.

Для исключения этой неустойчивой области работы насоса искусственно повышают его производительность, на малых нагрузках установки путем рециркуляции определенного количества конденсата из напорной конденсатной магистрали в конденсатор. Такое повышение производительности конденсатного насоса в сравнении с расходом пара в конденсатор на малых нагрузках установки может оказаться необходимым также и для обеспечения теплообменных аппаратов требуемым количеством охлаждающей среды. Включение в действие рециркуляции на малых нагрузках можно осуществить вручную, дистанционно, или автоматически при помощи монореле.

Регулирование производительности конденсатного насоса за счет саморегулирования имеет ряд преимуществ, в сравнении с его принудительным регулированием при помощи регулирующего органа. Одно из таких преимуществ -- простота и надежность, поскольку отпадает необходимость установки регулятора уровня в конденсаторе. Другое преимущество - минимальный расход мощности на привод насоса в связи с отсутствием дросселирования в напорной конденсатной магистрали или рециркуляции конденсата из нее в конденсатор. Недостаток данного способа регулирования -- работа насоса в условиях кавитации. Поэтому рабочее колесо насоса имеет больший износ и меньший срок службы, чем при бескавитационном режиме, обеспечиваемом принудительным регулированием производительности конденсатного насоса (воздействием па характеристику его сети при помощи регулятора уровня).

Однако по практическим данным срок службы рабочего колеса конденсатного насоса, работающего в кавитационном режиме при саморегулировании, достаточно велик и использование такого способа регулирования его производительности вполне оправдано. Этот способ регулирования имеет широкое распространение в паросиловых установках транспортных судов.

3. Оценка динамических свойств конденсатосборнике как объекта регулирования уровня конденсата. Возмущающие и регулирующие воздействия

В состав конденсатной системы современных судовых установок входят последовательно включенные в нее по потоку конденсата: конденсатосборнике в конденсаторе, конденсатный насос, деаэратор, связывающие их трубопроводы с арматурой и теплообменниками.

Конденсатосборнике является емкость в нижней части конденсатора, в которой собирается конденсат пара, отработавшего в главной турбине и в других элементах установки, и из которой конденсатный насос откачивает конденсат в деаэратор. Для нормальной работы конденсатного насоса (без срывов) на его всасывании должен быть определенный подпор, обеспечиваемый расположением крылатки ниже сборника конденсатора и удержанием уровня в последнем в заданных границах. Поддержание определенного положения уровня осуществляется либо принудительно (при помощи регулятора), либо за счет свойства саморегулирования насоса. Следовательно, уровень в конденсаторе является одним из регулируемых параметров конденсатной системы.

Конденсатный насос обычно выполняют с электрическим приводом, работающим с постоянным числом оборотов. Характеристика насоса остается неизменной, так что его давление нагнетания определяется точкой пересечения этой характеристики с характеристикой сети при данной производительности. Поворотом характеристики сети достигается определенная зависимость изменения давления: в напорной конденсатной магистрали от положения уровня в конденсаторе, а потому нет необходимости устанавливать регулятор для автоматического регулирования этого давления.

Таким образом, в общем случае конденсатная система характеризуется четырьмя регулируемыми параметрами: уровнем в конденсаторе, давлением и уровнем и деаэраторе и температурой конденсата на выходе из теплообменных аппаратов, установленных в напорной конденсатной магистрали. Следовательно, система регулирования конденсатной системы в общем случае состоит из четырех контуров, образуемых соответствующими аккумуляторами (сборник конденсата в конденсаторе, паровой и водяной объемы в деаэраторе и тепловая емкость теплообменных аппаратов) и регуляторами, контролирующими регулируемые параметры аккумуляторов и оказывающими регулирующие воздействия на них при помощи регулирующих органов.

Задача этой системы регулирования заключается в поддержании определенной линии статических режимов работы каждого из перечисленных аккумуляторов конденсатной системы.

К динамическим качествам контура регулирования уровня в конденсатосборнике установок, снабженных термическим деаэратором, предъявляют высокие требования, поскольку колебания регулирующего органа этого контура, а следовательно, и расхода конденсата в сеть, являются внешними возмущениями для деаэратора. Если для конденсатора и конденсатного насоса колебания контура регулирования уровня не имеют практического значения, то в деаэраторе, а через него и в системе греющего пара они могут вызвать недопустимые колебания параметров.

Интенсивность действия внешних возмущений деаэратора, обусловленных одними и теми же колебаниями регулирующего органа контура регулирования уровня в конденсаторе, различна в зависимости от принятого способа регулирования производительности конденсатного насоса. При дроссельном регулировании эти возмущения менее интенсивны, чем при регулировании рециркуляцией. Поэтому при первом способе регулирования требования к динамическим качествам контура регулирования уровня в конденсаторе могут быть менее жесткими, чем при регулировании рециркуляцией.

Объект контура регулирования уровня в конденсатосборнике. Зависимостью производительности конденсатного насоса от высоты подпора или уровня конденсата в сборнике можно пренебречь и сборник считать одноаккумуляторным объектом без самовыравнивания.

Конденсатосборнике как объект регулирования уровня является одноёмкостным объектом без самовыравнивания, динамические свойства которого могут быть выражены уравнением

Применительно к конденсатосборнику как объекту регулирования в этом уравнении:

- время разгона -- время, за которое уровень воды в конденсатосборнике изменится от максимального до минимального значения при отсутствии поступления пара в конденсатор и при подаче конденсатного насоса, соответствующей нагрузке установки в 100%; может быть определено по формуле

,

где

F -- площадь конденсатосборника, м²;

ДH -- допустимые пределы отклонения уровня в конденсатосборнике, м;

г -- плотность конденсата, кг/м³;

G₂ -- подача конденсата в деаэратор при 100%-ной нагрузке установки, кг/с;

ц -- относительное изменение уровня воды в конденсатосборнике;

м -- относительное изменение подвода конденсата в конденсатосборник;

л -- относительное изменение отвода конденсата из конденсатосборника.

Следует иметь в виду, что перед м знак может изменяться. Если регулирование уровня производится изменением подачи конденсатного насоса, то перед м ставится знак плюс; если же регулирование уровня осуществляется добавкой, сбросом воды из теплого ящика или специальной емкости, то перед м ставится знак минус.

Так как конденсатор как объект регулирования уровня не обладает самовыравниванием, регуляторы уровня воды в конденсаторе обязательно должны иметь в своем составе стабилизирующие средства.

Регулирующим воздействием на уровень воды в конденсатосборнике является изменение производительности конденсатного насоса. Способы регулирования, которого были рассмотрены выше.

Возмущающими являются воздействия на конденсатную систему со стороны других элементов ПТУ, с которыми она граничит. Основными такими возмущениями служат изменение расхода конденсата в сборник конденсатов, которое можно считать равным изменению расхода пара на турбину, изменение производительности питательного насоса, изменение режима работы циркуляционной системы и температуры забортной воды. Однако основным возмущающим воздействием следует считать изменение расхода пара на турбину ГТЗА.

4. Оценка динамических свойств конденсатосборника экспериментальным методом

Для оценки динамических свойств конденсатосборника как ОР уровня необходимо построить экспериментальную импульсную характеристику в безразмерных единицах и по ней достроить экспериментальную разгонную характеристику, которую аппроксимируем соответствующими типовыми звеньями.

Табл. 1 Экспериментальные данные для построения импульсной характеристики

№ п/п	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	0	0.00051	0,0018	0,0072	0,012	0,016	0,017	0,022	0,0227	0,024	0,024	0,024	0,024
	0	6.5	13	19.5	26	32.5	39	45.5	52	58.5	65	71.5	78

Рис.6 Импульсное возмущающее воздействие

Импульсное возмущающее воздействие (Рис.6) может быть представлена как два ступенчатых возмущающих воздействия (l0 ) смещенных друг относительно друга на величину (Дt_им), имеет преимущество по сравнения со ступенчатым заключающееся в том, что динамические свойства можно определить при меньшем по величине возмущением на 30-50% по сравнению со скачком. Импульсное возмущения характеризуется амплитудой импульса (l0 ) и продолжительностью импульса (Дt_им).



Рис.6 Экспериментальная импульсная характеристика

Импульсная характеристика может быть представлена разностью двух характеристик :

ц = ц₁ - ц₂

смещённых на время импульсного воздействия Дt_имп.

Порядок построения характеристики ц₁ из ц следующий.

На оси времени откладываем промежутки времени Дt_имп, равные длительности входного импульса. Строят импульсную характеристику. Ординату ц(Дt_и) откладываем в отрицательном направлении в момент времени 2Дt_и и прибавляем к ординате щ(2 Дt_и). Полученные точки принадлежат характеристикам ц₁ и ц₂ при t = 2Дt_и. Затем ординату ц₁ (2Дt_и) откладываем в отрицательном направлении в момент времени 3Дt_и , а также прибавляют к ординате ц (3Дt_и) и т. д. Таким образом восстанавливают разгонную характеристику по известной импульсной.

Построим экспериментальную импульсную характеристику по данным задания, где изменение уровня в конденсатосборнике представлено в безразмерных единицах в соответствии с заданием.

Обработка экспериментально-импульсной характеристики может производиться двумя методами:

а ) метод планиметрирования импульсной характеристики

Рис.7. Определение постоянных коэффициентов объекта методом планиметрирования импульсной характеристики.

б ) метод достраивания импульсной характеристики до разгонной по которой, используя известный графический метод, определяем численные значения коэффициентов объекта регулирования.

Рис.8. Определение постоянных коэффициентов объекта методом достраивания импульсной характеристики до разгонной.

С учетом того что, импульс превышает значение установившегося значения во много раз по осям графика откладываем дополнительные оси координат с десятикратным увеличениям масштаба.

Определим постоянные коэффициенты объекта по импульсной и по разгонной характеристикам и найдем средние значения.

По импульсной характеристике:

= 0.18*13=2.34

c =30-6.5=23.5c

По разгонной характеристике: с =24 с

Среднее значение: с; =23.75 с

5. Обоснование выбора регулятора. Устройство, принцип действия регулятора и его элементов. Принципиальная, функциональная и структурная схема регулятора. Статическая и динамическая характеристики регулятор

Так как конденсатосборник как объект регулирования уровня не обладает самовыравниванием, регуляторы уровня воды в конденсатосборнике обязательно должны иметь в своем составе стабилизирующие средства.

Наибольшее распространение получили одноимпульсные регуляторы непрямого действия с жесткой или гибкой обратной связью. На судах отечественной постройки преимущество отдается П-регуляторам, что позволяет в значительной мере компенсировать изменение водосодержания в котлах при различных нагрузках.

Однако регулятор такой конструкции имеет большие размеры, а потому в ряде случаев оказывается затруднительным разместить его на судне под уровнем в конденсаторе. Тогда прибегают к конструкции регулятора уровня, в которой измерительный и усилительный органы можно отдалить от сервомотора с регулирующим органом на сколь угодно большое расстояние. Такой конструкцией является регулятор с изодромной обратной связью.

Рис. 9. Схема АСР уровня в конденсатосборнике с мембранным измерительным и струйным усилительным органами и с изодромной обратной связью.1 -- конденсационный сосуд; 2 -- измерительный орган; 3 -- установочная пружина; 4-- усилительный орган; 5 -- регулирующий орган; 6 -- сервомотор; 7 -- изодром; 8 -- пружина обратной связи.

Рабочей средой в его усилительном органе является непосредственно конденсат, протекающий через его регулирующий орган.

Мембранный измерительный орган представлен на рис. 10.

Рис. 10. Конструкция мембранного измерительного органа регулятора уровня в конденсаторе. 1 - штуцера; 2 - корпус; 3 - мембрана; 4 - рычаг

Весь столб воды, действующий на мембрану, уравновешивается натяжением пружины, и уравновешивающий груз здесь отсутствует.

Груз в измерительном органе удается исключить потому, что, во-первых, благодаря специфической форме поперечного сечения сборника конденсатов в конденсаторе, высота столба воды, действующего на мембрану, при качке судна остается почти неизменной, во-вторых, величина этого столба сравнительно невелика.

Однако при отсутствии груза внутренние трения измерительного органа могут оказаться недостаточными для компенсации влияния масс, присоединенных к мембране измерительного органа, на качество регулирования уровня в конденсаторе. В этих случаях в измерительную систему регулятора приходится вводить специальное демпфирующее средство, например, дроссельную шайбу с малым проходным сечением (в импульсный трубопровод) с целью создания заметной силы жидкостного трения. В регуляторах уровня в барабане котла с мембранным измерительным органом надобности в такой шайбе нет, поскольку достаточная сила жидкостного трения создается трением присоединенного к мембране груза о жидкость в кольцевом зазоре между грузом и корпусом.

Для поддержания постоянного уровня в конденсационном сосуде его приходится постоянно подпитывать конденсатом из напорной конденсатной магистрали или отработавшей в усилительном органе водой, поскольку конденсация пара в сосуде весьма слабая.

В качестве корректирующего звена принимаем мембранный изодром.

В регуляторе с гибкой обратной связью при любых положениях регулирующего органа натяжения пружин измерительного органа неизменны. Из условия равновесия измерительного органа нетрудно показать, что в этом случае и значение регулируемого параметра неизменно при всех положениях регулирующего органа, т. е. статическая характеристика регулятора горизонтальна. Гибкая обратная снизь, обеспечивающая горизонтальную статическую характеристику регулятора, называется изодромной, а катаракт -- изодромом.

На рис. 11 изображена конструкция мембранного изодрома. В этой конструкции мембрана снабжена пружинными клапанами, открывающимися при достижении мембраной крайних положений и сообщающими обе полости цилиндра изодрома.

При этом усилительный орган непосредственно сообщается с сервомотором через открытый клапан в поршне изодрома. Размеры изодрома обычно выбирают так, что мембрана достигает своего крайнего положения еще до того, как поршень сервомотора достигнет своего крайнего положения. Поэтому открытие, пружинного клапана в мембране изодрома эквивалентно выключению из действия обратной связи на всем дальнейшем участке перемещения поршня сервомотора.

Рис. 11. Конструкция мембранного изодрома: 1 - мембрана; 2 - штуцер; 3 - корпус; 4 - шток; 5 - нулевая пружина; 6 - стакан; 7 - игла изодрома; 8 - металлическая пластина; 9 - пружинные клапана .

На рис. 12 представлена функциональная схема ПИ - регулятора.



Рис. 12.Функциональная схема одноимпульсного ПИ-регулятора

ЧЭ - измерительное устройство;

ЗУ - задающее устройство;

ЭС - элемент сравнения;

УУ - усилительное устройство;

ИМ - исполнительный механизм;

Рис. 13.Структурная схема одноимпульсного ПИ-регулятора

Запишем соответствующие передаточные функции:

1) Измерительное устройство

;

2) Усилительное устройство

3) ГОС

;

4) Исполнительный механизм

.

После несложных преобразований передаточная функция реального гидравлического ПИ - регулятора примет вид:

,

где

Уравнение динамики данного регулятора:

Если , то получим уравнение динамики идеального ПИ - регулятора.

Где - передаточная функция балластного звена.

; ;

При выносе балластного звена от регулятора к ОР образуется реальный ОР. Ниже представлены динамические характеристики реального и приведенного ОР.

Передаточная функция идеального ПИ- регулятора имеет вид:

Уравнение динамики идеального регулятора:

Рис. 15. Динамические характеристики реального(1) и идеального регуляторов (2)

6. Статика и динамика АСР. Уравнение вынужденного движения АСР

Для определения статики и динамики АСР необходимо составить ее структурную схему (Рис.17), определить передаточную функцию замкнутой системы и вывести уравнение вынужденного движения АСР.

Рис.17. Структурная схема АСР.

Передаточная функция замкнутой системы:

7. Расчет оптимальных параметров настройки регулятора по аналитическим зависимостям, по номограммам и выводом АСР в режим автоколебаний, обеспечивающим степень затухания 85 - 95 %

На практике существует целый ряд методов расчёта параметров настройки и среди инженерных (упрощённых) можно назвать следующие:

- по аналитическим зависимостям;

- по номограммам;

- выводом АСР в режим автоколебаний.

Произведем расчет настроек регулятора по этим трем методам.

По аналитическим зависимостям:

c c

По номограммам

Рис.18.Номограмма для определения оптимальных параметров. =2.29c =71.1c

Вывод АСР в режим автоколебаний:

В замкнутой АСР ПИ - регулятор преобразуют в П - регулятор, настроив , после этого наносят на ОР возмущение и постепенно увеличивая выводят систему в режим автоколебаний и фиксируют значения этого , которое называется критическим , а по автоколебаниям на выходе определяют предельный период колебаний. Далее по выражениям, полученными рядом авторов определяют настройки регулятора.

Рис.19. Вывод АСР в режим автоколебаний.

=4.86 =89c.

=0,45=2.187 =70.75c.

8. Построение переходных процессов с использованием расчетных параметров настройки, оценка качества и доводка динамики АСР для получения требуемого качества переходных процессов

Для начала построим 3 переходных процесса, используя настройки регулятора определенные ранее, определим показатели качества и в случае необходимости произведем доводку системы.

Рис.20. Переходные процессы АСР при нанесении единичного возмущающего воздействия с использованием параметров настройки ПИ-регулятора(,)1 - метод аналитических зависимостей; 2 - метод автоколебаний; 3 - метод номограм

По переходным процессам определим:

Определение показателей качества с учетом параметров регулятора найденным по аналитическим зависимостям - =2.2 =71.25с

динамическая ошибка 0, 23;

степень затухания ;

время переходного процесса 350с

Определение показателей качества с учетом параметров регулятора найденным в случае вывода АСР в режим автоколебаний -=2.29

=71.1с.

1) динамическая ошибка 0,21;

2) степень затухания ;

3) время переходного процесса 460с

Определение показателей качества с учетом параметров регулятора найденным по номограммам -=2.187 =70.75с.

1) динамическая ошибка 0,22;

2) степень затухания ;

3) время переходного процесса 395 с.

Наиболее оптимальный процесс, который удовлетворяет критерия качества получен при =5. 32 и =75с

Для улучшения данного переходного процесса необходимо произвести доводку АСР для чего выбранные параметры регулятора следует изменить в узком диапазоне пока система не примет наиболее лучший вид.

Рис.21. Переходной процесс АСР уровня воды в конденсатосборнике отвечающий эксплуатационным требованиям, при значениях =2.2 =71.25с (1) и после доводки окончательные параметры регулятора: =2; =75 с. (2)

По переходному процессу определим:

Определение показателей качества с учетом параметров регулятора после доводки параметров настройки - =2 =75с

1) динамическая ошибка 0,23;

2) степень затухания ;

3) время переходного процесса 340с

Вывод

В данном курсовом проекте была рассмотрена АСР уровня конденсата в главном конденсатосборнике конденсатной системы. По импульсной и разгонной характеристикам были определены постоянные коэффициенты ОР. После был выбран и рассмотрен гидравлический ПИ регулятор, было получено его уравнение динамики и статики. Произведен расчет оптимальных параметров настройки ПИ регулятора, тремя способами. В завершении курсового проекта было построен усредненный переходный процесс и произведена доводка АСР. Конечные значения настроек регулятора следующие: =2 =75с. При этих значениях переходной процесс полностью удовлетворяют требованиям к качеству. Показатели качества при этих коэффициентах: вермя переходного процесса 340с; динамический заброс 0.23; степень затухания 94%. Также можно сделать вывод что увеличение ведет к уменьшению запаса устойчивости.

Список использованной литературы

1. М. Ш. Шифрин и др. «Проектирование автоматических систем управления судовыми паротурбинными установками» Л., «Судостроение», 1974

2. Сыромятников В.Ф. «Основы автоматики и комплексная автоматизация судовых пароэнергетических установок» Учебник. - М.,: Транспорт, 1983. - 312 с.

3. Печененко В.И., Козьминных Г.С. «Основы автоматики и комплексная автоматизация судовых пароэнергетических установок» Учебное пособие для вузов морск. трансп. М.,: Транспорт, 1979 - 264 с.

4. Конспект лекций М.А. Журенко по курсу ПСА.

5. Журенко М.А., Таранчук Н.В. «Технические средства автоматизации судовых энергетических установок»: Учебник для вузов . М.: Транспорт, 1990. - 319 с.

Размещено на Allbest.ru

...