Автоматизированное управление технологическими процессами функциональной группой перегрева пара пылеугольного барабанного парогенера

W_HQ(p) – передаточная функция объекта регулирования по каналу тепловосприятие – уровень;

W_тр(p) – передаточная функция объекта участка трубопровода между регулирующим клапаном и сужающим устройством;

W_H(p) – передаточная функция датчика уровня;

W_W(p) – передаточная функция датчика расхода питательной воды;

W_D(p) – передаточная функция датчика расхода пара;

W_р(p) – передаточная функция регулятора уровня;

W_дем(p) – передаточная функция демпфера;

Согласно  рекомендациям [1], преобразуем ее в  виде двух контуров: внутреннего и  внешнего.

Внутренний контур изображен на рисунке 8 и является малоинерционным в данной структурной схеме.

Он  образован следующими звеньями: W_тр(p), W_им(p), W_ро(p), W_W(p), W_дем(p) и W_р(p). Передаточная функция объекта регулирования представляет собой последовательно соединенные участки: трубопровода от РПК до сужающего устройства W_тp(P); датчика расхода питательной воды W_w(P) и будет иметь вид:

.

Внешний контур  регулирования (рисунок 6.4.3) состоит из датчика уровня W_H(p), регулятора W_{p экв}(p) и объекта регулирования W_HW(p). Так как звенья W_H(p) и W_W(p) являются усилительными, а инерционность участка трубопровода весьма незначительна по сравнению с инерционностью объекта регулирования, то переходные процессы в первом контуре при внешних возмущениях завершаются раньше, чем во втором.

Запишем передаточную  функцию системы:

 

 

 

Так как W_тр(р) ≈ 1, W_р(p)W_дем(p)W_W(p) >> 1, получим

.

Из выражения полученной приближенной передаточной функции  следует, что исходная АСР сводится к одноконтурной с эквивалентным регулятором (рисунок 10)              

.

Рисунок 10 – Структурная схема одноконтурной АСР

 

Таким образом, при охвате ПИ-регулятором глубокой обратной связью в виде усилительного звена это соединение можно рассматривать как приведенный П-регулятор с передаточной функцией W_{р экв}(Р).

Передаточные  функции W_H(p) и W_W(p) ввиду малой инерционности датчиков уровня и расхода питательной воды могут быть представлены усилительными звеньями. Поэтому   . Откуда следует, что W_р.экв(р) представляет собой П – регулятор.

Зная коэффициент  усиления датчика, а следовательно и его передаточную функцию, произведем расчет оптимальных параметров настройки условного П-регулятора. Передаточная функция приведенного регулятора определяется W_{р экв}, а передаточная функция приведенного объекта равна:  . 

Таким образом  регулятор внутреннего контура  является как бы регулятором для  всего внешнего контура, который  в свою очередь имеет глубокую обратную связь в виде усилительного звена, и это соединение можно рассматривать, как некоторый приведенный П- регулятор. Коэффициент усиления такого регулятора определяется соотношением коэффициентов усиления сигналов датчика уровня и датчика расхода воды.

     В итоге мы можем получить  передаточную функцию АСР питания  для построения переходного процесса по задающему воздействию, имеющую воздействия по расходу и температуре питательной воды, расходу нагрузкой потребителя и введением воздействия по расходу пара, которое позволяет ликвидировать статическую ошибку П - регулятора и отфильтровывать возмущения со стороны изменения нагрузки; имеющую приведенные регулятор и объект регулирования.

6.3 Параметрический синтез  системы управления

 

Рисунок 11 – Технологическая схема подачи питательной воды

6.3.1 Расчет рабочей расходной  характеристики регулирующего органа  и определение его коэффициента  передачи

Постановка  задачи: Для гидравлической сети с заданной конфигурацией (рисунок 11) требуется при известных характеристиках сети рассчитать расходную характеристику регулирующего органа и его коэффициент передачи.

Введем  расчет рабочей расходной характеристики регулирующего органа.

Потери  давления на участках трубопровода

Участок 1:

1. Максимальный  расход воды    Q_max = 1.2·Q_ном = 1.2·218.025 = 261.63 т/ч.

2. Длина  участка 1 питательного трубопровода

     L_тр1 = L₁ +L₂+L₃+(H₂-H₁) = 17.079+12.1125+12.1125+(11.4665-6.2985)=46.472 м.

3. Среднее давление питательной воды в трубопроводе на участке 1

     P _тр1 = (P_н –( P_н –Р_б – ∆Р_э))

     P _тр1 = (14.0828-(14.0828-12.597-1,26)·46.472/(2·52.003) = 13.982 МПа,

     где ∆Р_э = 10%· Р_б = 0.1·12.597=1.26 МПа.

4. Плотность   питательной воды на участке 1:

     ρ_в1 = (P _тр1; T_пв) = (13.982МПа; 173.6125⁰С) = 901.98 кг/м³.

5. Максимальная   скорость питательной воды в трубопроводе на участке 1:

     м/с.

6. Коэффициент  кинематической вязкости: ν₁ = (P _тр1; T_пв) = 1.7655·10^-7 м²/с.

7. Максимальное значение числа Рейнольдса:

     .

8. Абсолютная шероховатость трубопровода: ∆ = 0.2 мм – стальные   бесшовные трубы после нескольких лет эксплуатации.

9. Коэффициент трения:  

λ₁ .

10. Потеря давления на трение в трубопроводе при максимальном расходе ПВ:                          МПа.

Участок 2 (после  экономайзера):

11. Длина участка 1 питательного  трубопровода

     L_тр2 = L₄+(H₄-H₃) = 10.699+(16.674-13.485)=13.889 м.

12. Среднее давление питательной воды в трубопроводе на участке 1

     P^нач _тр2 = (P_н –( P_н –Р_б – ∆Р_э))

     P^нач _тр2 = (14.0828-(14.0828-12.597-1.26) ·13.889/ (2·52.003) = 13,881 МПа,

     где ∆Р_э = 10%· Р_б = 0.1·12.597=1.26 МПа,

     P_тр2 = P^нач _тр2 – ∆P_э –( P_н –Р_б – ∆Р_э))

     P_тр2 = 13.881 – 1.26 – (14.0828-14.0828-1.26)·13.889/(2·52.003) = 12.591 МПа.

13. Плотность   питательной воды на участке 2:

      ρ_в2 = (P _тр2; T_пв,э) = (12.591 МПа; 279.395⁰С) = 761.11 кг/м³.

14. Максимальная   скорость питательной воды в трубопроводе на участке 1:

     м/с.

15. Коэффициент  кинематической вязкости: ν₂ = (P _тр; T_пв,э) = 1,258·10^-7 м²/с.

16. Максимальное значение числа Рейнольдса:

      .

17. Абсолютная шероховатость трубопровода: ∆ = 0.2 мм – стальные   бесшовные трубы после нескольких лет эксплуатации.

18. Коэффициент трения:

       λ₂ .

19. Потеря давления на трение в трубопроводе при максимальном расходе ПВ:                                            МПа.

Потери  давления на местных сопротивлениях на участке 1 при максимальном расходе

Задвижка:

20. Коэффициент А₁ = 75. Задвижка полностью открыта.

21. Коэффициент ξ_кв = 0,15.

22. Коэффициент местного сопротивления:  ξ _м,з .

23. Потери давления на одной задвижке:

     МПа

24. Количество задвижек n = 1 шт.

25. Суммарные потери давления на задвижках:

       ∑∆Р_з = n ∙ ∆Р_з = 1∙ 7.281∙10^-4 = 7.281∙10^-3 МПа.

Колено 90⁰:

26. Коэффициент А₁ = 130.

27. Коэффициент ξ_кв = 0,2.

28. Коэффициент местного сопротивления:   ξ _м,к .

29. Потери давления на одном колене 90°

      МПа.

30. Количество колен n = 2 шт.

31. Суммарные потери давления на коленах 90°

       ∑∆Р_к1 = n ∙ ∆Р_к1 = 9.708∙2*10^-4 =1.941* 10^-4 МПа.

Сужающее устройство (диафрагма):

32. Коэффициент А₁ = 70.

33. Коэффициент ξ_кв = 1.

34. Коэффициент местного сопротивления    ξ _м,д .

35. Потери давления на диафрагме

     МПа.

36. Количество диафрагм n = 0,8075 шт.

37. Суммарные потери давления на диафрагме

      ∑∆Р_д = n ∙ ∆Р_д = 0.8075∙ 4.853∙10^-3 = 3.918∙10^-3 МПа.

Тройник:

38. Коэффициент А₁ = 150.

39. Коэффициент ξ_кв = 0,3.

40. Коэффициент местного сопротивления   ξ _μ,т .

41. Потери  давления на диафрагме

     МПа.

42. Количество тройников n = 1 шт.

43. Суммарные потери давления на диафрагме

      ∑∆Р_Т = n ∙ ∆Р_Т = 1,456∙10^-3 МПа.

Потери  давления на местных сопротивлениях на участке 2 при максимальном расходе

Задвижка:

44. Коэффициент А₁ = 75. Задвижка полностью открыта.

45. Коэффициент ξ_кв = 0,15.

46. Коэффициент местного сопротивления:   ξ _м,з .

47. Потери давления на одной задвижке:

      МПа

48. Количество задвижек n = 2 шт.

49. Суммарные потери давления на задвижках:

      ∑∆Р_з = n ∙ ∆Р_з = 2∙ 8,628∙10^-4 = 1,726∙10^-3 МПа.

Колено 90⁰:

50. Коэффициент А₁ = 130.

51. Коэффициент ξ_кв = 0,2.

52. Коэффициент местного сопротивления:   ξ _м,к .

53. Потери давления на одном колене 90°

      МПа.

54. Количество колен n = 2 шт.

55. Суммарные потери давления на коленах 90°

      ∑∆Р_к2 = n ∙ ∆Р_к2 = 2 ∙ 1.15∙10^-3 = 2,31∙ 10^-3 МПа.

Обратный клапан:

56. Коэффициент А₁ = 350.

57. Коэффициент ξ_кв = 0,2.

58. Коэффициент местного сопротивления:

      ξ _м,ок .

59. Потери давления на обратном клапане

      МПа.

60. Количество клапанов n = 1 шт.

61. Суммарные потери давления на обратном клапане

      ∑∆Р_ок = n ∙ ∆Р_ок = 1.151∙10^-3 МПа.

Напор столба жидкости на двух участках трубопровода

62. Высота столба воды на первом участке трубопровода:∆h₁ =H₂ - H₁= 11.4665-6.2985=5.168 м.

63. Средняя плотность воды в экономайзере

       кг/м³.

64. Высота  столба воды на экономайзере    ∆h_э = H₃ – H₂  = 13.48525- 11.4665  = 2,01875 м.

65. Высота  столба воды на втором участке трубопровода

      ∆h₂ = H₄ – H₃ = 16.67488-13.48525 = 3.19 м.

66. Напор столба жидкости на двух участках трубопровода:

      ∑∆Р_h  = g ∙ ρ_в1 · ∆h₁ · 10^-6 + g · ρ_в,э· ∆h_э · 10^-6+g · ρ_в2 · ∆h₂ · 10^-6,

      ∑∆Р_h=9.8∙901.98∙5.168∙10^-6+9.8∙831.345∙2,019∙10^-6+9,8∙761.11·3.19·10^-6=0,086 м.

Суммарные потери давления

67. На 1-ом и 2-ом участках трубопровода: ∑∆Р_т = ∆Р_тр1+∆ Р_тр2,

       ∑∆Р_т = 0,02584 + 0,009137 = 0,035 МПа.

68. На местных сопротивлениях 1-го и 2-го участках трубопровода:

      ∑∆Р_μ = ∑∆Р_к1 + ∑∆Р_к2 + ∑∆Р_ок + ∑∆Р_{з 1}+ ∑∆Р_{з 2}+∑∆Р_т + ∑∆Р_д ,

      ∑∆Р_μ = 9,708∙10^-4 + 2,31∙10^-3 + 1,51∙10^-3 +( 7,281∙10^-3 +1,726∙10^-3)+ 0,035 + 3,918∙10^-3             

      ∑∆Р_μ = 0.044 МПа.

69. Общие потери давления на трубопроводе питания котла водой:

       ∆Р^max_с = ∑∆Р_т + ∑∆Р_э+ ∑∆Р_μ + ∑∆Р_h = 0.035  +1.26 +0.044 + 0.086,

       ∆Р^max_с = 1.425 МПа.

70. Перепад  давления на РПК при максимальном расходе питательной воды:

       ∆Р^max_рпк = Рн – (Рб + ∆Р^max_с) = 14.083 – (12.6 + 1.425) = 0.0611 МПа.

71. Скорость воды в присоединительном патрубке РПК:

      м/с.

72. Коэффициент сопротивления расчетного технологического участка без РПК:

      .

73. Коэффициент сопротивления РПК при максимальном расходе:

      .

                                                        

Рабочая расходная  характеристика РПК в 10 точках для  заданного диапазона изменения  расходов питательной воды

74. Шаг построения расходной характеристики РПК по расходу:

      т/ч.

75. Расход питательной воды в расчетной точке:

        Q_j = ∆Q · (j - 1) + 0.2∙Q_max.

76. Начальное значение, шаг и конечное значение счетчика расхода: j = 0,1...10.

77. Перепад давления в сети в расчетной точке:

     .

78. Перепад давления на РПК в расчетной точке: ∆Р_РПК,j = Р_н - Р_б - ∆Р_с,j.

79. Коэффициент  сопротивления РПК в расчетной точке:

     .

80. Функция, обратная зависимости ξ_р = f (l) для расчетной точки:

     l_j = f^-1(ξ_р,j). 

Результаты  расчетов п.75 – п. 80 сведём в таблицу 1:

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Результаты расчетов по п.75 –п. 80

j	Qj	∆Pcj	∆Pрпкj	ξp,j
0	52,326	0,285	1,201	0,002522882
1	73,256	0,398997821	1,0870022	0,001165019
2	94,186	0,512995643	0,9730044	0,000630857
3	115,116	0,626993464	0,8590065	0,000372833
4	136,046	0,740991285	0,7450087	0,000231515
5	156,976	0,854989107	0,6310109	0,000147285
6	177,906	0,968986928	0,5170131	9,39527E-05
7	198,836	1,082984749	0,4030153	5,86301E-05
8	219,766	1,196982571	0,2890174	3,44185E-05
9	240,696	1,310980392	0,1750196	1,73755E-05
10	261,626	1,424978214	0,0610218	5,12758E-06