Численное моделирование термонапряженного состояния ротора паровой турбины для системы контроля переходных режимов работы турбоустановки в реальном времени

• Автор: Смирнов, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1.Состояние вопроса организации автоматизированного пуска энергоблоков паровых турбин. Постановка задачи исследования

1.1.Задача автоматизации пуска

1.2.Современные подходы к автоматизации в энергетике

1.3.Современные энергетические тренажерные комплексы

1.4.Автоматизация непрерывного управления

1.5.Численные методы решения задачи теплопроводности

1.6.Применение метода конечных элементов в реальном времени

1.7.Постановка задачи

2.Выбор средств моделирования температурного поля ротора паровой турбины
2.1.Исходные данные для проектирования устройства
2.1.1.Математическая модель процесса остывания ротора
2.1.2.Характеристики применяемой термопары
2.1.3.Определение тепловой инерционности стенки цилиндра
2.2.Устройство для моделирования остывания ротора паровой турбины
2.2.1.Схемотехника устройства
2.2.2.0ценка погрешности измерения температур
2.2.3.Алгоритм работы устройства
2.2.4.Метод решения системы линейных уравнений
2.2.5.Тестирование устройства
2.3.Выводы к главе
3.Разработка конечно-элементной модели процесса прогрева для контроля теплового состояния роторов паровых турбин в реальном времени
3.1.Методика разработки конечно-элементной модели прогрева деталей турбины для работы в темпе процесса
3.2.Выбор средств проектирования и реализации динамической модели критической области ротора
3.2.1.Верификация реализации метода конечных элементов в системе МАТ1_АВ..
3.2.2.Дополнительные программные инструменты
З.З.Эталонная модель ротора. Анализ результатов моделирования
3.4.Геометрическая модель критической зоны ротора. Условия однозначности
моделирования
3.4.1.Определение коэффициентов теплоотдачи
3.4.2.Определение температур греющего пара
3.5.Оптимизация конечно-элементной модели
3.6.Выводы к главе
4.Реализация конечно-элементной динамической модели теплового и
термонапряженного состояния роторов паровых турбин
4.1.Основные уравнения модели. Реализация метода конечных элементов в среде МАНАВ
4.2.Реализация модели в среде МАТбАВ
4.3.Переход от температурного поля модели к термическим напряжениям в роторе.
4.3.1.Моделирование термических напряжений в роторе паровой турбины
4.3.2.Определение характерных разностей температур
4.3.3.Определение регрессионной зависимости между характерными разностями температур и термическими напряжениями в модели
4.4.Реализация модели в среде 31ти1тк
4.5.Управление переходными режимами работы паровой турбины
4.6.Выводы к главе
Заключение
Список сокращений
Список литературы
Приложение 1 - Принципиальная схема устройства
Приложение 2 - Условия теплообмена в проточной части
Приложение 3 - Свойства стали Р2МА
Приложение 4 - Температурное поле РВД при прогреве
Приложение 5 - Листинги программ для АЫБУЗ
Приложение 6-Листинги программ для МАТ1_АВ

ВВЕДЕНИЕ
В связи с серьезной реструктуризацией и реформированием энергетической отрасли России, а также изменением обстановки потребления электрической энергии, возникает и ставится задача сохранения экономичности и долговечности работы оборудования при достаточно большом количестве пусков энергоблоков после непродолжительных резервов на несколько суток.
В настоящее время повышаются требования к маневренности энергоблоков, надежности в условиях роста неравномерности графиков нагрузки энергосистем. Возрастает объем используемой информации и количество объектов воздействия для современных энергоблоков, поэтому традиционные средства не справляются с обеспечением необходимой надежности и оперативности контроля и управления. Вместе с тем, реальная продолжительность переходных режимов, как правило, больше предусмотренной инструкцией по пуску. Все вышеперечисленное подчеркивает актуальность и важность автоматизации в современной энергетике.
Автоматизация управления пусками имеет особое значение по сравнению с автоматизацией других переходных режимов. При пуске энергоблока осуществляется управляемое изменение (программное пусковое регулирование) большого числа параметров в широком диапазоне — от начального, предпускового, до номинального уровня, а также дискретное изменение состояния большого числа объектов (клапанов, задвижек и пр.). При этом существует вероятность совершения оперативным эксплуатационным персоналом ошибок, которые могут задержать пуск, вызвать аварийное отключение энергоблока или привести к выходу из строя оборудования.
Автоматизация управления пусковыми режимами способна реализовать последовательность выполнения пусковых операций, обусловленную только требованиями технологии без учета способностей персонала, а также своевременно осуществить необходимые воздействия и проконтролировать их выполнение. При реализации усовершенствований автоматических систем управления (АСУ ТП) энергоблоков и внедрении их на электростанциях можно выделить такие наиболее важные потенциальные источники экономии:
повышение экономичности работы оборудования вследствие роста коэффициента
полезного действия выработки электроэнергии в стационарных режимах и сокра-

наглядность алгоритмов, возможность быстрого изменения и доработки программного обеспечения;
работа в реальном времени;
удовлетворительная погрешность при моделировании;
технологический запас для дальнейшей доработки, возможность расширения (увеличение количества датчиков, выполнение дополнительных функций);
• сбор информации со стандартных стационарных датчиков температуры (термопар), имеющихся на турбине;
подключение к компьютеру диспетчера через последовательный интерфейс для отображения распределения температур по ротору графически в реальном времени;
• питание от стационарной сети постоянного тока с напряжением 12 В, стабилизация питания;
• возможность тестирования и отладки устройства в специализированных компьютерных пакетах без фактического изготовления прототипа;
наибольшая измеряемая температура *„„=450°С.
2.1.1.Математическая модель процесса остывания ротора
Для решения поставленной задачи, в соответствии с методикой моделирования остывания роторов, изложенной в [59], ротор разбивается на элементы в осевом направлении как показано на Рисунке 2.1. Пространственная модель, изображенная на данном рисунке, построена в системе АиЬСАО и использовалась для численного определения объемов отдельных элементов V,.