Автоматизация регулирования режимов пароводяного струйного подогревателя

• Автор: Барбасова, Татьяна Александровна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ И УПРАВЛЯЕМОСТИ РЕЖИМОВ ПАРОВОДЯНОГО СТРУЙНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ

1.1. Принципиальная схема струйного аппарата

1.2. Развитие теории струйных аппаратов

1.3. Особенности пароводяного струйного подогревателя

1.3.1. Влияние конструктивных факторов

1.3.2. Влияние режимных факторов

1.4. Виды и режимы течения двухфазных сред в каналах

1.5. Влияние устойчивости струи на работу пароводяного струйного подогревателя

1.6. Особенности физического процесса пароводяного струйного подогревателя

1.7. Существующие проблемы применения пароводяного струйного подогревателя
1.8. Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ ПАРОСТРУЙНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
2.1. Исходные уравнения течения двухфазных потоков
2.2. Нахождение области устойчивости системы с распределенными параметрами
2.3. Моделирование процессов пароструйного подогревателя
2.3.1. Численное решение методом Рунге Кутта 4 порядка
2.3.2. Моделирование с использованием пакета МАТЬЛВ 5.0
2.3.3. Линеаризованная модель
Выводы к главе 2
ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРОСТРУЙНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ
3.1. Постановка задачи
3.1.1. Критерии оптимизации
3.1.2. Факторы
3.2. Полный факторный эксперимент
3.3. Проведение эксперимента
3.4. Обработка результатов
3.5. Методы оптимизации
3.5.1. Выбор метода оптимизации
3.5.2 Метод крутого восхождения по поверхности отклика
Выводы к главе З
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
4.1. Постановка задачи автоматического регулирования
4.2. Проверка на устойчивость и управляемость модели пароструйного подогревателя
4.3. Разработка принципов построения системы регулирования
4.3.1. Экспериментальная регулировочная характеристика
4.3.2. Структура системы автоматического регулирования.
4.3.3. Методика настройки системы автоматического регулирования по фактической модели.
4.3.4. Методика настройки системы автоматического регулирования по имитационной модели
4.4. Синтез оптимального управления
4.5. Оценка качества процессов регулирования
Выводы к главе 4
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Список сигналов используемой информации
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Список сигналов результатов решения
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Алгоритм регулирования температуры на выходе ПСП
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Алгоритм формирования сигналов управления регулирующим клапаном
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Акт внедрения результатов диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ
В связи с ростом стоимости энергоносителей необходим поиск путей снижения их расхода. Экономию энергоресурсов можно получить при применении пароводяных струйных подогревателей, используемых в различных отраслях техники.
В пароводяном струйном подогревателе происходит движение двухфазной жидкости при наличии фазовых переходов. Поэтому, для эффективного применения подогревателей необходимо учитывать проблемы механики многофазных сред, а также регулирования их параметров.
Наиболее существенными физическими особенностями процессов движения двухфазных систем следует считать а тепловое и
гидромеханическое взаимодействие фаз между собой и с твердыми границами б наличие фазовых переходов. Наиболее интенсивно эти особенности проявляются при больших скоростях движения жидкости газа.
Процессы движения двухфазных сред усложняются образованием метастабильных неравновесных состояний системы переохлаждение пара, перегрев жидкости, скачки конденсации и испарения и т. д Сложность таких систем обусловлена также возможным многообразием форм существования жидкой фазы взвешенные и крупные капли, пленки и т.д
Перечисленные и ряд других принципиальных физических особенностей движения двухфазных двухкомпонентных а в общем случае и многокомпонентных систем считается, что дают основания выделить эти разделы механики легко деформируемых сред в самостоятельную специальную область механику двухфазных двухкомпонентных систем. Созданию и развитию этого направления механики посвящены исследования отечественных и зарубежных специалистов. В период от первых случайных экспериментальных работ, относящихся ко второй половине прошлого века, до систематических теоретических и экспериментальных исследований, про
водимых в настоящее время, накоплены были данные, позволяющие сформулировать некоторые основные закономерности течения двухфазных систем . Установленные теоретически и экспериментально физические характеристики процессов привели к построению полуэмпирических методов расчета.
Как известно, газовая динамика гомогенной среды развивалась на основе некоторых упрощенных моделей движения. Несмотря на существенную схематизацию и упрощение действительного процесса движения и свойств реальной среды, указанные методы оказались весьма плодотворными и до настоящего времени не потеряли своего значения, так как они позволяют применять достаточно строгие математические методы к решению практически важных инженерных задач. В механике двухфазных сред аналогичные модели пока еще окончательно не разработаны, и это обстоятельство привело к заметному отставанию в решении теоретических задач.
Современное состояние механики двухфазных сред характеризуется интенсивным развитием экспериментальных исследований, проводимых с целью накопления опытных фактов. Параллельно сделаны и делаются попытки математического описания некоторых упрощенных моделей движения двухфазной жидкости и фазовых переходов при больших скоростях движения. В этом направлении успешно развиваются исследования двухфазных течений, например, в Московском энергетическом институте. В настоящей работе на основе полученных результатов сделана попытка некоторых обобщений для дальнейшего использования их в теории регулирования процессами, используются также материалы, имеющиеся в периодической литературе, а также монографиях книгах по общей газовой динамике и термодинамике.
Проблема механики двухфазных сред длительное время привлекает внимание исследователей. Над проблемами движения двухфазных сред
работют М.Е. Дейч и Г.А. Филиппов , , В. В. Фисенко , ,, А.Н Дядик, Н. П. Шаманов и АЛО. Лабинский и т.д.
В Соколовым Е.Я., Зингером Н.М. рассмотрены типы струйных аппаратов. Процессы, протекающие в струйном подогревателе, описаны и проанализированы лишь с качественной стороны. Теоретические исследования струйных подогревателей немногочисленны и представляю собой экспериментальное исследование смешения турбулентных струй.
Изза сложных процессов, протекающих в пароводяном струйном подогревателе, при их эксплуатации возникают ударные воздействия, автоколебания, временное прекращение циркуляции и т.д. Неустойчивая работа и неэффективное использование пара приводит к необходимости создания систем автоматического регулирования пароструйными подогревателями.
Актуальность


При изменении параметров пара возникают возмущающие воздействия, которые могут нарушить работу системы. Вторым недостатком пароводяного струйного подогревателя является то, что он является нерегулируемым, в то время как теплофикационные режимы являются регулируемыми в зависимости от температуры наружного воздуха. Это ограничивает использование подогревателя для технологических процессов, в которых требуется регулирование температурных режимов. Нерегулируемый пароводяной струйный подогреватель не обеспечивает стабилизацию работы теплофикационной сети. Из сказанного следует, что задача автоматизации регулирования режимов пароводяного струйного подогревателя является актуальной. Данная задача является нетривиальной, так как динамика процессов регулирования происходит в двухфазной среде парвода, где возможны автоколебания, ударные волны и другие условия, затрудняющих управление режимами. Процессы, протекающие в подогревателе, являются недостаточно изученными и требуют проведения специальных исследований. В этих условиях возникает важная научнотехническая задача автоматизации управления режимов пароводяного струйного подогревателя. Исследованием режимов струйных аппаратов, занимались достаточно давно зарубежные и отечественные авторы Ренкин М, Цейнер Г, Фисенко В. В., Соколов Е. Я., Зингер Н. М., Дейч М. Е., Филиппов Г. А. и др. Вопросы автоматики освещены в работах А. И. Белевича, Крупцева, В. А. Малафеева и др. Однако в этих работах не исследованы режимы регулирования, известные примеры использования автоматики носят чисто аппаратурный характер для узкого класса паровых инжекторов, исследование динамики процессов регулирования не проводилось. Рассматриваемая задача в литературе не освещена, что и определяет актуальность данной работы. Цель диссертационной работы и задачи исследования. Разработка имитационной модели процесса регулирования режимов пароводяного струйного подогревателя на основе экспериментальных и теоретических исследований. Разработка методики оптимизации параметров пароводяного струйного подогревателя на основе имитационных и натурных экспериментов. Разработка способов автоматического регулирования режимов пароводяного струйного подогревателя. Внедрение разработанной автоматической системы регулирования режимов пароводяного струйного подогревателя на опытной промышленной установке в теплофикационной системе ОАО ММК, г. Магнитогорск. Связь диссертации с федеральными и региональными программами. Методология и методика исследования. Технической и методологической основой исследования служили труды отечественных и зарубежных ученых по автоматизации систем теплоснабжения и струйным аппаратам. В работе использовались методы теории автоматического регулирования, теории гидравлических систем и систем теплоснабжения. Источником экспериментальных данных явились результаты натурных испытаний автоматической системы регулирования режимами пароводяного струйного подогревателя в системе теплоснабжения объектов ОАО ММК, г. Магнитогорск. Научная новизна диссертационной работы. Практическое значение. В рамках диссертационной работы разработана система автоматического регулирования режимов пароводяного струйного подогревателя, на основе которой создана экспериментальная установка автоматизаци пароводяного струйного подогревателя. Разработан проект автоматизации пароструйного подогревателя и на его основе осуществлено внедрение автоматизированного подогревателя в паросиловом цехе ОАО ММК. В настоящее время составлен перспективный план внедрения автоматизированных подогревателей в других цехах ОАО ММК Автоматизированные подогреватели могут быть рекомендованы к внедрению и на других металлургических предприятиях. Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на XXXII Уральском семинаре по механике и процессам управления, г. Миасс, декабря г. Международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, г. Москва, марта г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.