Совершенствование расчетов сложных гидравлических систем котлов ТЭС с использованием технологических структурных компонентов

• Автор: Баранников, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 203 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Анализ существующих гидравлических систем

1.2 Методы расчета гидравлических систем.

1.3 Постановка задачи

Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ ГРАФОВ.

2.1 Применение системного подхода к моделированию гидравлических систем.

2.1.1 Выделение моделируемой системы и определение граничных условий

2.1.2 Определение цели моделирования.

2.1.3 Декомпозиция гидравлической системы на компоненты

2.1.4 Формулировка задач, решаемых применительно к каждой моделируемой системе.

2.2 Топологическая математическая модель гидравлических систем котлов
с использованием теории графов.
2.2.1 Основные положения теории графов.
2.2.2 Аналитическая модель в матричной форме уравнений сохранения массы и импульса для гидравлических систем.
2.2.3 Модель для определения давления в узлах гидравлической схемы.
2.2.4 Аналитическая модель в матричной форме уравнения сохранения энергии
2.2.5 Математическое моделирование неравномерной раздачи среды из смешивающего узла
2.3 Выводы.
Глава 3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ В СООТВЕТСТВИИ С ТЕОРИЕЙ ГРАФОВ.
3.1 Графовая математическая модель компонента труба
3.2 Графовая математическая модель компонент насос.
3.3 Графовая математическая модель компонента коллектор.
3.4 Разработка метода расчета перепада давления в коллекторах для средних труб
3.4.1 Постановка задачи.
3.4.2 Математическая модель коллекторного теплообменника для расчета перепада давления для средних труб
3.4.3 Численный эксперимент по выявлению области применимости ИГР.
3.5 Графовая математическая модель компонента впрыскивающий пароохладитель.
3.6 Графовая математическая модель компонента барабан.
3.7 Графовая математическая модель компонента выносной циклон
3.8 Графовая математическая модель компонента сепаратор.
3.9 Выводы.
Глава 4. ВЫБОР МЕТОДА РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ НЕЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
4.1 Использование метода Бройдеиа для решения системы нелинейных алгебраических уравнений.
4.1.1 Вычисление аппроксимации якобиана
4.1.2 Решение плохо обусловленных систем линейных уравнений
4.1.3 Решение вопроса о глобальной сходимости метода.
4.2 Масштабирование продольных и поперечных переменных графовой модели и критерии останова итерационного процесса
4.3 Задание начального приближения массовых расходов
4.3.1 Задание одинаковых значений массовых расходов для всех компонентов гидравлической схемы.
4.3.2 Задание массовых расходов пропорционально площади проходного сечения
4.3.3 Задание массовых расходов в предположении, что перепад давления в компонентах изменяется линейно от расхода.
4.3.4 Задание произвольных значений массовых расходов для каждого
компонента гидравлической схемы.
4.4 Уменьшение времени счета системы нелинейных уравнений
4.5 Использование унифицированного языка моделирования иМ, для
проектирования программного обеспечения
4.5.1 Разработка диаграмм вариантов использования.
4.5.2 Разработка диаграммы классов
4.5.3 Разработка диаграммы деятельности.
4.6 Программный комплекс Гидравлика
4.7 Тест программного комплекса
4.8 Апробация программного комплекса в инженерных расчетах.
4.8.1 Перегревательный тракт котла ТГМЕ4.
4.8.2 Тепловая схема отопительной котельной ООО фирма ТОК
г. Новочеркасска
4.8.3 Растопочный узел котла к блоку 0 МВт ТЭС ВагЬ Индия
4.9 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
Приложение 1. Конструктивные характеристики и результаты расчета части
экранов топочной камеры котла к блоку 0 МВт ТЭС ВагЬ Индия
Приложение 2. Схемы, исходные данные и результаты расчета перегре
вательного тракта котла ТГМЕ4 Ростовской ТЭЦ
Приложение 3. Исходные данные и результаты расчета гидравлической
схемы котельной ООО фирма ТОК
Приложение 4. Схемы, исходные данные и результаты расчета растопочного
узла котла к блоку 0 МВт ТЭС ВагЬ Индия
Приложение 5. Свидетельство об отраслевой регистрации программы
поверочного гидравлического расчета Гидравлика.
Приложение 6. Акты внедрения результатов работы
ВВЕДЕНИЕ


В расчетную схему можно включить следующие элементы средняя труба, коллектор, разверенная труба. Для устранения недостатков, связанных с топологией гидравлических систем ограниченность расчетных схем, необходимо рассмотреть методы, позволяющие описывать структуру любой системы. Впервые вопросы топологии соединения элементов рассмотрены в статье Кирхгофа, изложение которой дано в приложении к книге , в которой в качестве метода установления соответствия между схемой соединения элементов и прямоугольной таблицей чисел 0, 1, 1 предлагается ввести матрицу соединений инциденций ее узлов и ветвей. Данная работа стимулировала возникновение топологии науки, изучающей наиболее общие геометрические свойства тел и фигур, а также теории графов. В области расчетов гидравлических систем сложилось качественно иное положение. Такой общей физикоматематической базы, какую представляет для электротехники теория электрических цепей, здесь не было. И одно из главных объяснений заключалось в существенной нелинейности гидравлических систем, которая в условиях ручного счета лишала практического смысла разработку их общих математических описаний и методов расчета. Вместе с тем, отдельным вопросам расчета гидравлических систем посвящено много работ, публикуемых в научнотехнической литературе с конца XIX века. Обобщение имеющихся разработок и их распространение на другие типы систем стала проводиться с х годов XX века, когда стали активно вестись исследования по разработке и применению различных аналоговых устройств в виде электрических и, в меньшей мере, гидравлических моделей. С появлением ЭВМ необходимость в систематизации известных и использовании новых методов, а также различных обобщениях стала острой и вызвала множество статей и монографий. Одной из таких работ является книга Г. Кенига и В. Блекуэлла , в которой авторы, став на путь формализации и систематизации, упорядочивают исходные понятия, обозначения и методические приемы. Они разбивают все основные величины по способу их измерения на две группы 1 продольные параллельные переменные напряжение, перемещения, углы поворота, изменения давления и температуры, измерение которых требует одновременного присоединения прибора в двух точках 2 поперечные последовательные переменные ток, сила, момент, расход жидкости, которые можно измерить последовательным включением прибора с каждым из элементов системы. Далее ими вводится понятие графа электромеханической системы и обобщаются законы Кирхгофа в виде двух следующих постулатов для контуров и вершин Г сумма продольной переменной вдоль контура и 2 сумма поперечной переменной в вершине равняются нулю. Подобная терминология стала применяться и в отечественной литературе , , . В завершении этого В . Устанавливается, что для расчета потокораслределения в таких цепях, не отвечающих принципу суперпозиции, необходимо предварительное определение направления потоков во всех ветвях схемы. Это послужило толчком для создания методов и алгоритмов расчета тепловых сетей с использованием данной теории , . На основании теории гидравлических цепей разработана компьютерная модель циркуляционной системы Новокуйбышевской ТЭЦ2, позволяющая имитировать протекающие в ней гидравлические процессы . Рассчитываемая сеть может включать следующие элементы узлы сети участки сети напориорегулирующие емкости насосы задвижки в открытом или закрытом состоянии. Все участки подразделяются на участки трубы, участки насосы и участки задвижки. Данная математическая модель предназначена для расчета систем с необогреваемым теплоносителем постоянная плотность рабочего тела и не учитывает возможность возникновения движения в обратную сторону отрицательный расход. Теория гидравлических цепей также использовалась для создания математических моделей расчета гидравлических систем котельных агрегатов. В работе рассмотрена математическая модель расчета систем с естественной и многократной принудительной циркуляцией. К достоинствам модели следует отнести возможность проведения поверочного расчета гидравлических схем любой топологии.