Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности управления режимом горения топлива в котлоагрегатах средствами регулируемогоэлектропривода 11
1.1. Технологические особенности сжигания топлива 11
1.2. Виды котельных агрегатов 13
1.3. Электропривод дымососов 17
1.4. Особенности применения регулируемого электропривода дымососа 20
1.5. Задачи диссертационной работы и методы их решения 25
Глава 2. Разработка математической модели централизованной системы теплоснабжения 29
2.1. Описание объекта исследования 31
2.2. Модель газовоздушного тракта 34
2.3. Модель теплообмена в газовоздушном тракте и водяном контуре 38
2.4. Математическая модель центробежного механизма 43
2.5. Математическая модель электропривода 64
Глава 3. Разработка системы автоматического регулирования разрежения 69
3.1. Реализация модели централизованной системы теплоснабжения в MATLABVSimulink 69
3.2. Компьютерная модель теплообмена в газовоздушном тракте и водяном контуре 70
3.3. Обобщенная модель котлоагрегата и дымовой трубы 74
3.4. Линеаризация упрощенной модели котлоагрегата з
3.5. Синтез регулятора разрежения 84
3.6. Исследование работы САР разрежения в топке на полной модели котлоагрегата 89
Глава 4. Практическая реализация системы управления регулируемого электропривода дымососа 112
4.1. Двухканальная система автоматического регулирования разрежения с управлением шибером в функции расхода газа 115
4.2. Двухканальная система регулирования разрежения с управлением шибером в функции напряжения и тока в звене постоянного тока преобразователя частоты 119
4.3. Альтернативные методы решения проблемы применения регулируемого электропривода на дымососах 120
Заключение 124
Список литературы
- Электропривод дымососов
- Модель теплообмена в газовоздушном тракте и водяном контуре
- Обобщенная модель котлоагрегата и дымовой трубы
- Двухканальная система регулирования разрежения с управлением шибером в функции напряжения и тока в звене постоянного тока преобразователя частоты
Введение к работе
Актуальность проблемы. Комфортность проживания населения в современном городе напрямую зависит от качества электро- и теплоснабжения. Бесперебойное снабжение потребителей электричеством и теплом требуемых параметров является одной из главных задач государства. Для такой страны как Россия эта задача является наиболее приоритетной, так как значительная часть её территории находится в условиях холодного климата, где сбои в сфере коммунальных услуг отражаются крайне негативно.
В связи с ростом потребления всех видов энергии и цен на топливо актуальной становится задача ресурсо- и энергосбережения, решению которой уделяется значительное внимание во всём мире. «Энергетическая стратегия России до 2020 г.» оценила потенциал энергосбережения в отрасли теплоснабжения на нужды жилищно-коммунального хозяйства как 26% от имеющегося в стране. Для реализации этого потенциала принят Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
Основным исполнительным элементом в системах, обеспечивающих поддержание технологических процессов на объектах тепло- и электроэнергетики, является электропривод, который до недавнего времени был нерегулируемым. Основным и практически единственным способом регулирования технологических величин до настоящего времени являлось дросселирование насосов и вентиляторов, применение которого обусловливает избыточное потребление электроэнергии.
Обилие проблем, связанных с несовершенством существующей организации технологических процессов, стало поводом для теоретического обоснования целесообразности внедрения на повысительных насосах систем тепловодоснабжения и тягодутьевых механизмах котлоагрегатов регулируемого электропривода. Практическая реализация этого способа управления на теплоэнергетических объектах Москвы доказала их эффективность, устранила многие ранее существовавшие недостатки, открыла новые возможности регулирования, позволила повысить качество оказываемых населению услуг, принесла ощутимый эффект ресурсо- и энергосбережения. В настоящее время внедрение регулируемого электропривода на механизмы сетевых насосов, насосов рециркуляции и дутьевых вентиляторов котлов стало обязательным при создании комплексных автоматизированных систем управления теплостанций при их модернизации или новом строительстве. Среднегодовая экономия электроэнергии за счёт применения таких систем на сетевых насосах достигает 30%, на дутьевых вентиляторах – 60%. Кроме того, экономится до 2% газа и до 10% потребляемой жителями воды. На дымососах практически всех котлов районных тепловых станций Москвы для оптимизации процесса горения с помощью локальной системы регулирования разрежения используется частотно-регулируемый электропривод, который позволяет сэкономить до 90% электроэнергии в год. Столь значительная экономия электроэнергии обусловливается наличием фактора естественной тяги.
Однако в процессе эксплуатации существующих систем регулирования разрежения в топке котла выявлены недостатки, заключающиеся в возникновении, при некоторых условиях, режима автоколебаний и невозможности поддержания заданного разрежения при работе в режиме малой тепловой мощности, что приводит к аварийному отключению котла. Предполагается, что явление избыточной самотяги трубы является одной из причин, влияющих на работу электропривода дымососа и ухудшающих качество регулирования разрежения в топке.
Диссертация посвящена исследованию подобных систем и разработке способов улучшения их технических показателей. Изложенное позволяет считать тему диссертации весьма актуальной.
Цель диссертационной работы – повышение энергоэффективности тягодутьевого тракта и надежности системы управления процессом горения в котлоагрегатах средствами регулируемого электропривода.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
анализ технологического процесса работы котлоагрегата в составе комплекса оборудования централизованной системы тепло-водоснабжения. Определение и классификация основных физических величин, влияющих на разрежение в топке котла;
разработка и реализация в среде Matlab/Simulink математических моделей элементов котлоагрегата с учётом их взаимосвязей. Оценка их статических и динамических характеристик в различных режимах работы;
синтез контура регулирования разрежения. Исследование влияния естественной тяги и настроек электропривода дымососа на показатели качества регулирования разрежения;
разработка нового алгоритма управления, позволяющего средствами регулируемого электропривода оптимизировать процесс горения независимо от условий работы котла. Апробация алгоритма на реальном технологическом объекте.
Методы исследования. При решении поставленных в работе задач использованы: положения теории автоматизированного электропривода и теории автоматического управления, методы компьютерного моделирования (в программных комплексах FlowVision и Matlab/Simulink).
Все экспериментальные данные получены посредством наблюдения и регистрации показаний на действующих тепловых станциях Москвы без ущерба для комфортности населения.
Научная новизна работы:
-
Выявлена, теоретически и экспериментально исследована проблема аварийного останова котлоагрегатов, состоящая в возникновении генераторного режима электропривода дымососа и размыкании контура регулирования разрежения.
-
Проведено компьютерное моделирование установившихся режимов течения воздушного потока в турбоагрегате при различных соотношениях частоты вращения и объемного расхода. В результате получены аналитические формулы для различных участков рабочих характеристик и показана справедливость формул приведения при изменении частоты вращения.
-
В программном комплексе MATLAB/Simulink разработана компьютерная модель централизованной системы теплоснабжения, позволяющая исследовать алгоритмы регулирования технологических параметров воздействием на частоту вращения регулируемых электроприводов дутьевого вентилятора и дымососа.
-
Разработан и экспериментально подтверждён в условиях промышленной эксплуатации алгоритм регулирования разрежения в топке котла, заключающийся в использовании второго канала регулирования (положением шибера дымососа) для предотвращения генераторного режима электропривода дымососа и аварийного останова котлов.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждена совпадением основных теоретических результатов, полученных в результате компьютерного моделирования, и экспериментальных данных, полученных при реализации исследуемых систем на базе общепромышленных компонентов.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Результаты теоретического и экспериментального исследования проблемы аварийного останова котлоагрегатов, состоящей в возникновении генераторного режима электропривода дымососа и размыкании контура регулирования разрежения.
-
Процедура расчета рабочих характеристик дымососа и дутьевого вентилятора в широком диапазоне изменения частоты вращения и расхода, включая режим наличия самотяги в газовоздушном тракте котла.
-
Компьютерная модель котлоагрегата и результаты её исследования, выявляющие условия возникновения колебаний и размыкания контура регулирования разряжения.
-
Алгоритм регулирования разрежения в топке котла, заключающийся в использовании второго канала регулирования (положением шибера) для предотвращения генераторного режима электропривода дымососа и аварийного останова котлов, и варианты его практической реализации.
Основные практические результаты диссертации состоят в разработке предложений по реализации различных вариантов систем управления электроприводом дымососа, обеспечивающих оптимальный процесс горения независимо от условий работы котла. Получен патент на полезную модель «Устройство для регулирования режима горения в топке котла».
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VI Международной (XVII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2010, обсуждались на заседании кафедры Автоматизированного электропривода федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы, все в рецензируемых научных журналах, рекомендуемых Высшей Аттестационной Комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации). Получен патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 45 наименований и приложений. Ее содержание изложено на 153 страницах машинописного текста, включает 86 иллюстраций и 4 таблицы.
Электропривод дымососов
В основе технологии производства тепла лежит процесс горения. В топку котлоагрегата подаются топливо и воздух, и в результате совокупности быстрых экзотермических реакций окисления горючих составляющих топлива выделяется значительное количество тепловой энергии и дымовых газов.
Процесс горения входящих в состав топлива химических элементов приводит к образованию тепла, двуокиси углерода С02, водяных паров, а также токсичных соединений оксидов азота NOx и угарного газа СО. Причём, при большом выделении указанных химических соединений падает КПД котла. Поэтому для уменьшения образования вредных веществ и увеличения КПД котла необходимо регулировать режим горения топлива, основными показателями качества которого являются соотношение «воздух-газ» и разрежение в топке [19].
На рис. 1.1 показана зависимость концентрации составляющих продуктов сгорания газа и КПД котла от коэффициента избытка воздуха - а (соотношение количества воздуха и газа, подаваемых в горелки) [21].
Для реализации оптимального процесса горения необходимо поддерживать коэффициент избытка воздуха аопт (заштрихованная область) в зоне минимальной концентрации СО (-50 ррт). При условии недостатка воздуха происходит так называемый химический недожог топлива, вследствие чего в атмосферу выбрасывается большое количество угарного газа. Избыток воздуха приводит к большему содержанию окислов азота NOx в дымовых газах и потерям тепла в атмосфере вместе с избыточным воздухом. Оба отклонения от оптимального режима ведут к падению КПД котла [23].
Первым условием качественного горения топлива (заштрихованная зона на рис. 1.1) является оптимальное соотношение «воздух-газ», подавае 12 мых в горелки. При этом КПД котла будет достаточно высок, а содержание NOx и СО в продуктах сгорания незначительно. Проблема изменения соотношения «воздух-газ» средствами регулируемого электропривода решена в [19].
Концентрации составляющих продуктов сгорания газа и КПД котла в зависимости от коэффициента избытка воздуха Вторым условием качественного горения топлива является удаление дымовых газов. Важнейший показатель этого процесса - разрежение в топке котла, значение которого поддерживается на некотором оптимальном уровне, чтобы: - избежать отрыва факела от горелки; - уменьшить подсос наружного неорганизованного воздуха в топку; - исключить выброс вместе с дымовыми газами полезного тепла; - не допустить превышения давления в топке над атмосферным давлением во избежание попадания продуктов сгорания в котельное помещение.
Правильный выбор значения величины разрежения и его стабилизация на заданном уровне обеспечивают высокий КПД котла, экономию топлива, а также исключают аварийные ситуации по факту отрыва пламени от горелок или превышения давления в топке над допустимым уровнем. Таким образом, поддержание разрежения в топке является важнейшей задачей системы управления котлом, решение которой позволит оптимизировать процесс горения и избежать возникновения аварийных ситуаций.
Существуют два основных типа котлов - паровые и водогрейные. Паровые котлы производят пар высокого давления [20]. На тепловых станциях энергия пара используется для вращения лопаток паровой турбины, на валу которой находится вал электрогенератора. Паровой котёл, основная задача которого - выработка пара, необходимого для производства электроэнергии, называется энергетическим. Кроме того, пар применяется для технологических нужд промышленных предприятий, сельского хозяйства, а также в паровых подогревателях воды для систем теплоснабжения.
Водогрейные котлы служат для получения горячей воды требуемых характеристик для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных зданий и промышленных предприятий. Нагретая до нужной температуры вода доставляется по тепловым сетям к абонентским установкам - тепловым пунктам, задача которых снабжать потребителей холодной и горячей водой, а также теплом. Оба типа котлов являются важнейшей составляющей теплоэнергетических систем, а стабильность работы этих агрегатов напрямую влияет на их функционирование. Количество установленных на тепловой станции котлов варьируется в зависимости от нагрузки.
Одним из факторов, определяющих конструктивные особенности котла и всей технологической схемы производства тепла, является вид используемого топлива. Так, в котлах на природном газе или жидком топливе отсутствуют золоуловители, а также устройства для удаления шлака и золы, которые представляют неотъемлемую часть котлоагрегатов, работающих на твёрдом пылевидном топливе.
Модель теплообмена в газовоздушном тракте и водяном контуре
В процессе создания или модернизации различных технологических установок появляется необходимость определить целесообразность внедрения новшеств в систему управления техническим объектом или непосредственно в сам технический объект, узнать, к чему приведёт изменение условий работы или какого-либо параметра в системе. Однако при исследовании объекта не всегда имеется возможность проведения эксперимента по причине непрерывного производственного процесса, либо из-за сложности его организации.
При экспериментальном исследовании влияния естественной тяги на качество регулирования разрежения в топке котлов возникают трудности с созданием возмущающих воздействий и других условий, от которых она зависит. Так, погодные условия не зависят от исследователя, а ожидание их изменения при сохранении прочих факторов нецелесообразно и даже бесполезно. Из-за необходимости соблюдения баланса выработка — потребление изменение величины вырабатываемой тепловой мощности допустимо только кратковременно и в узком диапазоне.
Для оценки влияния тех или иных факторов на исследуемый технический объект удобно использовать его модель [28]. Модель представляет собой искусственный и чаще всего очень упрощённый объект, в котором отражены важные свойства реального прототипа. Список этих свойств и тип самой модели зависят от исследователя.
В работе стояла задача разработать математическую модель котла, учитывающую основные факторы, которые оказывают влияние на разрежение в топке. На начальном этапе разработки математической модели необходимо ввести допущения, которые позволят сузить число влияющих факторов, упростить расчёты и определят условия, при которых модель будет адекватна.
Общий вид любого исследуемого объекта показан нарис. 2.1. Каждый объект независимо от его типа можно представить зависимым от трёх групп влияющих на него факторов [28]: X — группа содержащихся в математической модели факторов, зависимость от которых и представляет интерес; Z - группа факторов, остающихся неизменными в процессе эксперимента и определяющих условия, в которых разрабатывается модель; W - группа случайных факторов, воздействие которых на исследуемый объект нужно учесть в математической модели.
В реальности значение случайных факторов может быть очень велико, и математическая модель, построенная без учёта их влияния, может быть неадекватной, т.е. неверно описывающей объект.
Характеристикой объекта служат один или несколько признаков Y-функции цели, для нахождения которых проводятся исследования. В этом случае задача получения модели сводится к выявлению зависимости Y = F(X) с учётом заданных условий Z и случайных факторов W .
Задачей разрабатываемой математической модели является получение зависимости разрежения в топке котла от вырабатываемой тепловой мощности, режима работы электроприводов тягодутьевых механизмов с учётом влияния естественной тяги, поиск оптимального алгоритма управления САР разрежения, который позволит избежать возникновений неустойчивых режимов работы и аварийных остановов котлоагрегатов. 2.1. Описание объекта исследования
Существуют различные способы организации систем транспортировки воды и тепла, однако в современных городах наиболее распространённой является централизованная система тепловодоснабжения (рис. 2.2).
Централизованная система тепловодоснабжения Основными узлами такой системы являются тепловая станция (ТС), магистральные трубопроводы и сеть центральных тепловых пунктов (ЦТП). В качестве теплоносителя используется подготовленная в химическом цехе вода.
Под напором сетевых насосов вода, нагреваемая в котлах, циркулирует в первичном контуре - ТС-ЦТП. Поступая через прямой магистральный трубопровод в теплообменники ЦТП, вода передаёт тепло во вторичный контур - ЦТП-потребители, после чего уже охлаждённая возвращается на ТС по обратному трубопроводу.
В соответствии с функциональной схемой централизованной системы теплоснабжения её математическая модель в обобщённом виде, ориентиро ванном на исследование процессов тепло- и массообмена, представлена на рис. 2.3. При этом сделаны следующие допущения: рассматривается один котлоагрегат; пренебрегаем потерями тепловой мощности через стенки котла, трубы, трубопроводов и теплообменников; пренебрегаем потерями теплоносителя (циркуляционной воды), не рассматривается работа насоса подпитки; не учитывается возможность рециркуляции и перепуска теплоносителя; совокупность центральных тепловых пунктов представлена суммарной тепловой нагрузкой, при этом пренебрегаем распределением ЦТП в пространстве и разветвлениями трубопроводов.
Рассмотрим процессы генерации и передачи тепловой энергии, происходящие в водогрейном котле. Тепло, выделяемое в результате горения газовоздушной смеси в топочной камере котла, передаётся воде, циркулирующей по расположенным внутри топки трубам (конвективным поверхностям нагрева). В соответствии с этим можно выделить два канала: — канал подачи газовоздушной смеси и удаления дымовых газов - газовоздушный и дымовой тракты; - канал циркуляции теплоносителя - водяной контур. Интегральными показателями процессов тепло- и массообмена являются значения объемного Q или массового м расхода, напора (давления) Я, температуры Т на входе и выходе каждого элемента математической модели. Связь между ними зависит от характера протекающих физико-химических процессов и устанавливается на основании уравнений баланса массы и баланса теплоты Цл где С„, - теплоёмкость массы т, Рт вх, Рт_вых - мощность входных и выходных тепловых потоков. Прежде чем переходить к конкретизации вида уравнений для каждого элемента, обратим внимание на то, что физические свойства теплоносителей в газовоздушном тракте и водяной контур существенно отличаются.
Для смеси газов справедливо уравнение Менделеева-Клапейрона, которое в принятых обозначениях имеет вид HV = — RT, (2.3) М у где Н- давление (напор), V— объем, Т- абсолютная температура массы газа m с молярной массой M,R — универсальная газовая постоянная. Применение уравнения состояния идеального газа для описания поведения реального газа при низких давлениях и высоких температурах не вносит значительной погрешности в результат. Это уравнение даёт возможность определить изменения массы газа при фиксированном объёме Киз уравнения (2.1) и через температуру, определяемую по (2.2), объединяет все три уравнения в систему.
Обобщенная модель котлоагрегата и дымовой трубы
Пространственная модель сектора ротора (файл Rotor_sector.fVt) Большинство граничных условий остаются неизменными. Для изменения режима работы изменяется значение нормальной скорости на входе. Так же можно изменить тип граничного условия на выходе и задавать значение давления. Альтернативный вариант — изменить тип граничного условия на входе и задавать одновременно давления на входе и выходе. Однако, как показали предварительные расчёты, в этом варианте существенно увеличивается время расчёта, так как ухудшаются условия сходимости. Во вкладке «Движение» задается частота вращения ротора в об/мин. Для вымжа пояощи нажните Fl NUM
Для получения картин распределения полного давления, векторов относительной скорости и интегральных показателей (давления на входе, давления и скорости потока на выходе, момента, действующего на вращающиеся боковые стенки лопастей) в препроцессоре были созданы супергруппы соответствующих поверхностей. Затем они были экспортированы в «Постпроцессор», где на их основе были созданы одноимённые слои заливки цветного отображения и дополнительные слои для расчёта интегральных показателей (Увход, Увыход, Давление_Вход, Давление_Выход, Момент) (рис. 2.14). При их конфигурации задаются пределы отображаемого изменения величин, выбираются отображаемые переменные и методы их обработки. Для Увход задается гСкорость, для Увыход - РадАбсСкорость. Для ДавлениеВход и Давление_Выход задается ПолноеДавление, для слоя Момент - Давление. Пример окна получаемых результатов приведен в правой части рис. 2.14. Для получения значений интегральных показателей вызываются соответствующие информационные окна, в которых регистрируется значение « по площади». Для слоя Момент дополнительно регистрируется значение «MoMeHTZ».
В результате моделирования получено семейство Q-H характеристик для ряда частот вращения в диапазоне 0 ... 750 об/мин, приведенное на рис. 2.15.
При номинальной частоте вращения п = 750 об/мин характеристика в диапазоне Q = (20... 100) м3/с по форме близка к теоретической линейной зависимости Н = Н0 - KIHQ СО значениями Но = 5650 Па и Кт = 57 Па/(м3/с). Только при Q 20 м /с наблюдается незначительное увеличение Н, а при Q 100 м3/с характеристика Н постепенно отклоняется вниз от линейной зависимости.
При п = 0 характеристика фактически совпадает с квадратичной параболой Н = -КгнО1 для К2ц = 0,866 Па/(м3/с)2 (штриховая линия с круглыми белыми маркерами). Дополнительный член -6,99} не вносит существенного вклада в значения Н. При промежуточных значениях п в каждой характеристике можно выделить два участка: при малых Q линейный, а при больших -квадратичный. Рис. 2.15. Семейство Q-H характеристик для частот вращения в диапазоне 0 ... 750 об/мин Изменение формы характеристик указывает на то, что падение напора определяется двумя разными факторами. При малых значениях п определяющим является изменение расхода и связанное с этим увеличение потерь энергии на трение между воздушным потоком и боковыми поверхностями колеса ротора, а при высоких скоростях вращения ротора — изменение угла вектора скорости входа воздушного потока относительно внутренних кромок лопаток [35].
Чтобы по каталожной Q-H характеристике при ином получить характеристики при малых п вплоть до п = 0, рассмотрим, в какой мере для этого применимы известные критерии приведения (2.22).
Результаты приведения показаны на графиках рис. 2.16 тонкими линиями с круглыми маркерами. Как видно, приведенные графики практически совпадают с расчётными для соответствующих скоростей. Однако при снижении скорости уменьшается и диапазон изменения Q для графиков приведения, а при п = 0 все точки исходного графика попадают в одну точку начала координат.
Чтобы продлить приведенный график в сторону увеличения Q, рассмотрим, как формулы приведения влияют на коэффициенты аппроксимирующего выражения для этого участка. На рис. 2.16 для участка Q 80 м /с характеристики при п = 750 об/мин (точки помечены треугольными маркерами) построен график аппроксимирующей параболы у = -0,955х" + 118,5х - 2390 (штриховая линия). Поскольку при приведении значения х уменьшаются пропорционально отношению «/«„ом, а значения у - пропорционально («/«„ом)", то при п -» 0 коэффициенты при первой и нулевой степенях х также. Для расчётной кривой при п = 0 коэффициент К2н = 0,886, для аппроксимированной кривой при п = 750 об/мин коэффициент К2ц = 0,955, т.е. погрешность составляет около 7%. Это позволяет пренебречь расхождениями в значениях КЩ и для дальнейших расчётов взять его среднее значение К-т = 0,94. В результате получаем уравнение для продолжения участка Q-H характеристик при Q Огр.н = 80(«/и,юм) в следующем виде
Двухканальная система регулирования разрежения с управлением шибером в функции напряжения и тока в звене постоянного тока преобразователя частоты
В итоге получаем, что первопричиной возникновения колебаний в контуре регулирования разрежения является ограничение момента электропривода, возникающее из-за достаточно большого момента инерции механизма и быстродействующей системы регулирования. Для получения режима устойчивых колебаний дополнительно требуется определённое значение расхода воздуха, достаточно большое возмущение или близкая к номинальному режиму температура газовой смеси. Предположение о влиянии самотяги на возникновение колебаний при малых расходах воздуха не подтвердилось.
Поскольку, как обнаружено ранее, вторичной причиной роста колебательности является фактическое размыкание внешних контуров регулирования при ограничении момента за счёт ограничения выхода регулятора скорости, рассмотрим способ устранения влияния этого фактора на колебательность системы. Негативное влияние ограничения выхода ПИ-регулятора на качество процесса регулирования хорошо известно и имеется несколько способов его устранения, напри 101 мер, так называемое "динамическое списывание" интегральной составляющей [43]. Однако в данном случае нужно воздействовать на интегральную составляющую регулятора разрежения не в функции его выхода, а по сигналу ограничения выхода регулятора скорости. Результат действия такой связи на переходные процессы включения регулятора и возмущающего воздействия показаны на рис. 3.29 и 3.30. Условия опытов № 11 и 12 совпадают с опытами № 3 и 4 соответственно.
Для опыта № 11 (f = 0С) при t = 10 с дополнительно подаётся сильное возмущающее воздействие в виде роста температуры смеси при розжиге топки. Как видно, существовавшие ранее колебания (см. рис. 3.17 и 3.18) полностью устраняются.
Заметим, что такой вариант коррекции системы управления электроприводом ДС не устраняет все возможные причины колебательности контура регулирования разрежения. При сохранении высокого быстродействия сохраняется чувствительность к возмущающим воздействиям и помехам, например на выходе датчика разрежения. На рис. 3.31 и 3.32 показан результат опыта № 13, повторяющего условия опыта № 10, но при наличии корректирующего сигнала и фильтра на выходе датчика разрежения с T_filtr = 0,2 с. При t = 20 с задается возмущающее воздействие An_DV = 25 об/мин. И управляющее и возмущающее воздействия вызывают довольно сильные колебания момента с частотой около 0,5 Гц и затуханием за 15...20 с, которые, однако, не вызывают существенных колебаний в давлении и расходе. Если же задать значения n_DV = 700 об/мин и n_DS = 530 об/мин, то колебания опять становятся незатухающими.
Альтернативным вариантом устранения колебательности может быть простое затягивание переходных процессов за счёт уменьшения коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих регулятора разряжения. На рис. 3.33 и 3.34 приведены результаты опыта № 14, повторяющие условия опыта № 10, но с изменённым значением начальной частоты вращения дымососа (n_DS_0 = 130 об/мин), с фильтром на выходе датчика разряжения (Т filtr = 0,2 с), уменьшенными в пять раз значениями К_г и 1/Т_г, без корректирующего сигнала.
Регулятор включается при t = 100 с, а возмущение подаётся при t = 300 с. Несмотря на то, что большое начальное рассогласование при включении регулятора отрабатывается с ограничением момента двигателя ДС и большим перерегулированием по давлению, в дальнейшем колебаний не возникает. Переходный процесс отработки возмущения близок к оптимальному. Перерегулирования в давлении и расходе можно устранить дальнейшим уменьшением коэффициентов регулятора (рис. 3.35 при уменьшении К_г и 1/Т_г в 20 раз), но при этом процесс включения регулятора затягивается до 50 с, а отработка возмущения длится около 25 с.
Дополнительным аргументом в пользу устранения колебаний в системе путем уменьшения коэффициентов регулятора может служить то, что по технологии управления котлоагрегатом высокого быстродействия не требуется, изменения по режимной карте производятся плавным изменением расхода газа с помощью сервопривода МЭО и частоты ДВ через задатчик интенсивности.
Перейдём к исследованию влияния естественной тяги трубы (самотяги) на режим работы электропривода дымососа. Для этого в блоке dym_truba к сигналу давления H_dt выхода блока m_truby добавляется сигнал выхода блока вычисления самотяги H_samotyagi, который до этого не использовался. На рис. 3.36 и 3.37 приведены результаты расчёта нагрева топки при условиях опыта № 15, в котором начальные значения частоты вращения ДВ и ДС соответствуют номинальному режиму работы котла. Розжиг котла производится при t = 10 с. Как и ранее, включение регулятора производится при t= 100 с, чтобы можно было проследить изменение величин в системе до включения регулирования. При t = 300 с подаётся возмущающее воздействие. Штриховыми линиями показано изменение величин без включения регулятора. В этом случае n_DS и M_DS остаются практически неизменными, а существеннее всего изменяется результирующее давление в трубе H_dt = H_m_tr - H_atm: с ростом температуры t_dym_gas за счёт большей разности температур (t_vozd - t_dym_gas) растёт H_samotyagi, что приводит к росту расхода Q_dt на выходе трубы, соответствующему росту dm_out на входе ra_truby и снижению H_dt. В установившемся режиме H_dt = -420 Па, что по абсолютной величине в четыре раза больше требуемого значения разрежения.
Включение регулятора устанавливает H_dt = -100 Па за счёт снижения частоты вращения n_DS до 100...50 об/мин и соответствующего уменьшения Q_DS. Следует заметить, что n_DS снижается значительно больше, чем расход Q_DS, значение которого определяется главным образом расходом Q_DV. Это изменяет знак моментов M_DS, Mc_DS и переводит электропривод дымососа в генераторный режим работы. Возмущающее воздействие увеличивает n_DS почти до 100 об/мин, но сохраняет генераторный режим работы.
