Анализ применения термогидравлического распределителя в схемах централизованного теплоснабжения показал недостаточную изученность процесса взаимного влияния подключенных контуров, от которого зависит коэффициент гидравлической устойчивости тепловой сети. Кроме того, отсутствует сравнительный анализ эффективности теплоснабжения при использовании схемы с термогидравлическим распределителем и широко применяемой схемы присоединения абонентов. В связи с этим сравнение экономической и энергетической эффективности предлагаемой и существующих схем присоединения абонентов является актуальной задачей. Исследования гидравлической взаимозависимости контуров термогидравлического распределителя проведены в лабораторных условиях в широком диапазоне. Обработка результатов осуществлена методом корреляционно-регрессионного анализа и математической статистики. При сравнительном анализе схем присоединения абонентов использованы методы физического моделирования теплогидравлических режимов. Проведен сравнительный анализ схем присоединения абонентов к тепловой сети, который показал, что энергетическая эффективность схемы с термогидравлическим распределителем выше в системах теплоснабжения с неавтоматизированными абонентами, независимо от температурного графика теплосети. При сравнении схем с параллельным присоединением подогревателя горячего водоснабжения выявлено, что совокупность затрат электроэнергии на циркуляцию теплоносителя и затрат топлива для схемы с термогидравлическим распределителем оказалась меньше независимо от температурного графика. С использованием статистических методов исследования подтверждена независимость контуров и нормальная подача теплоты на отопление. Получены новые решения задачи повышения гидравлической устойчивости системы централизованного теплоснабжения с применением термогидравлического распределителя в тепловом пункте - коэффициент гидравлической устойчивости теплосети при всех режимах работы абонента равен единице. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании тепловых пунктов: предлагаемой системы теплоснабжения, потребители которой обеспечат стабильный гидравлический режим; существующей системы теплоснабжения, потребители которой должны обеспечить гидравлически устойчивое регулирование теплоты.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2019. — Выпуск 3
Содержание:
Для предотвращения накипеобразования на внутренних поверхностях конденсатора и теплообменного оборудования в настоящее время на ТЭС с системами оборотного охлаждения часто применяется коррекционная обработка с добавлением серной кислоты, для подкисления подпиточной воды и снижения ее щелочности и щелочности оборотной воды, а также с дозированием оксиэтилидендифосфоновой кислоты для предотвращения образования накипных отложений. Существующая коррекционная обработка не обеспечивает необходимой степени защиты теплообменного оборудования от накипеобразования. При данном методе очистки невозможно полностью удалить отложения с поверхности трубок до «чистого» металла, в продувочной воде часто отмечается превышение допустимой концентрации сульфатов. Для повышения эффективности мероприятий водного режима необходимо разработать методику расчета и создать опытную установку для исследования состояния ВХР в отношении накипеобразования и коррозии непосредственно в промышленных условиях, что и является целью данной работы. Исследование коррозионной агрессивности оборотной воды проведено на стенде, моделирующем работу систем оборотного охлаждения, где в змеевик, имитирующий движение воды внутри теплообменных аппаратов, устанавливались образцы-свидетели скорости коррозии из углеродистой стали и латуни. Количественная оценка биологической зараженности оборотной воды системы охлаждения ТЭЦ ПГУ-450 МВт проведена при помощи экспресс-тестов на общее микробное число. Для оценки вероятности протекания процессов отложения карбонатных солей на теплообменном оборудовании предложена методика расчета существующих значений коэффициента стабилизации (транспорта кальция). Предложенная методика использована для оценки состояния ВХР систем оборотного охлаждения ТЭЦ ПГУ-450 МВт. Установлены расчетом и подтверждены данными химических анализов воды и отложений на контрольных образцах повышенные значения массы отложений (коэффициент стабилизации менее 85 %), в том числе биологического характера (превышение общего микробного числа сверх 10 КОЕ/мл). Показано, что коррозионная агрессивность оборотной воды повышена, скорость коррозии образов стали Ст. 20 превышает нормативные значения (0,1 мм/год). Разработанная методика может эффективно использоваться для анализа состояния как действующего водного режима систем оборотного охлаждения, так и любого другого (альтернативного) ВХР непосредственно в промышленных условиях эксплуатации конкретной ТЭС.
Ключевые слова
В современных отечественных и зарубежных работах при моделирования систем переменного тока с несинусоидальной формой питающего напряжения предлагается использовать метод частотного анализа с применением преобразований Фурье. При использовании вышеуказанного метода для расчета установившихся режимов электротехнического комплекса повышенной частоты были выявлены расхождения расчетных и экспериментальных результатов, а также зафиксировано длительное время просчета модели. В целях решения этих проблем актуальной является задача получения обобщенных формульных выражений для величины внутреннего сопротивления IGBT-транзисторов и амплитуды воздействующей ЭДС (напряжения) в составе электротехнического комплекса повышенной частоты при использовании разложения Фурье. Обобщенные выражения для определения внутреннего сопротивления IGBT-транзисторов получены путем анализа физических процессов диффузии зарядов. Амплитуды воздействующей ЭДС (напряжения) определены методом численного интегрирования. Сформированы упрощенные аналитические выражения, пригодные для определения частотной зависимости сопротивления IGBT-транзисторов в открытом состоянии в электротехнических устройствах. Выполнена оптимизация скорости расчета модели электротехнического комплекса повышенной частоты с применением частотного анализа. Полученные обобщенные аналитические выражения позволяют более точно производить вычисление величины внутреннего сопротивления транзистора (разница достигает 70 %). Оптимизация способа расчета в методике позволила сократить время расчета модели электротехнического комплекса повышенной частоты с N = 3000 гармоник с 8 часов до 3 минут. Модернизированная методика может быть использована не только для расчета электротехнического комплекса повышенной частоты, но и для анализа любых электрических цепей с компонентами силовой электроники при воздействии непериодических несинусоидальных токов и напряжений.
Ключевые слова
Эффект магнитной пружины проявляется в электромеханических устройствах с ограниченными размерами полюсов. Изменение магнитной проводимости системы при относительном перемещении полюсов вызывает появление сил магнитного тяжения. Проявление этих сил в электромеханических магнитожидкостных демпферах имеет свои особенности и к настоящему моменту не изучено. В связи с этим актуально исследование действия магнитной пружины на силовую характеристику демпфера, целесообразна оценка влияния свойств магнитореологической суспензии на силу магнитной пружины, характер ее изменения, сочетания действия сил магнитной природы и вязкостного сопротивления движению поршня. Для этого необходимо проанализировать эффект магнитной пружины в статике, при медленном движении поршня, при динамических колебаниях поршня. Исследования проведены с использованием теории натурного эксперимента и методов обработки экспериментальных результатов. Получены и проанализированы зависимости силы сопротивления электромеханического магнитожидкостного демпфера для разных частот колебаний и магнитных индукций. Исследовано влияние сил магнитной пружины на силовую характеристику демпфера. Проведена оценка влияния на силу сопротивления демпфера магнитной и гидродинамической составляющих. Использование демпфера с чередующимися элементами с высокой и низкой магнитными проводимостями позволяет изменять силовую характеристику электромеханических магнитожидкостных демпферов. Доля контролируемого магнитным полем усилия достигает 75 % суммарного усилия. Использование эффекта магнитной пружины позволяет повысить эффективность демпфирования при малых амплитудах и частотах колебаний. Повышение магнитных свойств магнитореологической суспензии усиливает эффект магнитной пружины при немагнитном поршне и ослабляет при магнитном. При увеличении магнитной индукции эффект магнитной пружины возрастает. Изменяя начальное положение поршня, можно получить несимметричную силовую характеристику, например, без применения клапанов и золотников увеличить силу отбоя и уменьшить силу сжатия. Отказ от подвижных частей увеличивает надежность демпфера.
Ключевые слова
Основной особенностью технологических объектов управления, в которых в результате гидромеханических, физических, химических воздействий на потоки исходных веществ происходит изменение их физических свойств, агрегатного состояния и состава, является их многомерность, нелинейность, многосвязность, а также параметрическая неопределенность математической модели на стадии проектирования. К такому типу объектов относится химический реактор, управление тепловым режимом которого в большинстве случаев осуществляется с использованием одноконтурных или каскадных систем автоматического регулирования на основе линейных алгоритмов. Основным недостатком таких систем является проблема сохранения свойств робастности, т.е. сохранения устойчивости и показателей качества управления при действии параметрических возмущений. Перспективным в этом плане представляется метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов, разработанный в рамках синергетической теории управления. Исследования проведены с использованием методов системного анализа технологических процессов как объектов управления; методов теории автоматического управления; методов аналитического синтеза алгоритмов управления на базе синергетической теории управления; методов компьютерного моделирования. Методом аналитического конструирования агрегированных регуляторов решена задача алгоритмического синтеза системы каскадно-связанного управления тепловым режимом технологического объекта (химического реактора) в нелинейной постановке - с использованием нелинейной математической модели объекта. Методами компьютерного моделирования доказана работоспособность комплекса «объект - подсистема управления»: устойчивость системы, ковариантность с заданием. Показано, что при управлении тепловыми процессами рассматриваемого вида параметрическая неопределенность по коэффициенту теплопередачи может приводить к недопустимо большой величине статической ошибки, что требует совершенствования алгоритмической структуры системы автоматического управления. Для обеспечения полной робастности системы автоматического управления рекомендовано усложнение алгоритмической структуры системы путем введения в закон управления астатической составляющей и коррекции настроечных параметров алгоритма.
Ключевые слова
Высокая перегрузочная способность и возможность регулирования скорости в широком диапазоне являются важными требованиями, предъявляемыми к современным электроприводам. Внедрение регулируемого двухфазного электропривода небольшой мощности, обладающего этими свойствами, в средства малой механизации ограничено необходимостью преобразователя частоты обеспечивать функцию конверсии трехфазной сети в двухфазную, возникающую при возрастании единичной мощности таких механизмов. Проведенные ранее исследования показали возможность использования типового преобразователя частоты с трехфазным мостовым инвертором напряжения с применением нового алгоритма управления на основе пространственно-векторной ШИМ. При использовании ШИМ частота коммутации ключевых элементов инвертора остается достаточно высокой, строго заданной, не поддающейся снижению без ухудшения гармонического состава. Цель данной работы - разработать алгоритм управления двухфазного электропривода, снижающий число коммутаций ключевых элементов трехфазного инвертора без увеличения отклонений мгновенных значений фазных токов от синусоиды задания. Использованы положения теории автоматического управления, теории электропривода и методы математического моделирования. В качестве объекта моделирования выбрана система управления двухфазным двигателем. Моделирование осуществлено с использованием элементов программного комплекса Matlab Simulink. Предложен алгоритм работы системы управления трехфазным инвертором двухфазного электропривода, отличающийся от известной системы управления типовым мостовым инвертором с пространственно-векторной ШИМ применением релейных регуляторов фазных токов и разделением периода синусоид фазных токов на четыре участка и обеспечивающий снижение числа коммутаций ключевых элементов инвертора при равенстве максимальных мгновенных отклонений значений токов от синусоидального задания, стабилизации пускового момента двигателя и плавном регулировании скорости. Полученные результаты свидетельствуют, что при равном максимальном отклонении мгновенных значений тока от заданного синусоидального значения в предлагаемой системе снижено число коммутаций ключевых элементов инвертора по сравнению с известными аналогами. В системе электропривода обеспечивается запуск двухфазного двигателя со стабилизацией пускового момента при повышенной нагрузке. Рассмотренная система частотного управления с релейными регуляторами тока может быть использована для двухфазных электроприводов средств малой механизации, а также бытовой техники и перспективна в качестве замены менее экономичных однофазных и конденсаторных двигателей.
Ключевые слова
Разработка нормативных энергетических характеристик оборудования ТЭС является обязательной и ресурсоемкой процедурой. В рамках методологии матричной формализации расчета энергомассообменных установок ранее разработана математическая модель турбоустановки - собственно турбоагрегата и системы регенеративного подогрева питательной воды. Проведенный анализ результатов моделирования показал, что при низких нагрузках производственного отбора модель удовлетворительно описывает фактические энергетические характеристики турбоустановки, а при увеличении данной нагрузки качество описания существенно снижается, что не позволяет использовать предложенную модель для практического анализа реального оборудования. Уточнение модели турбоустановки путем введения изменяющихся по ее ступеням показателей эффективности для более обоснованного определения энергетических характеристик оборудования и создания на их основе программных средств оптимизации режимов технологических систем и подсистем ТЭС является актуальной задачей. Для исследования многопоточных тепломассообменных систем и подсистем ТЭС используются уравнения балансов массы и энергии, для решения которых применяются методы математического программирования. Энергетические характеристики и показатели качества агрегатов ТЭС определяются в рамках существующего нормативного подхода. В рамках методологии матричной формализации выполнено уточнение модели турбоагрегата путем введения изменяющихся по ее ступеням показателей эффективности получены и проанализированы решения модели в целях построения энергетических характеристик теплофикационного турбоагрегата. Выполнено сравнение результатов расчета с энергетическими характеристиками действующего турбоагрегата, показана достоверность и обоснованность предложенного подхода. Полученные результаты могут быть использованы для повышения обоснованности расчета энергетических характеристик оборудования во всем диапазоне изменения нагрузки, создания компьютерных тренажеров и программных средств оптимизации режимов технологических систем и подсистем ТЭС.
Ключевые слова
Подавляющее большинство теплоэнергетических процессов включает в себя перемещение значительных количеств газов и жидкостей. Поэтому важной и актуальной задачей следует считать разработку подходов для компьютерной имитации и визуализации потоков сплошной среды в технологических аппаратах и трубопроводах. В последнее время появилась целая группа новых подходов к математическому моделированию потоков сплошных сред, прежде всего использование для данных целей дискретных математических объектов. Дискретные подходы могут упрощать процедуры моделирования в тех случаях, когда традиционные методы приводят к сложным вычислениям, требующим больших затрат времени. В то же время при использовании дискретных моделей часто возникают вопросы, касающиеся корректности описания дискретными методами тех или иных режимов течения. Вторая проблема использования упомянутых моделей - это масштабный переход от модельных дискретных параметров к общепринятым макроскопическим характеристикам течений. Целью данной работы является определение режимов течения сплошной среды, для которых применение конкретных моделей можно считать корректным. Рассмотрены дискретные динамические модели в виде решеточных газов. При этом сплошная среда представляется совокупностью частиц, движущихся только в разрешенных направлениях. Несмотря на определенные ограничения, имеется много доказательств того, что решеточные газы достаточно успешно описывают целый ряд гидродинамических явлений, а полученные результаты не противоречат общепринятым взглядам на физическую природу процессов движения сплошных сред. Описываются подходы, позволяющие оценить параметры течений, используя общепринятые макроскопические показатели. Исследованы возможные области применения моделей решеточных газов, использующих движение виртуальных частиц на пространственной решетке (модели HPP и FHP), а также модели, использующей дискретный аналог уравнения Больцмана (модель LBM) для имитации и визуализации потоков сплошных сред. Полученные данные хорошо согласуются с общепринятыми результатами и не противоречат положениям классической гидродинамики. Модели, рассматривающие столкновения частиц (HPP и FHP), применимы для описания течений газов в ламинарных режимах. Для моделирования и визуализации течений реальных жидкостей более корректной следует считать модель LBM.