1 Постановка задачи

В качестве тестовой задачи выбрано моделирование системы регулирования уровня конденсата в главном конденсаторе одной из паровых турбин, находящейся в разработке ОАО «КТЗ». Принципиальная схема системы представлена на рисунке 1.

Обозначения на схеме:

ГК – главный конденсатор;

ТО БЭЖ – теплообменники блока эжекторов;

ЭКН – блок электро-конденсатных насосов (3 насоса типа ЭКН-125/140, 2 в работе);

ОПУ – охладитель пара уплотнений;

К1А, K1B, K2 – клапана, регулирующие электрические проходные;

УУ – управляющее устройство;

ДШ – шайба дроссельная;

a, b, ab, c – потоки конденсата;

Н – уровень в ГК.

Для ввода ПТУ в действие в начале процесса производится набор вакуума в ГК, для чего осуществляется подача пара в БЭЖ. При этом минимальная величина подачи ЭКН полностью определяется потребностью ТО БЭЖ. Во избежание переполнения или осушения ГК подача ЭКН в этом случае должна соответствовать величине расхода рециркуляции, возвращаемой в ГК. То есть весь конденсат, откачиваемый на пусковом режиме из ГК, проходя через ТО БЭЖ, направляется обратно в ГК. Такому режиму соответствует следующее положение клапанов:

К1А – открыт полностью,

K1B – закрыт,

К2 – закрыт.

При изменении режима работы ПТУ, сопровождающимся изменением уровня конденсата в ГК (±∆H), например, если уровень растёт (+∆H), то электронное устройство управления (УУ) автоматически формирует управляющий сигнал на закрытие линии “a“ (линии рециркуляции) клапана К1A с соответствующим открытием клапанов К1В и К2 линий “b“ и “c“.

При обратной ситуации, когда ЭКН полностью работает на сеть без рециркуляции (линии “c“ и “b“ открыты, “a“ – закрыта), при уменьшении уровня конденсата в ГК (-∆H) сначала прикрываются клапаны К2 и К1В, затем, если падение уровня в ГК продолжается, начинает приоткрываться линия рециркуляции “a“ (клапан К1A).

Таким образом, благодаря балансу расходов конденсата в ГК обеспечивается постоянство уровня в нём.

Дроссельная шайба на линии рециркуляции необходима для обеспечения равномерного распределения расхода конденсата в сеть (линия “b“) и на рециркуляцию (линия “a“), для компенсации неравномерности, имеющей место из-за разности давлений в ГК и в сети.

Количество конденсирующейся воды меняется в широких пределах от 0 до 230 тонн в час. Уровень воды в конденсатосборнике при этом должен поддерживаться в диапазоне 1000±75 мм.

Вода откачивается блоком, состоящим из трех насосов типа ЭКН 125-140 (в постоянной работе находятся 2 насоса, один в резерве). Напорная характеристика насосов представлена на рисунке 2.

Откачиваемая вода используется для охлаждения в теплообменнике блока эжекторов (ТО БЭЖ). Расход через ТО БЭЖ должен быть приблизительно 90 м³/ч и не должен опускаться ниже 80 м³/ч.

В систему управления подается сигнал с датчика уровня воды в конденсатосборнике и с датчика расхода через ТО БЭЖ. Система управления осуществляет управление приводами типа МЭОФ регулирующих клапанов К1А, K1B и К2 таким образом, чтобы поддерживать уровень в конденсатосборнике в заданных пределах при незначительно меняющемся расходе через ТО БЭЖ.

Справка: однооборотные (или неполноповоротные) электрические исполнительные механизмы и приводы МЭО, МЭОФ (электроприводы) предназначены для передачи крутящего момента арматуре при ее повороте на один оборот или менее, т.е. от 0 до 360°. Механизмы МЭО и МЭОФ предназначены для приведения в действие запорно-регулирующей арматуры в системах автоматического регулирования технологическими процессами, в соответствии с командными сигналами регулирующих и управляющих устройств.

Для создания модели использованы следующие дополнительные исходные данные:

Задачами данного моделирования являются:

• ответить на вопрос о принципиальной возможности поддержания уровня данной схемой регулирования с приемлемой для нас точностью;

• оценить точность и быстродействие регулирования при изменении тех или иных параметров системы (алгоритма управления, количества насосов, настроек и т.п.);

• иметь возможность получить переходные процессы в любой точке системы.