7.Примеры расчетов АСР паротурбинных установок.

7.1 Общие положения.

В разд.2 приведены рекомендуемые объемы АСР паротурбинных установок и их вспомогательного оборудования. Анализ регулируемых параметров показывает, что основная часть объектов регулирования обладает характеристиками с самовыравниванием, благоприятным для

автоматизации (соотношения τ/Та=1/7÷1/10). Объекты без самовыравнивания составляют менее 25% (уровень в деаэраторе, конденсаторе и подогревателях). Однако практически для всех АСР использована структура с применением жесткой обратной связи по положению исполнительного механизма (ЖОС). Эта структура реализует по существу пропорциональный закон регулирования. Известно, что при П-законе область устойчивости самая большая, что предопределяет меньшую критичность и точность поиска оптимальных параметров настроек регулирующих устройств. Но серьезным недостатком П- регуляторов является то, что эти регуляторы поддерживают заданную величину регулируемого параметра не точно, а со статической ошибкой, которая достаточно велика (до ±200 мм вод ст). Требования к величине статической ошибки приведены в табл.4.3. ч.1.

Применимость этой структуры в паротурбинных установках оказалась возможной благодаря относительно невысокой требуемой точности поддержания регулируемого параметра.

Необходимость применения структуры с ЖОС в отечественной практике определялась ещё и тем, что до появления РТМ 108.711.02-79 применялись регулирующие орган со значительным превышением требуемой скорости регулирования из-за несовершенства методов расчета регулирующих органов. Дело в том, что при истечении потока жидкости образуется паровая среда, которая занимает часть сечения, ограничивая истечение жидкости. Поэтому приходилось завышать проходное сечение. Однако в зарубежной практике используются одноконтурные АСР (см. табл. 4.9 ч.1), которые значительно проще в эксплуатации и достаточно надежны. Имеется и отечественный опыт применения одноконтурных АСР с точным расчетом регулирующего органа вместо АСР с ЖОС.

В табл. 7.1 и 7.2 приведены настройки регулирующих устройств АСР паротурбинных установок и вспомогательного оборудования при использовании разных типов технических средств автоматизации. Ниже рассмотрена методика и примеры расчета АСР уровня в подогревателе высокого давления.

Таблица 7.1

Наименование	Исходные	αΣ	α1рп	α2дп	R7	α	Тф	τи	tи	αп
	данные	дел.	дел.	дел.	МОм	%	с	с	с	с/%
Регулятор	Δ=0,3 кПА	0,5	0,64	0,2	0,6	0,6	4,0	20,0	0,2	3,6-5,0
уровня в ПНД	Dзад=5 кПа
№2	δ=5 кПа
	Первичный
	преобразователь
	ДМЭУ-1600
Регуляторы	Δ=0,2 кПА
уровня в	Dзад=5 кПа	0,5	0,6	0,18	0,4	0,6	3,0	10,0	0,2	3,0-5,0
ПНД №3	δ=3 кПа
ПНД №4	Первичный	0,5	0,6	0,18	0,4	0,6	3,0	10,0	0,2	3,0-5,0
ПНД №6	преобразователь	0,5	0,6	0,18	0,4	0,6	2,0	5,0	0,2	3,0-5,0
ПНД №7	ДМЭУ-1000	0,5	0,6	0,18	0,4	0,6	2,0	5,0	0,2	3,0-5,0
ПНД №8		0,5	0,6	0,18	0,4	0,6	2,0	5,0	0,2	3,0-5,0
Регулятор	Δ=0,5 кПА	0,5	0,6	0,12	0,5	0,6	2,0	5,0	0,2	3,6-5,0
уровня в	Dзад=10 кПа
деаэраторе	δ=5 кПа
	Первичный
	преобразователь
	ДМЭУ-2500
Регулятор	Δ=0,3 кПА	0,5	0,4	0,16	0,6	0,6	2,0	5,0	0,2	3,6-5,0
уровня в	Dзад=5 кПа
конденсаторе	δ=4 кПа
	Первичный
	преобразователь
	ДМЭУ-1000

Таблица 7.2

Наименование		Исходные	αΣ	α1рп	α2дп	R7	α	Тф	τи	tи	αп
		данные	дел.	дел.	дел.	МОм	%	с	с	с	с/%
Регулятор		Δ=10 кПА	0,6	1,0	-	0,24	0,6	2,0	10,0	0,2	1,4-2,2
давления в		Dзад=0,5 МПа
деаэраторе		Первичный
		преобразователь
		МПЭ-10
Регуляторы на		Δ=2,5 кПА
давления пара		Dзад=50 кПа
на уплотнения:		Первичные
•	на линии	преобразователи	0,5	0,29	-	0,5	0,6	2,0	20,0	0,2	1,1-1,8
	подвода	МП4-У1
•	на линии	на давление	0,5	0,29	-	0,5	0,6	2,0	20,0	0,2	1,1-1,8
	отсасыван	0,6 МПа
	ия

- 122 -

7.2.Расчет параметров настройки регуляторов.

7.2.1.Определение параметров настройки регуляторов обычно выполняется в несколько этапов. Сначала рассчитываются параметры статической настройки, затем рассчитываются или принимаются на основе имеющегося опыта параметры динамической настройки.

Перед первым включением регулятора эти параметры устанавливаются с помощью органов настройки, расположенных на боковых панелях аппаратуры авторегулирования. В процессе пробных включений и испытаний регуляторов параметры настроек корректируются.

7.2.2.На рис. 7.1 приведены функциональные схемы одноконтурной стабилизирующей АСР и одноконтурной АСР с жесткой обратной связью, реализованные соответственно на аппаратуре «Каскад» и АКЭСР-2.

В АСР входят регулирующее устройство (ИО4 и Р21 или РП4-У), блок управления ИМ (БУ-21 или БРУ-32), пусковое устройство (ПУ), ИМ, измерительный преобразователь регулируемого параметра с коэффициентом передачи Кдрп, измерительный преобразователь перемещения ИМ с коэффициентом передачи Кдп (для АСР с жесткой обратной связью) и оперативный задатчик (ЗУ11 или ЗД10К), которые в совокупности образуют регулятор, а также объект регулирования.

В одноконтурной АСР с жесткой обратной связью имеются внутренний контур, замыкающийся жесткой обратной связью по положению клапана, и внешний контур, замыкающийся главной обратной связью по состоянию регулируемого параметра. Параметры динамической настройки этих контуров определяются независимо один от другого.

Принято считать, что статическая настройка определяет точность поддержания регулирующей величины и соотношения входных сигналов в установившихся режимах, а динамическая настройка – характер изменения параметров во времени при переходе от одного установившегося режима к другому. Одни органы настойки регулятора влияют только на статическую или динамическую настройку, а другие на статические и динамические характеристики регулирования одновременно.

% шкалы
задания
ЗУ11	αдзд		αзона
	αплзд
			Тдемп
	αгркор
			Ти
	αткор
		Р21	Vсв
	ИО4
	αкп iрп		tи
Кдрп
	Регулирующее устройство

ДУ

О

n%УП

Б

ИМ

Тсм

Ъ

БУ-

ПУ

Е

21

К

Т

Xрп

ед.рег.пар

Рис.7.1Функциональные схемы АСР: а) одноконтурная на аппаратуре «Каскад»;

% шкалы

задания

ЗУ10К

мА

Кдрп

мА

R7

α

αдзд

ДУ

О

Тф

αплзд

n%УП

Б

αΣ

Ти

Ъ

рп

ИМ

Т

α i

РП4-У

αп

БРУ-32

ПУ

см

Е

αiдп

К

tи

Т

Кдп

Регулирующее устройство

Xрп

ед.рег.пар

б) одноконтурная с жесткой обратной связью по положению клапана на аппаратуре АКЭСР-2

- 125 -

7.2.3.На функциональных схемах АСР (см. рис.7.1) в рамках для регулирующих устройств указаны органы статической и динамической настройки регуляторов. Назначение этих органов, а также условные обозначения параметров, используемых для дальнейших расчетов, приведены ниже:

параметры, характеризирующие технологические требования к АСР: Xрп,Xнрп – текущее и номинальное значение регулируемого параметра, ед.рег.пар;

Dзад – диапазон действия задатчика, ед.рег.пар;

– нечувствительность регулятора,ед.рег.пар; δ – статическая ошибка (неравномерность) регулирования, ед.рег.пар;

 параметры измерительных преобразователей и исполнительного механизма:

D – диапазон изменения входного сигнала измерительного преобразователя регулируемого параметра, ед.рег.пар;

d – диапазон изменения входного сигнала измерительного преобразователя регулируемого параметра, мА;

Кдрп=d/D – коэффициент передачи измерительного преобразователя регулируемого параметра, мА/ед.рег.пар.; Тсм – время полного хода ИМ, с.;

n – положение ИМ, % УП;

N – диапазон хода ИМ между путевыми выключателями, % УП; Кдп – коэффициент передачи измерительного преобразователя

перемещения ИМ, мА/% УП (численно Кдп≈5/100=0,05 мА/% УП);  органы параметров настройки регуляторов для аппаратуры АКЭСР-

2 («Каскад»):

R7 – резистор, определяющих диапазон действия оперативного задатчика, МОм (αдзд и αплзд – органы масштабирования сигнала от оперативного задатчика, дел.);

αiрп(αкп iрп) – орган масштабирования сигнала по регулируемому параметру, дел.;

αiдп(αкп iдп) – орган масштабирования сигнала от измерительного преобразователя перемещения, ИМ, дел.; αΣ – орган масштабирования сигнала рассогласования входных параметров, дел.;

α (αзона) – зона нечувствительности регулирующего устройства, % диапазона изменения входного сигнала; Тф(Тдемп) – постоянная времени фильтра (демпфера), с.; τи (Ти) – постоянная времени интегрирования, с.;

αп (Vсв)- коэффициент передачи (скорость связи) регулирующего устройства, с/% диапазона изменения входного сигнала (%/с);

tи (tn) – длительность интегральных импульсов, с. 7.2.4.В объем статической настройки регуляторов входит:

• определение положения органов настойки регулирующих устройств, обеспечивающих требуемую статическую точность регулирования:

• настройка диапазона действия задатчика (Dзад);

• настройка аппаратуры на поддержание заданного номинального значения регулируемого параметра (Xнрп).

Для определения положения органов настройки регулирующих устройств, обеспечивающих требуемую статическую точность регулирования, задаются

допустимой нечувствительностью регулятора									по регулируемому параметру.
Обычно принимается:
 для одноконтурных стабилизирующих АСР
					Δ=0,5		Xопдоп		(7.1)
где Xопдоп – допустимое отклонение регулируемого параметра при
постоянной нагрузке турбины;
 для одноконтурных АСР с жесткой обратной связью
				Δ=(0,02-0,05)δ					(7.2)
или, если задано					Xоп	доп ,	определяется по формуле (7.1).
Зависимость между нечувствительностью и органами настройки
регулирующего устройства для аппаратуры АКЭСР-2 определяется
выражением:						α∆d
			∆ =						(7.3)
					100αiрпαΣ Kдрп
Крп = d
или, так как	д	D	,			0.01α∆D
					∆ =
						αi	рп		(7.4)
							αΣ

Таким образом, параметры статической настройки регулирующего устройства αΔ и αiрпαΣ , определяющие нечувствительность регулятора, связаны соотношениями:

α∆ = 100D∆αiрпαΣ

(7.5)

или

αiрпαΣ = 0,01∆D α∆

(7.6)

т.е. для определения одного из параметров (например, α ) нужно задаться

другим (αiрпαΣ.). Для аппаратуры «Каскад» в формулах (7.3)-(7.6) следует

заменить α на αзона и αiрпαΣ. на αкп iрп (табл.7.3).

Диапазон действия задатчика Dзад или цена его деления (Dзад/100%) определяется исходя из возможности обеспечения оперативного изменения регулируемого параметра от минимально до максимально допустимого по условиям эксплуатации значения.

Обычно принимается:

- 127 -

• для одноконтурных стабилизирующих АСР

Dзад=(0,5-1,0)Xнрп ;	(7.7)
• для одноконтурных АСР с жесткой обратной связью
Dзад=(0,5-1,5)δ	(7.8)

Далее для удобства отсчета цены деления задатчика значение Dзад округляется.

Для аппаратуры АКЭСР-2 реостатные оперативные задатчики (РЗД12,ЗД10К) подключаются на немасштабируемый вход РП4-У через внутренний задатчик, их диапазон dзад(мА) зависит от сопротивления резистора R7 внутреннего задатчика:

dзад =	0,6 мА	(7.9)
	R7

При установленном заводом сопротивлении резистора R7, равном 1,2 МОм,

dзад=0,5 мА.

Для установления требуемого диапазона действия задатчика Dзад резистор сопротивлением 1,2 МОм нужно заменить на резистор, сопротивление которого (МОм) определяется по формуле:

R =	0.6D			(7.10)
7	dD	α	рп
		зад i

где αiрп принято или определено по формуле (7.6).

- 128 -

Таблица 7.3

Операция

Исходные данные

АКЭСР-2

«Каскад»

Примечание

Определение положения

– из технологических

100∆

рп

Обычно задаются

органов настройки,

соображений

α∆

=

рп

αзона =

100∆−αкпi

α (αзона) = 0,4

÷0,6%

обеспечивающих

D – характеристика

D

αi

αΣ

D

требуемую статическую

измерительного

αiрпαΣ = 0,01D

α∆

α рп

=

0,01D

α

точность регулирования

преобразователя

(нечувствительность

∆

кпi

∆

зона

регулятора)

Настройка диапазона

Dзад-из технологических

при αздд=1

действия (цены деления)

соображений

R7

=

0.6D

αпл

= 0,82

Dзад

α рп

задатчика

D, d – характеристика

dDзадαiрп

измерительного

зд

d

кпi

преобразователя

αiрп-при определении

нечувствительности

Настройка на

Xрпн – из

н

н

поддержание заданного

технологических

д

пл

X рп

рп

гр

пл

X рп

рп

значения регулируемого

соображений;

αзд +

αзд

=

αi

αкор

+α

кор

=

αкпi

D

D

параметра для

D, αiрп

одноимпульсных

регуляторов

Определение параметров

δ или Кпжос формулы

α

дп

=

dδ

α

рп

дп

δ

рп

Для диапазона хода ИМ,

динамических настроек

(7.18)-(7.22)

равного 100%

i

5D

i

или

αкпi

=

D

αкпi или

внешнего контура

D, d, αi

рп

регуляторов уровня

αiдп =

20d

αiрп

αкпдпi

=

100

αкпрпi

KпжосD

жос

Kп

D

Для аппаратуры «Каскад» зависимость диапазона действия задатчика ЗУ11 от положения органов настройки регулирующего устройства определяется формулой

α рпK рпD = αд αплd	(7.11)
кпi д зад зд зд

где αздд принимает два фиксированных значения: 1,0 и 0,4, причем положение αздд=1,0 выбирать предпочтительнее, так как оно обеспечивает линейную зависимость Dзад от αплзд с поправочным коэффициентом 0,82.

Принимая αздд=1,0 и учитывая, что Крпд = Dd , получаем

αздпл = 0,82	Dзад	αкпрпi (7.12)
	D

где αкпiрп принято или определено по формуле (7.6).

До включения одноконтурных стабилизирующих АСР аппаратура ГСП может быть настроена на поддержание заданного номинального значения параметра Xнрп. Для этой цели в аппаратуре «Каскад» используется корректор измерительного блока ИО4 с потенциометрами αкоргр со шкалой (-100+0++100)% и αкорт (-5+0++5)%; в аппаратуре АКЭСР-2 – внутренний задатчик с установлением задания переключателем дискретного задания αздд от 0 до 90% через каждые 10% и потенциометром αплзд со шкалой

(-10+0++10)%.

Соответственно для аппаратуры «Каскад» и АКЭСР-2 при известном значении αкпiрп(αiрп)

			X н
αгр	+αт	=		рп		αрп		(7.13)
кор	кор			D			кпi
					н
				X
αздд	+αздпл =				рп		αiрп	(7.14)
				D

Для регуляторов давления пара на уплотнения турбины, измерительные преобразователи регулируемого параметра которых могут быть установлены ниже точки измерения давления, при настройке на поддержание заданного значения параметра следует учесть поправку на вес столба жидкости в соединительной линии. Тогда в формулы (7.13),(7.14) заместо Xнрп(МПа) подставляют

X н1	= X н	+0,01∆h	(7.15)
рп	рп	л

где hk – расстояние по вертикали между точкой измерения давления и мембраной (пружиной) измерительного преобразователя, м.

При работе с нормированным сигналом 4-20 мА сигнал внутреннего задатчика РП4-У используется также для компенсации входного сигнала 4 мА, при котором напряжение на гнездах О,У должно быть равно (0±2,5)мВ.

7.2.5Параметрами динамической настройки регуляторов давления и внутреннего контура регуляторов уровня являются:

•коэффициент пропорциональности регулятора (внутреннего контура);

•постоянная времени интегрирования;

•длительность интегрального импульса.

Коэффициент пропорциональности регулятора (% УП/ед.рег.пар.) одноконтурной стабилизирующей АСР (см. рис.7.1.а), состоящего из измерительного преобразователя регулируемого параметра, регулирующего устройства серии «Каскад» и ИМ,

	Кп =	100Кдрп αкпрпi		(7.16)
		Тсм	Vсв

Коэффициент пропорциональности внутреннего контура (%УП/%УП) одноконтурной АСР с жесткой обратной связью (см.рис.7.1,б), состоящего из измерительного преобразователя перемещения ИМ, регулирующего устройства РП4-У и ИМ,

вк		100Кд		дп
Кп	=			αi αεαп	(7.17)
			Тсм

Таким образом, при принятом или определенном по формуле (7.6)

αiрпαε(αкпiрп) коэффициент пропорциональности регулятора одноконтурной стабилизирующей АСР устанавливается органом настройки коэффициента передачи αп (скорости связи Vсв) соответственно для аппаратуры АКЭСР-2 и «Каскад», а коэффициент пропорциональности внутреннего контура одноконтурной АСР с жесткой обратной связью, кроме αп(Vсв), зависит также от положения αiдп(αкпiдп).Постоянная времени интегрирования τи(Ти) и длительность интегрального импульса tи устанавливаются соответствующими органами настройки регулирующих устройств. Параметры динамической настройки регулятора давления в деаэраторе можно определить по кривой разгона объекта или экспериментально; для регулятора давления пара на уплотнения и внутреннего контура регуляторов уровня параметры динамической настройки, как правило, определяются только опытным путем. Для регуляторов уровня определение этих параметров можно производить на неработающем оборудовании, предварительно задавшись Тф(Тдемп); при этом желательно расчленить ИМ и РО.

Устойчивость и качество регулирования внешнего контура для регуляторов уровня с жесткой обратной связью по положению клапана определяются коэффициентом пропорциональности регулятора Кпжос (%УП/ед.рег.пар.). Для аппаратуры АКЭСР-2 (см.рис.7.1,б)

Кжос = Кдрпαiрп

пКдпαiдп (7.18)

-131 -

Принимая во внимание, что Кдрп =			d	и Кдп=0,05 мА/%УП,
			D
жос		20dαiрп
Кп	=				(7.19)
				дп
			Dαi

При использовании с аппаратурой АКЭСР-2 измерительных преобразователей регулируемого параметра с диапазоном изменения выходного сигнала d=5 мА

Кжос = 100αiрп

пDαiдп (7.20)

Аналогично для аппаратуры «Каскад»

Кжос = 100αкпрпi

пDαкпдпi (7.21)

Так как регуляторы уровня осуществляют пропорциональный закон регулирования, при изменении нагрузки турбины, сопровождающимся изменением положения регулирующего органа, возникает статическая ошибка (неравномерность) регулирования δ, которая связана с Кпжос следующей зависимостью

Кжос = N

пδ (7.22)

Уменьшение Кпжос (например, увеличением αiдп при неизменном αiрп) повышает устойчивость процесса регулирования, однако при этом увеличивается неравномерность регулируемого параметра δ, которая может превысить допустимые технологические пределы (см.п.1.5).

Оптимальное значение Кпжос (неравномерности) можно определить по кривой разгона объекта, однако обычно для рассматриваемых АСР этот параметр по динамическим характеристикам объекта не рассчитывается. На практике неравномерность регулирования для регулятора уровня в конденсаторе принимается равной 200-400 мм (2-4 кПа, 200-400 кгс/м²), в ПВД и ПНД поверхностного типа 100-300 мм (1-3 кПа, 400-600 кгс/м²), в ПНД смешивающего типа и деаэраторе 400-600 мм (4-6 кПа,400-600 кгс/м²), что соответствует следующим значениям Кпжос для регуляторов уровня: в конденсаторе 0,5-0,25%/мм, в ПВД и ПНД поверхностного типа 1,0- 0,33%/мм, в ПНД смешивающего типа и деаэраторе 0,25-0,17 %/мм. При указанной неравномерности обычно обеспечивается удовлетворительное качество регулирования уровня.

Зависимость между органом масштабирования сигнала от измерительного преобразователя перемещения ИМ и неравномерностью определяется формулами:

 для аппаратуры АКЭСР-2

αiдп =	20dα рп		20dδα	рп
	i	=	i		(7.23)
	жос		DN
	DКп

- 132 -