Особливості математичного моделювання динаміки рівня рідини в барабанному парогенераторі як об'єкті управління

Abstract

Розглянуто особливості математичного моделювання динамічних властивостей рівня пароводяної суміші в барабанному парогенераторі. Показано, що вкрай несприятливе для автоматичних систем управління закипання рівня пароводяної суміші в барабанному парогенераторі є як наслідком протікання складних теплофізичних процесів, так і конструктивних особливостей технологічного ділянки. Тому використання для моделювання динаміки рівня рідини математичних моделей, в яких не враховується вплив акумулюючої і дроселюючої властивостей паропроводу на витрату насиченої пари з парогенератора, а основне рівноваги вплив (витрата пара) розглядається як незалежна змінна, не є коректним. Запропонована лінійна математична модель ділянки живлення барабанного парогенератора, яка враховує динамічні властивості паропроводу, що з'єднує парогенератор з споживачем. Аналіз структурної схеми запропонованої математичної моделі показав, що між барабанним парогенератором і паропроводом існує зворотній взаємозв'язок по витраті пари. Негативний характер зв'язку пояснює самовирівнювання рівня, пов'язане зі зміною положення регулюючого клапана витрати пари або виділенням тепла в котельній камері. Відповідно зміна площі прохідного перетину регулюючого клапана турбіни без зміни регулятором теплового навантаження тепловиділення в котельній камері або ядерному реакторі призводить до тимчасової зміни витрати пари. Це призводить до менш інтенсивного закипання рівня і його переходу до нового сталого значення. Стабілізація рівня відбувається нижче вихідного значення внаслідок короткочасного порушення балансу між подачею живильної води в парогенератор і відбором пари. Виявлені в результаті рішення системи диференціальних рівнянь особливості поведінки рівня пароводяної суміші дозволяють більш адекватно моделювати роботу існуючих та перспективних систем управління живленням барабанних парогенераторів.

Рассмотрены особенности математического моделирования динамических свойств уровня пароводяной смеси в барабанном парогенераторе. Показано, что крайне неблагоприятное для автоматических систем управления вскипание уровня пароводяной смеси в барабанном парогенераторе, является как следствием протекания сложных теплофизических процессов, так и конструктивных особенностей технологического участка. Поэтому, использование для моделирования динамики уровня математических моделей, в которых не учитывается влияние аккумулирующего и дросселирующего свойства паропровода на расход насыщенного пара из парогенератора, а основное возмущающее воздействие (расход пара) рассматривается как независимая переменная, является не корректным. Предложена линейная математическая модель участка питания барабанного парогенератора, которая учитывает динамические свойства паропровода, соединяющего парогенератор с потребителем. Анализ структурной схемы предложенной математической модели показал, что между барабанным парогенератором и паропроводом существует обратная взаимосвязь по расходу пара. Отрицательный характер этой связи объясняет самовыравнивание уровня, связанное с изменением положения регулирующего клапана расхода пара или тепловыделением в топочной камере. Соответственно, изменение площади проходного сечения регулирующего клапана турбины, без изменения регулятором тепловой нагрузки тепловыделения в топочной камере или ядерном реакторе, приводит к временному изменению расхода пара. Это приводит к менее интенсивному вскипанию уровня и его переходу к новому установившемуся значению. Стабилизация уровня происходит ниже исходного значения вследствие кратковременного нарушения баланса между подачей питательной воды в парогенератор и отбором пара. Выявленные, в результате решения системы дифференциальных уравнений, особенности поведения уровня пароводяной смеси позволяют более адекватно моделировать работу существующих и перспективных систем управления питанием барабанных парогенераторов.

The article discusses the features of mathematical modeling of the dynamic properties of the level of a steam-water mixture in a drum-type steam generator. It is shown that the boiling up of the level of the steam-water mixture in the drum-type steam generator, which is extremely unfavorable for automatic control systems, is a consequence of the occurrence of complex thermophysical processes and the design features of the technological section. Therefore, the use of mathematical models for modeling the level dynamics, which do not take into account the effect of the accumulating and throttling properties of the steam line on the flow of saturated steam from the steam generator, and the main disturbing effect (steam consumption) is considered as an independent variable, is not correct. The article proposes a linear mathematical model of the power supply section of the drum steam generator, which takes into account the dynamic properties of the steam line connecting the steam generator with the consumer. Analysis of the structural scheme of the proposed mathematical model showed that between the drum-type steam generator and the steam line there is an inverse relationship with steam consumption. The negative nature of this connection explains the self-leveling associated with a change in the position of the steam flow control valve or heat generation in the combustion chamber. Accordingly, a change in the flow area of the turbine control valve, without changing the heat release by the heat load regulator in the combustion chamber or nuclear reactor, leads to a temporary change in steam consumption. This leads to less intense boiling up of the level and its transition to a new steady-state value. Stabilization of the level occurs below the initial value due to a brief disruption of the balance between the feedwater supply to the steam generator and the extraction of steam. Identified, as a result of solving a system of differential equations, the peculiarities of the behavior of the steam-water mixture level make it possible to more adequately simulate the operation of existing and prospective power management systems for drum-type steam generators.