Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”
Дмитерко Володимир Миколайович
УДК 621.224
ДинамІка комплексУ гІдроПРИСТРОЇВ
комп’ютерноЇ системИ управлІННЯ
частотоЮ ОБЕРТАННЯ ротора
гІдроТУРБІНИ
Спеціальність 05.05.17 –Гідравлічні машини і гідропневмоагрегати
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків –5
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі гідравлічних машин Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Лур’є Зиновій Якович,
Національний технічний університет
“Харківський політехнічний інститут”,
м. Харків,
професор кафедри гідравлічних машин
Офіційні опоненти:
- доктор технічних наук, Волков Микола Іванович, Сумський державний університет, виконуючий обов’язки першого проректора, професор кафедри гідравлічних машин;
- кандидат технічних наук, Адренко Павло Миколайович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, доцент кафедри гідропневмоавтоматики і гідроприводу.
Провідна установа - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”Міністерства освіти і науки України, м. Київ
Захист відбудеться 24.02.2005 р. о …12……. годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.64.050.11 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”за адресою: 61 002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.
Автореферат розісланий 18.01.2005 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук Потетенко О. В.
1
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В світовій та вітчизняній практиці створення гідротурбінного обладнання визначилася чітка тенденція створення систем управління частотою обертання ротора (СУЧОР) гідротурбіни на базі ЕОМ. Комп’ютерні системи відкривають можливість за допомогою програмного забезпечення реалізувати введення ефективних алгоритмів, що покращують статичні і динамічні характеристики системи. Це в свою чергу підвищує значимість математичного моделювання як на стадії проектування СУЧОР, так і під час пусконалагоджувальних робіт.
Важливою складовою комп’ютерної СУЧОР, є гідравлічна частина –комплекс гідропристроїв (КГ), що перетворюють гідравлічну енергію, накопичену у маслонапірній установці (МНУ), у механічне переміщення штоків сервомоторів, що змінюють положення лопаток скеровуючого апарата (СА) і кута повороту лопатей робочого колеса. Аналіз виконаних робіт, присвячених математичному опису елементів КГ СУЧОР, КГ в цілому показав, що воно зводиться до лінеаризованих рівнянь без урахування ряду важливих факторів, які дозволять підвищити точність математичної моделі. Покращення статичних і динамічних характеристик КГ і системи в цілому можна досягти шляхом вирішення наукової проблеми з дослідження його динаміки на базі розробки більш повної математичної моделі. Запропонована робота присвячена вирішенню цієї актуальної проблеми.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась на кафедрі Гідравлічних машин НТУ “ХПІ”, відповідно науковому напрямку у галузі моделювання робочих процесів, у відповідності до координаційного плану цільової комплексної програми МОН України за держбюджетною темою “Математичне моделювання просторових потоків і робочого процесу гідротурбіни”(№ держ. рег. 0100U001692, 2000 –рр.) і “Визначення характерних закономірностей робочого процесу у високо напірних гідротурбінах з широкими діапазонами експлуатаційних напорів та витрат”(№ держ. рег. 0103U001504 2003 –рр.). Здобувач приймав безпосередню участь у виконанні перелічених НДР як виконавець.
Мета і и задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є покращення динамічних характеристик комплексу гідропристроїв системи управління частотою обертання ротора (КГ СУЧОР) гідротурбіни шляхом дослідження його динаміки на базі розробки математичної моделі і оптимізації параметрів пропорційного інтегрального диференційного (ПІД) –регулятора.
До головних вирішених задач дисертаційної роботи для досягнення поставленої мети відносяться:
- аналітичний огляд літератури по математичним моделям КГ и з’ясування неврахованих факторів, що знижують їх адекватність реальним об’єктам;
2
- розробка нелінійної математичної моделі вузла КГ “електрогідравлічний перетворювач (ЕГП) –золотник гідророзподілювача”;
- розробка нелінійної математичної моделі вузла КГ “гідророзподілювач (ГР) –сервомотор (СМ) ”;
- формування алгоритму обчислення сумарної площини дроселюючих щілин ГР з позитивним перекриття;
- оцінка впливу стисливості, двохфазності робочої рідини (РР) і деформацій стінок трубопроводів на динамічні характеристики КГ;
- розробка більш повної математичної моделі комп’ютерної СУЧОР и оптимізація параметрів ПІД - регулятора;
- оцінка адекватності розроблених математичних моделей натурному об’єкту;
- рішення поставленої наукової проблеми і формування практичних рекомендацій.
Об’єкт дослідження –гідравлічні, гідродинамічні і механічні процеси взаємодії потоку РР з робочими органами КГ СУЧОР, які впливають на значення його динамічних характеристик.
Предмет дослідження –функціональні залежності динамічних характеристик КГ і їх покращення на основі розробки математичної моделі.
Методи дослідження. Основними методами дослідження були: системний аналіз, що відкрив можливість декомпозиції КГ на основні вузли і оцінку впливу хвильових процесів на прикладі напірного трубопроводу поміж ЕГП і ГР; теорія механізмів и машин, методи якої сприяли більш поглибленій розробці математичних моделей вузлів “ЕГП –золотник ГР”и “ГР –сервомотор”; механіка рідини і газу, за допомогою методів якої зроблена оцінка хвильовим процесам, стисливості і двохфазності РР, впливу перемінності коефіцієнтів витрати на динаміку КГ; математичне моделювання, що дозволило більш повно представити реальний КГ комп’ютерної системи, реалізувати обчислювальні алгоритми з встановлення сумарної площини дроселюючих щілин ГР и витрати РР крізь гідротурбіну на основі універсальної характеристики, вирішити поставлену проблему.
Експериментальний метод дослідження, ґрунтувався на результатах робіт по налагоджуванню і випробовуванням першої комп’ютерної СУЧОР гідроагрегату №12 Кременчуцької ГЕС Дніпровського каскаду, виконаних консорціумом “Регулятор”в 1999 р.
Наукова новизна одержаних результатів. Дисертаційна робота відзначається безсумнівною новизною:
- вперше створена математична модель комплексу гідропристроїв комп’ютерної системи управління частотою обертання ротора гідроагрегату, що заснована на декомпозиції його на вузли; урахування нелінійностей сил тертя і гідродинамічних сил; врахування стисливості і двохфазності робочої рідини, перемінності коефіцієнту витрати, адекватності якої відкривають шлях до подальшого покращення його динамічних характеристик і системи в цілому;
3
- отримана аналітична залежність площини дроселюючої щілини золотника головного гідророзподілювача з позитивним перекриттям в функції переміщення золотника, і геометрії щілини, яка і під час малих відхилень залишається нелінійною та не підлягає лінеаризації, врахування якої підвищує точність встановлення витратних характеристик у всьому діапазоні змін динамічних процесів;
- обґрунтовано введення гнучких зворотних зв’язків за швидкістю переміщення золотника гідророзподілювача і швидкістю руху штока сервомотора, що підвищують стійкість комплексу гідропристроїв і покращують його динамічні характеристики;
- визначена витрата води крізь гідротурбіну на підставі її універсальної характеристики шляхом функціонального перетворення вхідної інформації про частоту обертання ротора гідроагрегата, відкриття скеровуючого апарату, загального ККД, що забезпечую ввід у модель достовірної інформації про об’єкт, що підвищує точність обчислення динамічних характеристик.
Практичне значення отриманих результатів. Практичну цінність роботи складають розроблені на основі теоретичних досліджень:
- структурно-функціональні схеми для багатоетапного розрахунку статичних і динамічних характеристик комплексу гідропристроїв, які можна застосувати як для скеровуючого апарату, так і для робочого колеса;
- методика введення в математичну модель комплексу гідропристроїв інформації про функціонування модельної гідротурбіни за допомогою універсальної характеристики;
- методика визначення кривої сили спротиву руху сервомотора скеровуючого апарата за експериментальними даними за допомогою функціонального перетворювача пакета імітаційного моделювання динамічних систем.
Результати роботи сформульовані у формі рекомендацій які можуть бути використані під час проектування КГ, передані до ТОВ “НДІГідропривод”, ЗАТ “НПП Е.Г.П. Регулятор”, ТОВ “НПП Енергорегулятор” і ВАТ “Турбоатом”, м. Харків, для подальшого удосконалення комп’ютерних систем гідроагрегатів, а також використовуються в навчальному процесі, в дисціплинах “Динаміка гідропневмосистем” і “Математичне моделювання гідропневмосистем”.
Особистий внесок здобувача. Результати досліджень, які винесені на захист, отримані здобувачем самостійно. Постановка проблеми і задач, їх аналіз виконано спільно з науковим керівником.
Особисто здобувачем:
- розроблена нелінійна математична модель вузла “ЕГП - ГР”;
- розроблена нелінійна математична модель вузла “ГР - СМ” комплексу гідропристроїв;
- розроблена нелінійна більш повна математична модель системи регулювання гідротурбіни з законом управління у вигляді ПІД – регулятора;
4
- поставлена і вирішена наукова проблема по дослідженню динамічних характеристик комплексу гідропристроїв комп’ютерної системи регулювання гідротурбіни, що дозволяє покращити динамічні характеристики.
Апробація результатів дисертації. Загальні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися на наукових конференціях і семінарах, у тому числі на: ІХ – ХІ Міжнародних науково-практичних конференціях MicroCAD-2001, MicroCAD-2002, MicroCAD-2003, MicroCAD-2004 (Харків, 2001, 2002, 2003, 2004), VII – IХ Міжнародних науково-технічних конференціях “Гідроаеромеханіка в інженерній практиці” (Київ 2002, Черкаси 2003, Київ 2004), Науково-технічному семінарі “Сучасні проблеми промислової гідравліки і пневматики” Асоціації спеціалістів промислової гідравліки і пневматики (АСПГП), (м. Вінниця, 2003), Міжнародній науково-технічній конференції “Промислова гідравліка і пневматика”, присвяченій 100-річчю з дня народження проф. Т. М. Башти (Київ, 2004). У повному обсязі результати дисертаційної роботи були представлені на науково-технічному семінарі кафедри гідравлічних машин НТУ “ХПІ”.
Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано дев’ять статей в спеціалізованих виданнях, затверджених переліком ВАК України (6 статей в збірниках наукових праць, 3 статті в наукових журналах).
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і 16 додатків. Повний обсяг дисертації складає 249 сторінок машинописного тексту, з них 19 малюнків за текстом, 59 малюнків на 59 сторінках, 12 таблиць за текстом, 2 таблиці на 2 сторінках, 16 додатків на 45 сторінках, 102 найменування літературних джерел на 9 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність дослідження динаміки КГ СУЧОР гідротурбіни, сформульована мета роботи, наукова проблема і задачі, що її складають, визначені загальні положення, що мають наукову новизну и практичну цінність.
В першому розділі дисертаційної роботи дана характеристика гідротурбіни як об’єкту управління на прикладі поворотнолопастної осевої гідротурбіни. Відзначена існуюча тенденція розвитку систем автоматичного управління і регулювання гідротурбін шляхом впровадження сучасних електротехнічних пристроїв і засобів обчислювальної техніки, включаючи ЕОМ.
Зроблено аналіз існуючих робіт присвячених математичному опису гідротурбіни як об’єкта управління. Сформульована актуальна наукова проблема – дослідження динамічних характеристик комплексу гідропристроїв комп’ютерної системи регулювання гідротурбіни. Широкі можливості вирішення поставленої проблеми відкриваються при застосування системного підходу, коли конструкція основних елементів, гідравлічні зв’язки між ними, робоча рідина, гідравлічні і механічні процеси досліджуються як єдине ціле. Задачі, що визначають загальний зміст наукової проблеми і відповідають ієрархії їх рішення, наведені на рис.1.
5