【word】 船用冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统研究

【word】 船用冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统研究 船用冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统 研究 第33卷第3期 2011年3月 舰船科学技术 SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGY Vo1.33,No.3 Mar.,2011 船用冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统研究 张永生,马运义 (中国舰船研究 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中心,湖北武汉430064) 摘要:为了对冷凝器的真空与凝水过冷度进行有效的控制,根据船用冷凝器的结构与工作原理,建立了冷 凝器的简化集总参数模型,并设计了冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统.运用Matlab/Simulink软件实现了冷凝器 的控制系统仿真,并对降负荷工况进行了计算.结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统能及时地调节循环 水的流量,以保证冷凝器的真空维持不变.同时,通过热力除氧来提高凝水温度,可以有效地将凝水过冷度控制在规 定的范围内.这对于冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统的设计具 有一定的指导意义. 关键词:冷凝器;真空;过冷度;控制 中图分类号:TK172文献标识码:A 文章编 号:1672—7649(2011)03—0062—03DOI:10.3404/j.issn.1672—7649.201 1.03.015 Researchonthecontrolsystemofvacuumandcondensate subcoolingdegreeforthemarinecondenser ZHANGYong-sheng,MAYun—yi (ChinaShipDevelopmentandDesignCenter,Wuhan430064,China) Abstract:Inordertoeffectivelycontrolthevacuumandcondensatesubcoolingdegreeofthe condenser,thesimplifiedlumpedparametermathematicmodelofamarinecondenserispresentedaccording toitsstructureanditsworkingprinciple.Thecontrolsystemofthevacuumandcondensatesubcoolingdegree forthecondenserisdesigned.Matlab/Simulinksoftwareisusedforthesimulationofthecontrolsystem.The operatingconditionofdecreasingloadiscalculated.Resultshowsthatthecontrolsystemofvacuumand condensatesubcoolingdegreecouldtimelyregulatetheflowrateofthecoolingwater,SOthevacuumof condenseriskeptinvariant.Andthecondensatetemperaturecouldbeincrease dbythethermaldeaeration, whichcouldmakethecondensatesubcoolingdegreecontrolledinacertainran ge.Ithasguidingsignificance forcontrolsystemdesignofthevacuumandcondensatesubcoolingdegreeoft hecondenser. Keywords:condenser;vacuum;subcoolingdegree;control 0引言 冷凝器是汽轮发电机组的重要冷却设备,起着将 汽轮机的乏汽冷却成水并保持汽轮机背压恒定的重 要作用.文献[1—5]根据凝汽器的结构与工作原 理,建立了凝汽器的集总参数动态数学模型,运用计 算机仿真技术进行了凝汽器的动态特性研究.集总 参数模型能保证具有一定的静态精度和良好的动态 响应特性.薛若军等给出了适用于核动力装置 的凝汽器动态数学模型,可对正常工况和事故工况进 行仿真,适用于整个仿真范围.孙建华等运用神 经网络 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 建立了冷凝器模型,并设计了局部分层模 糊控制系统,仿真结果验证了控制系统的有效性.万 庆华等在 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 过冷度产生机理的基础上,提出了 冷凝器真空与凝水过冷度的仿人逻辑控制与模糊控 制2种控制方法,仿真结果证明了控制的正确性.但 是,以上文献中的数学模型均没有考虑鼓泡除氧对冷 凝器动态特性的影响. 收稿日期:2010—06—03;修回日期:2010—07—15 作者简介:张永生(1982一),男,博士研究生,主要研究方向为动力装置 的控制与仿真. 第3期张永生,等:船用冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统研究?63? 本文根据船用冷凝器的结构与工作原理,考虑了 鼓泡除氧对冷凝器的影响,建立了适用于船用冷凝器 的简化集总参数模型,该模型可用于冷凝器的全工况 实时快速仿真.在此基础上,设计了基于PID与仿人 逻辑的冷凝器真空与凝水过冷度控制系统,并进行了 仿真计算. 1船用冷凝器的简化集总参数模型 i.1假设条件 1)不考虑冷凝器向环境散热,不考虑化学补水 与疏水闪蒸; 2)不考虑热井水向环境散热以及热井水向循环 水管散热; 3)认为热井水面的动态蒸发量与动态凝结量相 等. 1.2冷凝器壳侧的简化数学模型 1.2.1蒸汽区 1)蒸汽质量与压力方程 GlTf+G一+G一Go—G(1) dP : (73.15).(2) 式中:G为冷凝器壳侧的蒸汽含量;G为汽轮机排汽 量;G为冷凝器其他进汽量;G为鼓泡除氧乏汽量; G为蒸汽主凝结量;G为抽真空设备抽出的蒸汽量; P为冷凝器内蒸汽分压;R为蒸汽气体常数;V为冷 凝器内汽气空间体积;为饱和气体的温度. 2)冷凝器内部蒸汽的平均焓值 G日G一×r+G× 一 (G+G)×.(3) 式中:Hs为蒸汽平均焓;H为汽轮机排汽焓;Ho为 其他进汽焓. 1.2.2空气区 空气质量与压力方程为: +G+Gg— G,(4) dG : 3.15).(5)d,,一.…一 式中:G为由真空破坏阀进入冷凝器的空气量;G 为正常漏人冷凝器的空气量;G为由轴封漏入冷凝 器的空气量;G.为抽气器抽出的空气量;P.为冷凝 器内空气分压;R.为空气的气体常数. 1.2.3热井水区 1)热井水位 ,:.(6) pn” 式中:P为热井水密度;A为热井截面积. 2)热井水质量与焓值方程 孥:G.一G…(7)df.一 dGwHw =Gc×H+Ggp× (Hgp—H)一G.×H.(8) 式中:G为热井水质量;G.为冷凝器出水量;H为 鼓泡除氧乏汽焓;H为热井水焓;H为对应冷凝器 压力下的饱和水焓. 1.3冷凝器管侧的简化数学模型 循环水的温度变化是由于蒸汽的放热量与循环 水的吸热量不平衡而引起的,其差值即为循环水出口 温度的变化梯度,动态热平衡方程为 d MwCwQc—Q= kAtA—DC(一T1).(9) 式中:为循环水质量;C为循环水比热容;Q为 蒸汽放热量;Q为循环水吸热量;k为冷凝器传热系 数;/tt为对数传热温差;A为冷凝器传热面积;D 为循环水流量;T.为循环水人口温度;为循环水 出口温度. 2控制系统与数字仿真 为验证上述简化模型的正确性,借助Matlab/ Simulink仿真平台,对船用冷凝器进行了建模,并实现 了冷凝器真空与凝水过冷度控制系统.冷凝器的真空 与凝水过冷度控制原理方框图如图1所示.图中a 为压力传感器,a为凝水温度传感器.控制器通过a. 图1冷凝器真空与凝水过冷度控制原理图 Fig.1Thevacuumandsubcoolingdegreecontrol principleofcondenser ? 64?舰船科学技术第33卷 测得的饱和蒸汽压力与o测得的凝水温度,可求出冷 凝器的真空度与凝水过冷度,然后与它们的设定值进 行比较,通过差值信号控制循环水循环阀与除氧乏汽 阀的开度,以此改变循环水与除氧乏汽的流量,使冷凝 器真空与凝水过冷度控制在一定的范围内. 为验证控制系统的有效性,对冷凝器降负荷工况 进行了仿真计算.计算工况如下:假设1000s之前 冷凝器100%运行,1000S时蒸汽负荷在3s内下降 50%.图2与图3是上述工况下冷凝器主要参数的 动态变化趋势,图中的数据均作了无量纲化处理,是 实际值与额定值的比值. 图2冷凝器真空,凝水过冷度与循环水流量的变化 Fig.2Thedynamictrendofvacuum,subcoolingdegree andflowrateofcoolingwater 图3冷凝器工作压力,传热端差与循环水温升的变化 Fig.2Thedynamictrendofworkingpressure,terminal temperaturedifferenceandtemperatureriseof coolingwater 3结果分析 图2是冷凝器的真空度,凝水过冷度与循环水流 量的变化.可以看出,蒸汽负荷下降后,控制器能根 据真空度的偏差信号,及时调节循环水的流量,使得 冷凝器的真空度维持在设定值不变,二者的调节时问 均在100s以内.另一方面,蒸汽负荷下降,会导致 凝水过冷度增加.这是因为系统正常运行之后,抽气 器的工作蒸汽流量恒定不变,通过循环水的调节只能 保证冷凝器的真空度维持不变,而过冷度必然发生变 化.为了使凝水过冷度能维持在规定的范围内,必须 依靠热力除氧(或鼓泡除氧)的途径,升高凝水温度 来实现.可以看出,100%负荷时凝水过冷度约为 0.9?,蒸汽负荷下降后,导致过冷度升高,但是,通 过热力除氧装置可及时将过冷度维持在设定值1? 以下. 图3是冷凝器的工作压力,传热端差与循环水温 升的变化.可以看出,当蒸汽负荷下降后,冷凝器的 工作压力先降低后升高,最终维持不变.因此,冷凝 器中饱和蒸汽的温度最终也是没有变化,这样,通过 热力除氧提高凝水温度就可以降低过冷度.另外,由 于循环水量的减少,导致循环水出口温度升高,使得 循环水温升增加;而饱和蒸汽的温度不变,循环水出 口温度升高又导致传热端差下降. 4结语 本文根据船用冷凝器的结构,工作原理以及基本 的质量与能量守恒方程,建立了冷凝器的简化集总参 数模型,并设计了基于PID与仿人逻辑的冷凝器真空 度与凝水过冷度控制系统.借助Matlab/Simulink仿 真平台实现了冷凝器的控制系统仿真,并对降负荷工 况进行了仿真计算.结果表明,本文所提出的简化数 学模型是正确的,可用于冷凝器的实时快速仿真.并 且,冷凝器的真空与凝水过冷度控制系统能及时调节 循环水的流量,以保证冷凝器真空维持恒定.当凝水 过冷度超过设定值时,控制系统能通过热力除氧来降 低凝水过冷度,使之维持在规定的范围内.这对于冷 凝器的真空与凝水过冷度控制系统的设计具有一定 的工程参考价值. 参考文献: [1]史觊,孙建华,付明玉.一种新型船舶核动力装置冷凝器 模型与动态仿真方法[J].哈尔滨工程大学,2001, 22(4):8—11. 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