Файл: Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие.pdf

ленения расхода развивается следующим образом. При

п

сd —

Рис. 7 .19 . Развитие колебаний расхода в канале с не­ устойчивой гидродинамической характеристи­

кой

349

Реальный процесс носит гармонический характер, близкий к синусоиде. Таким образом, пульсации рабочих парамет­ ров в канале прямоточного аппарата можно рассматривать как результат неустойчивости стационарного режима.

Вследствие неустойчивости в канале начинают развивать­ ся колебания, амплитуда которых сначала растет со вре­ менем, а затем устанавливается, т .е . процесс становит­ ся автоколебательным из-за проявления нелинейных эффек­ тов.

Гидродинамическая устойчивость парогенерирующего канала зависит от крутизны характеристик в рабочей точ­ ке О канала. Действительно, рассмотрим другое взаимное расположение характеристик (рис. 7 .2 0 ), где характерис­ тика Gn (&РИСП) более крутая, чем характеристика

Рис. 7 .20 . Устойчивая гидродинамическая характеристи­ ка канала

является устойчивым. Случайное изменение расхода со временем затухает. Условие устойчивости можно записать, исходя из наклона касательных в рабочей точке*

( 7 .I I 7 )

В первом приближении можно положить

350

И.А.Петров на основании анализа гидродинамических характеристик получил критерий устойчивости одиночного витка прямоточного котла

351

где числитель - суммарный перепад давлений на дроссель­ ной шайбе и экономайзерном участке, знаменатель - п е ­ репад давлений на испарительном и пароперегреватель-

в рабочей точке невозмущенными значениями параметров

С = f ( *> р , Р > У у d)-

Обобщающей зависимости для величины с в настоящее время не получено. Однако было установлено, что уве­ личение давления и массовой скорости стабилизирует про­ цесс генерации пара. В качестве примера на рис. 7.21

представлены данные по беспульсационной работе котлов, полученные в стендовых условиях [71 ] . Необходимая степень шайбования, т .е . минимально допустимое отноше­ ние суммарного перепада давления в шайбе и на экономай­ зерном участке к перепаду давления на испарительном участке, с ростом давления и массовой скорости умень­ шается.

Поскольку пульсации представляют собой автоколебания, нельзя считать причиной их возникновения какой-то один параметр. Для их возникновения необходимо наличие оп­

352

ределенной совокупности свойств системы, которые в це­ лом определяют условия возникновения пульсации.

Рис. 7 .2 1 . Влияние давления и массовой скорости на необхбдимую степень шайбования

В начальной стадии изучение проблемы устойчивости ограничивалось экспериментальным поиском совокупности режимных параметров, определяющих беспульсационные ре­ жимы работы конкретного аппарата или лабораторного стенда. Полученные результаты по необходимой степени шайбования носили ограниченный характер и не могли с полной уверенностью переноситься на другие аппараты.

Новый этап в теоретическом изучении устойчивости процессов генерации связан с внедрением методов тео­ рии автоматического регулирования. В Советском Союзе такой подход впервые применил профессор ЧПИ И.И.Морсзов [ 52 ] . Исключительный прогресс в изучении устой­ чивости наступил тогда, когда с помощью ЭВМ удалось до конца проинтегрировать уравнения нестационарных процессов.

Теоретический анализ неустойчивых режимов может идти в двух направлениях. Первое направление состоит в отыскании границы устойчивости, отделяющей устойчи­ вые режимы от неустойчивых, т .е . определение устойчи­ вости в "малом". Второе направление заключается в на­

353

хождении закономерностей развитых пульсаций, т .е . опре­ деление устойчивости в "большом". В принципе ответ на обе поставленные задачи может быть найден при решении одной и той же исходной системы уравнений, описывающих нестационарный процесс генерации пара. Однако первая задача несколько проще, поскольку границы устойчивости межо искать путем интегрирования линеаризованной си­ стемы уравнений. Линеаризация уравнений позволяет ши­ роко использовать стандартные методы анализа устойчи­ вости, разработанные в теории автоматического регулиро­ вания. Оба направления достаточно актуальны. Если пер­ вое направление позволяет найти условия, обеспечиваю­ щие стабильную работу системы, то второе направление позволяет исследовать переходные процессы при глубоких возмущениях и определять параметры пульсаций при допу­ щении их в процессе эксплуатации.

Возможность использования методов теории автомати­ ческого регулирования обусловлена следующим. R рассмот­ ренной выие схеме развития колебаний действовала сле­ дующая цепочка обратной связи:

Таким образом, парогенерирующий канал в идеализирован­ ном виде может рассматриваться как динамическая система с сосредоточенными параметрами, имеющая обратную связь по сигналу "Расход". Если обратная связь положительная, то имеет место апериодическая неустойчивость, проявля­ ющаяся через падающий участок гидродинамической харак­ теристики. При отрицательной обратной связи с запазды­ ванием и с определенным коэффицеинтом усиления имеет место колебательная неустойчивость.

354