Файл: Автоматическое управление газотурбинными установками..pdf

Конкретная расшифровка векторно-матричного уравнения (1.6) дана в гл. V. Задача устойчивости и качества системы, которая имеет математическое описание (1.6), хорошо разработана и доведена до инженерных рекомендаций. Но здесь опять сталкиваемся с неко­ торыми трудностями при расчете систем стабилизации, имеющих высокий порядок, а именно к таким системам относится газовая турбина. Поэтому, как правило, математическое описание, даже линейное, стараются еще больше упростить, понижая порядок системы дифференциальных уравнений. Все упрощения, конечно, нуждаются в достаточном инженерном обосновании.

Дополнительные трудности возникают, когда задана некоторая область режимов стабилизации, которые приходится рассчитывать

.уже для нескольких рабочих точек. Следовательно, математически расчет режимов стабилизации сводится к исследованию нескольких идентичных систем линейных дифференциальных уравнений с по­ стоянными коэффициентами. Как указывалось, решение данной задачи доведено до инженерных приемов и рекомендаций.

С инженерной, практической, точки зрения решение ^задачи стабилизации облегчается тем, что все промышленные и специально созданные регуляторы имеют широкий диапазон настроек пара­ метров. Поэтому упрощения математического описания турбины, приводящие к отклонению реальных процессов от расчетных, легко учитываются при настройке 'регуляторов. С математической точки зрения необходимо определить погрешности решений при замене нелинейной системы линейной. Практически этого не делают, так как наличие различных настроек в регуляторах позволяет компенси­ ровать погрешности. Качество системы стабилизации определяется моделированием при проектировании и проверяется при натурных испытаниях машин.

Проиллюстрируем все сказанное выше графически на примере управления температурой перед ТВД, т. е. температурой камеры сгорания. В процессе пуска ограничивается скорость нарастания температуры перед ТВД из условия допустимых термических и механических напряжений на лопатках и диске рабочего колеса. Ограничивается и сама температура также из условий надежности работы лопаточного аппарата. Возьмем пространство состояний, образованное координатами Ѳі и d&i/dt — 0 j (рис. 1.9). Проведем

линии ограничений 0 ^ Ѳ4 ѲІтах и Ѳ 0 j Ѳ1тах. Получим

замкнутую область ABCD, за пределы которой координаты Ѳ j и Ѳх не могут выходить. Но траектории изменения этих координат могут находиться на границе области, т. е. на линиях ВС и CD. Зададим

управление и (t), т. е. закон изменения положения регулирующего клапана, чтобы точки 1 и 2 соединились некоторой траекторией, не выходящей за пределы замкнутой области. Примером может

22

служить траектория 1, а, Ь, с, 2. Следующая задача заключается в стабилизации температуры в точке 2. Строгое математическое

рис. 1.9, б). В отличие от предыдущей задачи, начальное и конечное состояния задаются не точками, а соответственно отрезком 1 и областью 2. Ограничения задаются не линиями, а некоторыми

областями ДѲ-! и AG^. Траектория, соответствующая этим ограни­ чениям, показана линией а, Ъ, с, d.

Ценным свойством данной траекто­ рии является то, что в полосах ДѲХ

и ДѲі движение может быть любым, лишь бы оно не выходило из этих полос. Так как на движение внутри полос не накладывается ограниче­ ний, то реализация его значительно упрощается. Стабилизацию темпера­ туры теперь следует проводить не

вточке, а в некоторой области. Движение координат в области также может быть любым. Это зна­ чительно облегчает задачу стабили­ зации.

Отметим еще одно отличие тех­ нического решения задачи от мате­ матического. Математическое реше­ ние не допускает выхода траектории за область ограничений. В техниче­ ских системах такой выход возможен

ваварийных ситуациях. Поэтому техническая система должна преду­

сматривать устройства, вступающие в действие после нарушения ограничений. Обычно выход координат газовой турбины за область ограничений влечет за собой ее аварий­ ную остановку. В аварийном режиме

системы управления и стабилизации работают в режимах быстрых отсечек (например, быстрое закрытие регулирующего клапана и быстрый сброс рабочего тела, имеющего большую энергию, путем открытия сбросных клапанов).

Турбина имеет не одну координату управления, а несколько.

и стабилизации, можно создать качественные и достаточно простые

23

Г л а в а II. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫМИ КОМПРЕССОРНЫМИ СТАНЦИЯМИ

Функции подсистем управления

Управление любым производственным агрегатом или процессом требует знания закономерностей и взаимных связей, присущих этому агрегату или процессу. Управление турбиной разбивается на два этапа: пуск (или остановка) и стабилизация некоторых пара­ метров. Система управления газотурбинной установкой может быть разделена на ряд подсистем, некоторые из них перечислим ниже.

1. Подсистема пуска и остановки турбины с включением и выклю­ чением нагнетателя из газовой сети, осуществляющая практически все операции по заранее заданной программе.

2.Подсистема стабилизации скорости вращения нагнетателя или давления за нагнетателем.

3.Подсистема защиты турбины от аварийных режимов и непра­ вильной реализации программ, действующая как в пусковых режи­

установки и состояния отдельных агрегатов, без которой невозможна работа предыдущих трех подсистем. Более того, первые три под­ системы обязательно содержат элементы четвертой.

Первые три подсистемы содержат целый ряд общих звеньев.

1.Измерительные звенья, являющиеся одновременно элементами подсистемы контроля.

2.Логические звенья, в которых происходит переработка инфор­ мации, полученной в результате измерений, и формирование команд управления.

3.Исполнительные звенья, служащие для приведения в действие

органов управления турбиной (регулирующий и стопорные клапаны, задвижки на трубопроводах обвязки и. т. д.).

4. Усилительные звенья, необходимые для усиления по мощности сигналов управления, формируемых в логических звеньях.

Рассмотрим коротко назначение перечисленных звеньев.

25

PI з м е р и т е л ь н ы е з в е н ь я снабжают непрерывной или

.дискретной информацией другие подсистемы и поэтому должны

Подсистема стабилизации, поддерживающая значение какого-либо параметра на определенном уровне или изменяющая этот параметр по заданной программе, требует пропорциональных измерительных звеньев. Такие звенья непрерывно фиксируют отклонения пара­ метра от заданного уровня и величину этого отклонения. Пропор­ циональные измерительные звенья могут иметь линейные и нели­ нейные статические характеристики и могут быть инерционными и безынерционными. Предпочтение отдается безынерционным изме­ рительным звеньям с линейными статическими характеристиками.

Для подсистем пуска и защиты, осуществляющих перевод газо­

ничения или сравнения заданных значений параметров с их текущими значениями. Разность между заданным значением некоторой величины и ее текущим значением называется ошибкой рассогла­ сования или просто ошибкой. Величина и знак ошибки используются в качестве управляющих воздействий, Ограничивать и сравнивать можно электрические напряжения или токи, механические усилия и их производные. Подробно логические звенья непрерывного дей­ ствия рассматриваются в гл. V.

В подсистемах пуска и защиты логические звенья выполняют функции сравнения состояний агрегатов с заданными програм­ мой или техническими условиями. При совпадении состояний логи­ ческие звенья вырабатывают сигналы, разрешающие включение (или отключение) отдельных агрегатов или продолжение техноло­ гической операции. При несовпадении состояний логические звенья вырабатывают сигналы, запрещающие продолжение технологиче­ ского процесса, или аварийные сигналы, вызывающие остановку агрегатов. Следовательно, в данных подсистемах логические звенья перерабатывают дискретную информацию и выдают диск­ ретные команды, на основе которых меняется состояние агре­ гатов.

26