Содержание к диссертации
Введение
Современные методы и состояние проблемы создания САУ АВО на основе ЧРЭП 12
1.1. Анализ работ по исследованию теплообменников воздушного охлаждения 12
1.1.1.ТипыАВО 14
1.1.2. Анализ основных подходов к расчету теплообменников воздушного охлаждения 19
1.2. Анализ основных способов регулирования интенсивности теплосъема АВО 20
1.3. Современное состояние регулируемого электропривода 22
1.4. Основные подходы к математическому описанию процесса
охлаждения масла в АВО 32
1.5. Краткий обзор технологического оборудования объекта управления 35
Выводы по Главе 1 38
Математическая модель АВО масла 39
2.1. Особенности моделирования процессов теплообмена в АВО масла 39
2.2 Получение передаточной функции теплообменника 46
2.3. Тепловой расчет маслоохладителя 51
Выводы по Главе2 59
Синтез системы автоматического управления АВО масла 60
3.1. Математическое описание звеньев САУ АВО масла 60
3.2. Синтез и параметрическая оптимизация регуляторов температуры 67
3.3. Синтез компенсирующих контуров 73
3.4. Исследование динамических свойств объекта управления 78
Выводы по Главе 3 84
4. Разработка структуры САУ АВО масла 85
4.1. Оборудование, входящее в состав САУ АВО масла 85
4.2. Структура САУ АВО масла 90
4.3. Расчет экономической эффективности САУ АВО масла 95
4.3.1. Расчет потребления электрической энергии при релейном способе регулирования скорости вращения вентиляторов 95
4.3.2. Расчет потребления электроэнергии при непрерывном способе регулирования скорости вращения вентиляторов 100
4.3.3. Расчет экономических показателей САУ АВО масла 104
Выводы по главе 4 106
Заключение 107
Библиографический список
- Анализ работ по исследованию теплообменников воздушного охлаждения
- Анализ основных подходов к расчету теплообменников воздушного охлаждения
- Особенности моделирования процессов теплообмена в АВО масла
- Синтез и параметрическая оптимизация регуляторов температуры
Введение к работе
Газовая промышленность является фундаментальной отраслью экономики России, обеспечивающей топливными и сырьевыми ресурсами промышленность, сельское хозяйство, социальную сферу, энергетику и приносящей существенную часть общих валютных поступлений в бюджет страны от продажи товарного газа на мировом рынке.
Важнейшей частью газовой промышленности страны является единая система газопроводов России, представляющая собой сложный производственно-технологический комплекс. По данным ОАО "Газпром" 15% всего добываемого природного газа затрачивается на транспортировку газа по магистральным газопроводам (МГ). Поэтому в новых экономических условиях мирового дефицита легкодоступных энергоносителей вопросы обеспечения энергоэффективности технологий транспорта газа и создания предпосылок для перехода к "безлюдным технологиям" являются наиболее актуальными. Практика показывает, что энергоэффективные технологии во многих случаях обеспечивают улучшение и других технологических показателей, а также уровень их автоматизации и контролепригодности.
В диссертационной работе рассматриваются вопросы повышения энергетической и технологической эффективности вспомогательного оборудования газоперекачивающего агрегата (ГПА). Важнейшим узлом ГПА является маслосистема, которая обеспечивает смазку, охлаждение и устойчивую работу компрессора и приводного агрегата в широком диапазоне изменения режимных характеристик. По статистике более 40% отказов в работе ГПА происходят по вине маслосистемы и ее элементов, обусловленных отклонением конструктивных и режимных характеристик от оптимальных значений.
Большинство находящихся в эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения масла (АВО масла), будучи разработанными 20-25 лет назад, морально устарели, используемый привод вентиляторов является
нерегулируемым, а это крайне негативным образом сказывается на экономичности и ресурсе установок охлаждения, а также на их технологических возможностях.
Обзор работ в данной области показывает, что усилия исследователей и разработчиков направлены в основном на аппаратную модернизацию установок, а, точнее, на отказ от импортных маслоохладителей и замену их отечественными аналогами, и недостаточно внимания уделяется созданию систем автоматического поддержания температуры на выходе АВО (САУ АВО масла). Существующие способы регулирования температуры масла на выходе АВО являются релейными и реализуются, чаще всего, вручную. Это приводит к большим отклонениям температуры масла в ЭГПА и значительному перерасходу электроэнергии на привод вентиляторов. В этой связи назрела необходимость в создании энергоэффективной, высоконадежной, удобной в эксплуатации, контролепригодной и удовлетворяющей требуемым показателям качества системы стабилизации температуры масла на выходе АВО. Для плавного регулирования частоты вращения вентиляторов технически наиболее приемлемо использование частотно-регулируемых электроприводов (ЧРЭП).
Таким образом, разработка новой системы стабилизации температуры масла на основе ЧРЭП, объединяющую в себе элементы, выполняющие измерительные и исполнительно-приводные функции, а также методики и аппаратно-програмных средств для детального описания объекта управления и диагностики, вписывающихся в общую систему мониторинга и управления компрессорной станции (КС), является важной и актуальной, представляет интерес в научно-техническом плане и обеспечивает существенный технико-экономический эффект при эксплуатации систем АВО масла.
Таким образом САУ АВО масла должна обеспечивать точное поддержание температуры масла в рабочем диапазоне(30С- 45С) с требуемой точностью(+/- 0.5С) при минимуме затрат на электроэнергию и обеспечении устойчивой работы системы в широком диапазоне изменения режимных характеристик. Оптимизация работы АВО масла требует корректного математического описание маслосистемы в целом и маслоохладителя в частности, с учетом транспортного запаздывания, с последующим синтезом регулятора и моделированием работы системы.
Вопросы оптимизации работы АВО масла представляет собой достаточно сложную задачу. На сегодняшний день работа маслоохладителя как объекта управления с распределенными параметрами, работающего в условиях значительно меняющихся внешних эксплуатационных воздействий, что не позволяет обеспечивать необходимые показатели качества технологического процесса.
Однако простое привлечение даже самых современных аппаратных средств электропривода не гарантирует надежной работы системы в целом при часто меняющихся возмущающих воздействиях.
Обязательным условием решения такой задачи является как можно более полное математическое описание объекта управления с учетом транспортного запаздывания, с последующим синтезом регулятора и моделированием работы системы.
8 Цель работы и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является повышение энергоэффетивности и улучшение технологических и эксплуатационных характеристик системы охлаждения масла газоперекачивающего агрегата на основе применения частотно-регулируемого электропривода. В процессе достижения цели работы были решены задачи:
разработки математической модели САУ АВО масла, с учетом распредленности параметров процесса охлаждения в теплообменнике; теплового расчета теплообменника АВО масла;
- разработки структуры комбинированной САУ АВО масла и
синтеза ее регуляторов;
- компьютерного и экспериментального исследования
предложенной САУ АВО масла;
- расчета энергетической и экономической эффективности применения
предложенной САУ АВО масла
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы основные теоретические положения теории электропривода, теории автоматического управления, основ теплопередачи, теории управления систем с распределенными параметрами, компьютерное моделирование, экспериментальное исследование.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые предложена математическая модель САУ АВО масла, с учетом распределенности параметров процесса охлаждения и транспортного запаздывания масла в теплообменнике, а также проведены тепловой расчет теплообменника АВО масла. Полученная математическая модель описывает процессы теплопередачи с учетом возмущающих воздействий как со стороны ГПА, так и со стороны изменяющихся условий окружающей среды;
разработана структура комбинированной САУ АВО масла. В систему введены контуры компенсации возмущающих воздействий по
9 температуре масла на входе в теплообменник и по температуре окружающей среды для повышения качества переходных процессов и улучшения стабилизации температуры масла на выходе теплообменника АВО, в условиях случайно изменяющихся условий окружающей среды. Проведено сравнение различных вариантов схем построения САУ АВО масла;
проведено компьютерное моделирование и экспериментальное исследования САУ АВО масла, которое показало ее энергетическую и технологическую эффективность.
Полученные в работе результаты позволяют на качественно более высоком уровне решать инженерные задачи, проводить расчеты режимов работы, синтеза алгоритмов и систем автоматического управления теплообменниками воздушного охлаждения масла. Практическая ценность работы состоит:
предложена и апробирована структура САУ АВО масла, на основе частотно-регулируемого электропривода обеспечивающая значительную экономию электроэнергии;
разработана методика синтеза САУ АВО масла;
полученны данные энергетической и технологической эффективности применения предложенной САУ АВО масла;
получены результаты анализа экономической эффективности САУ АВО масла.
Предложенная математическая модель позволяет использовать ее не только для решения конкретно поставленной задачи, но и для других практически важных задач эксплуатации теплообменников воздушного охлаждения, эксплуатируемых в технологических процессах предприятий нефтяной, химической и газовой промышленности.
10 Реализация и внедрение результатов работы. Разработанная компанией ЗАО Академический технопарк «Российские инициативы» при участии автора система САУ РЭП АБО масла установлена на электроприводном газоперекачивающем агрегате КС-22а Тольяттинского ЛПУ МГ ООО "Самаратрансгаз" ОАО "Газпром".
Основные положения вынесенные на защиту:
математическая модель системы САУ АВО масла, учитывающая распределенность параметров процесса охлаждения масла и транспортное запаздывание в теплообменнике; структура комбинированной САУ АВО масла данные компьютерного моделирования и расчета экономической и энергетической эффективности САУ АВО масла; Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
-Девятой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика - 2003», (г. Москва, 2003г.);
- 59-ой студенческой межвузовской научной конференции «Нефть и газ-
2004, посвященная 75-летию РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина»
(г. Москва, 2004г.);
Одиннадцатой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика - 2005», (г. Москва, 2005г.);
6-ой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 2005г.);
Второй Всероссийской научной конференции «Математические моде ли и краевые задачи» (ММ-2005 г. Самара);
XII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии»
(CTT2006 г. Томск)
- Третьей Всероссийской научной конференции «Математические модели и краевые задачи» (ММ-2006 г. Самара). Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 125 страницах машинописного текста; содержит 54 рисунка, 11 таблиц и список использованных источников, включающий 116 наименований.
Анализ работ по исследованию теплообменников воздушного охлаждения
В настоящее время в России эксплуатируется свыше 140 тыс. км магистральных газопроводов и около 250 компрессорных станций. Современные компрессорные станции представляют собой достаточно сложный производственный объект, включающий комплексы основного и вспомогательного оборудования, а также систему электрообеспечения. К основному оборудованию КС принято относить газоперекачивающие агрегаты, запорную и технологическую трубопроводную арматуру, установки по очистке газа, аппараты воздушного охлаждения газа и масла. К вспомогательному оборудованию относится весь комплекс дополнительных устройств, задействованный в работе КС. В технологических процессах связанных с перекачкой газа одну из важнейших ролей играет работа маслосистемы газоперекачивающего агрегата. Масло в процессе работы агрегата отбирает тепло от нагруженных узлов и нуждается в охлаждения. Процесс охлаждения происходит в аппаратах воздушного охлаждения масла (АВО масла). Современные АВО масла это теплообменники различных типов [13], но все они выполняют основную функцию отбора тепла у масла, протекающего по маслопроводам. В работах [14],[16],[106],[107] рассматриваются многочисленные схемы исполнения и комплектования охладительных установок. Высокие темпы развития газовой отрасли в 70-х годах обусловили значительное увеличение производства теплообменных аппаратов воздушного охлаждения. Для отвода теплоты в технологических процессах широко применялась пресная охлаждающая вода. В определенный момент потребление пресной воды приблизилось к предельно-допустимым нормам забора из источников по экологическим соображениям. Использование воздуха в качестве охлаждающего агента устраняет зависимость расположения установок АВО от источника водоснабжения, также устраняется необходимость в сооружении дополнительных дорогостоящих инженерных коммуникаций. Производство АБО сформировалось как подотрасль аппаратостроения в 80-е годы [13].
В АВО охлаждаемый технологический продукт движется внутри труб, передавая через стенку теплоту охлаждающему агенту - воздуху. Основными конструктивным элементом АВО являются теплообменная секция, состоящая из трубного пучка, и вентилятор охлаждения расположенный в диффузоре и опорная конструкция в металлическом или железобетонном исполнении.
Для увеличения жесткости конструкции АВО объединяют в секции. Воздух, перемещаемый осевым вентилятором однократным поперечным током обтекает снаружи трубы пучка [5, 10]. (Рис 1.1)
Изначально ABO масла поставлялись как двухконтурные с промежуточным хладагентом, когда вода, охлаждаемая в градирне, непосредственно поступала на поверхность аппарата. Однако, несмотря на простоту конструкции, тепловая эффективность этих аппаратов в процессе эксплуатации резко уменьшалась из-за образования накипи на внешней поверхности. Современные АВО масла это аппараты, которые не требуют предварительной подготовки теплоносителя, имеют простые схемы и надежны в эксплуатации. Эти аппараты значительно проще двухконтурных схем и схем с охлаждением водой, так как не требуют для работы промежуточного теплоносителя. Отпадает необходимость в устройствах предварительной водоподготовки (очистки и понижения жесткости воды и т.д.); аппараты практически не засоряются, имеют почти неизменные тепловые характеристики за длительный период эксплуатации, не имеют вредных выбросов, т.е. являются экологически чистыми [36].
Стандартизированные АВО (рис 1.1) [Ю],[13],[46] рассчитаны для работы на открытом воздухе в районах с умеренным климатом и средней температурой до -55 С.
По расположению теплообменных секций АВО (рис. 1.2, 1.3) подразделяются на горизонтальные - типов АВМ-Г, АВГ, вертикальные -АВМ-В, зигзагообразные - типов 1АВЗ и 1АВЗ-Д, аппараты специального назначения: АВГ-Т - трехконтурные, для охлаждения вязких продуктов АВГ-В; для охлаждения высоковязких продуктов АВГ-ВВ.
Анализ основных подходов к расчету теплообменников воздушного охлаждения
При расчетах и описаниях работы АВО опираются на тепловые конструкторский и поверочный расчеты [5],[58]. Задачей теплового поверочного расчета является определение конечной температуры теплоносителей или температурной нагрузки аппарата при известных технических характеристиках конструкции, параметрах и свойствах теплоносителей. Применительно к АВО на практике чаще возникает необходимость в выполнении теплового конструкторского расчета.
Аэродинамический расчет сводится к определению перепада статического давления воздуха на теплообменных секциях и выбора мощности привода вентилятора.
Задачей гидравлического расчета является определение потерь напора греющего теплоносителя и сравнение их с заданными при проектировании.
Эффективность эксплуатации АВО в значительной мере зависит от обоснованно выбранной температуры воздуха на входе. Отраслевая методика [55] расчета АВО рекомендует выбирать в качестве расчетной среднюю температуру сухого воздуха в полдень наиболее жаркого месяца в году. Снижение расчетной температуры вызывает понижение производительности ГПА в состав которого включен АВО. Завышение расчетной температуры вызывает рост капитальных затрат в связи с увеличением площади теплопередачи теплообменных секций. Средний температурный напор зависит от схемы движения теплоносителей, их агрегатного состояния, уровня температуры. В АВО наибольшее распространение получила перекрестноточная схема движения теплоносителей с общим противоточным направлением потоков. Наличие поперечных ребер на трубах препятствует перемешиванию воздуха в межтрубном пространстве и увеличивает температурный напор. Изучение теплоотдачи поперечно обтекаемых пучков труб АВО проводится методами полного и локального теплового моделирования [46, 52,110].
Любые вентиляторы представляют собой механические устройства, предназначенные для перемещения воздуха по воздуховодам систем вентиляции, а также для осуществления прямой подачи воздуха, либо оттока и создающие необходимый для этого перепад давлений (относительно входа и выхода вентилятора). Технические характеристики и общий вид вентилятора приведены в Приложении 2.
Основными характеристиками вентиляторов являются следующие параметры: расход воздуха, м3/час; полное давление, Па; частота вращения, об/мин; потребляемая мощность, кВт; КПД вентилятора, с учётом механических потерь на различные виды трения в рабочих органах вентилятора, объёмные потери в результате утечек через уплотнения и аэродинамические потери в проточной части вентилятора; уровень звукового давления, дБ.
Не смотря на то, что работ по изучения работы и свойств вентиляторов достаточно много [64,110,114], в них в основном рассматриваются вопросы расчета, проектирования, монтажа и эксплуатации вентиляторных установок применяемых в промышленности. Как правило, работы посвящены каким-то конкретным типам установок и не учитывают современной ситуации с точки зрения расширившихся возможностей управления.
Привод вентиляторов АВО масла осуществляется в большинстве случаев, от электродвигателей переменного тока мощностью до 40 кВт, с различными схемами посадки рабочего колеса вентилятора на вал (Рис. 1.5)
Также существуют вентиляторы типа ЦАГИ УК-2М с возможностью изменения угла установки лопастей 10, 15, 17, 20, 23, 25, 30. При помощи дистанционного механизма поворота без остановки вентилятора можно установить требуемый угол наклона лопастей колеса и изменить производительность вентилятора. Применение двухскоростных электродвигателей позволяет изменением частоты вращения колеса вентилятора выбирать наиболее экономичный режим, обеспечивая при снижении производительности установки или температуры окружающего воздуха уменьшение расхода электроэнергии.
В качестве основных способов регулирования работы АВО масла до недавнего времени являлись: - Отключение части работающих вентиляторов в составе АВО; - Изменение угла установки лопастей вентиляторов - Увлажнение охлаждающего воздуха перед подачей его на теплообменные аппараты; - Использование жалюзей;
Анализ современного состояния АВО масла в газовой промышленности показывает, что большая часть приводов вентиляторов охлаждения является нерегулируемым. Это негативно сказывается на энергоэффективности работы установки, ресурсоспособности, а так же эффективности стабилизации температуры на выходе.
Особенности моделирования процессов теплообмена в АВО масла
Построение математической модели АВО масла необходимо для пояснения процессов теплопередачи, анализа работы установки при существующем способе управления, а также для синтеза оптимального управления процессом теплообмена, для более глубокого понимания тех процессов, которые происходят внутри системы охлаждения масла, и формируют выходные параметры.
Основное назначение теплообменника АВО заключается в обмене тепловой энергией между тепло и хладоносителями. Сложность и многообразие конструкций и процессов, протекающих в теплообменниках, не дает возможности сделать заключение об исчерпаемости направления связанного с исследованиями в этой области.
Актуальность проблемы, как в научном, так и в практическом значениях очевидна. Оптимальное конструкционное и режимное исполнение теплообменного аппарата определяет возможность его практического применения, включая решение вопросов энергосбережения. При синтезе системы автоматического регулирования центральным является вопрос разработки математической модели нестационарных температурных полей при прохождении масла через теплообменник.
В общем случае, процессы тепломассопереноса, протекающие в теплообменном аппарате описываются нелинейной взаимосвязанной системой уравнений Фурье [60] с соответствующими краевыми условиями.
Это обстоятельство позволяет рассматривать процессы в малом (в отклонениях), благодаря чему все дальнейшие рассуждения выполняются для линеаризованных моделей, физические параметры которых не зависят от значений температуры.
Число Рейнольдса, рассчитанное для потока масла по трубке, теплообменника позволяет сделать вывод о ламинарном характере течения, а большое значение теплопроводности материала трубки позволяет пренебречь зависимостью температуры от координаты 9. Система уравнений (2.1) - (2.2) принимает вид
Решение системы (2.5), (2.4) с краевыми условиями (2.6)-(2.11) и начальными условиями (2.12)-(2.13) довольно громоздко. В то же время, такая постановка задачи избыточна с точки зрения имеющихся в распоряжении средств контроля и воздействия на температурные поля масла и трубки. В связи с этим можно осуществить дальнейшее упрощение системы (2.5), (2.4) на этапе постановки задачи.
В первую очередь, благодаря малой толщине стенки трубки и высокой теплопроводности материала трубки предлагается исключить из рассмотрения температурное распределение T2(r,z,t). Невозможность проконтролировать температурное распределение по радиусу потока масла, приводит к использованию в качестве оценки этого температурного распределения средней температуры масла. В этом случае можно выполнить дальнейшее упрощение уравнения (2.5) исключив учёт температурного распределения по радиусу, а также пренебрегая передачей тепла вдоль оси z. Уменьшение размерности задачи требует учёта потерь тепла путем введения функции теплового потока (2.18) непосредственно в правую часть уравнения. Согласно уравнению теплового баланса распределение температуры Q(x,t) по длине трубки теплообменника в зависимости от координаты точки Л: И времени t описывается уравнением (2.20): с краевыми и начальными условиями Г( ,0) = Г0 ( ) = const 0, ДО, 0 = g(0, (2.24) где v - «скорость» потока масла, v = G/smp; G - расход масла, Smp площадь поперечного сечения трубки; с - удельная теплоёмкость масла; у -плотность масла; a(t) - коэффициент теплообмена, зависящий от расхода воздуха через теплообменник; ов -скорость охлаждающего воздуха R - радиус трубки теплообменника, 2IR - коэффициент учёта влияния профиля сечения трубки на процесс теплопередачи; Тв - температура воздуха, L - общая длина трубки теплообменника; Т0(х) - начальное распределение температуры масла, принимаемое без потери общности равным нулю по всей длине теплообменника; g(t) - функция изменения температуры масла на входе теплообменника. Чтобы избавиться от произведения двух функций, зависящих от времени в правой части уравнения (2.23), процесс охлаждения рассматривался в малых отклонениях относительно некоторой установившейся температуры Т0 при соответствующем постоянном коэффициенте теплообмена а0. Тогда, после подстановки в (2.23) выражений для распределения температуры T{x,t) и коэффициента теплообмена a(t), соответственно Т(х, t) = T0+ Т(х, t), a(t) = а0 + Да(0, получили уравнение для отклонения температуры T(x,t) при изменении коэффициента теплообмена Да(/).
Надежный расчет теплообменников стал возможен лишь в результате изучения законов теплопереноса. Основополагающими в этой области были прежде всего работы Нуссельта [62,63,64], который применил к теплообмену теорию подобия и тем самым привел результаты многочисленных опытов исследования теплопередачи к обозримой и легко применимой на практике форме.
Все расчеты теплообменник аппаратов можно подразделить на конструктивные (проектные), часто на практике называемые основными, и поверочные. При помощи основных расчетов решаются задачи теплообмена между рабочими средами в непрерывной связи с другими факторами.
Опыт эксплуатации газоперекачивающих агрегатов с воздушной системой охлаждения масла типа 06-10 производства Венгрии показал значительные преимущества указанной системы по сравнению с двухконтурной, поставляемой заводом изготовителем ГПА: - была исключена система заправки антифризом; - исключение доставка на КС антифриза и технически чистой воды;
Синтез и параметрическая оптимизация регуляторов температуры
В качестве критерия параметрической оптимизации ПИ-регулятора был выбран критерий апериодической устойчивости [23]. Этот критерий требует, чтобы ближайший слева к мнимой оси корень характеристического уравнения замкнутой системы был действительным и имел максимальную кратность. Он обеспечивает апериодические переходные процессы без перерегулирования с минимальной длительностью среди аналогичных переходных процессов. Переходные процессы этого типа требуют реализации слабого управляющего воздействия со стороны регулятора; это означает, что величина коэффициента усиления КР должна быть маленькой, а время интегрирования ТР - большим.
В [24] рассмотрен объект с передаточной функцией в виде произведения апериодического звена первого порядка и звена запаздывания. Для него получены оптимальные по критерию апериодической устойчивости настройки ПИ-регулятора из условия равенства нулю характеристического уравнения замкнутой системы и его первой и второй производных. В этом случае нуль характеристического уравнения будет иметь кратность три. Доказано, что большей кратностью нуль характеристического уравнения данной системы обладать не может.
Характеристическое уравнение системы, представленной на рис.3.2 по каналу 0 (р) - Q(p) будет иметь вид: M(p) = TPp-(T0p + \)+KP(TPp + \)\\-e-z/T -е 1р). (3.20) Первая и вторая производные М(р) будут иметь вид соответственно (3.21) М (р) = ТР -{Т0р + 1) + Т,Т0р + КРТР \-г- 1тг- )+ К гР + -т-е- е-79 (3.22) М"{р) = 2ТРТ0+2КРТР т-е-т/те-4 -КР{ТРр + \)-т2-е-т/те- Система уравнений (3.23) М(р) = 0 М1(р) = 0 М"(р) = 0 не может быть решена относительно переменных р, Кр, Тр , поэтому был использован численный метод поиска оптимальных параметров ПИ-регулятора на базе компьютерной модели системы автоматического регулирования в системе моделирования динамических систем Simulink, входящей в пакет MatLab.
Особенность объекта управления заключается в том, что изменение температуры воздуха оказывает влияние не только на масло, поступающее на вход теплообменника, но и на масло, находящееся в нём. Т.е. уменьшая ошибку по температуре масла на входе теплообменника, система неизбежно вносит погрешность в температуру масла, находящегося в теплообменнике. И отклонение на выходе будет наблюдаться на протяжении всего периода, пока «старое» масло сменяется «новым».
За счёт введения корректирующего звена по возмущению со стороны температуры масла на входе в теплообменник АВО масла (рис. 3.13)
Возможен и другой подход к введению компенсации по температуре масла на входе теплообменника. Исходя из требований к работе АВО масла, основная задача системы автоматического управления -поддержание температуры не выше заданной. С этой позиции разумным кажется поддержание минимальной температуры на выходе теплообменника. Однако, поддержание более низкой температуры приводит к перерасходу энергии на охлаждение масла.
Поэтому предлагается следующий алгоритм работы корректирующего звена: при повышении температуры масла на входе теплообменника, система отрабатывает возмущение так, чтобы температура на выходе не превысила заданной. При понижении температуры на входе, корректирующее звено не включается, и отработка возмущения происходит по обратной связи, что также не позволит температуре на выходе стать выше заданной.
В задачу корректирующего звена в этом случае входит определение количества теплоты, которое должно быть дополнительно отдано маслом с новой температурой при прохождении теплообменника.
По результатам теплового расчета представленного в Главе 2 рассчитаны значения коэффициента теплопередачи, коэффициента теплоотдачи и массового расхода воздуха для различных температур окружающей среды
На основании данных таблицы 3.1 и модели САУ АВО масла представленной на рис.3.17 были смоделированы переходные процессы при действии основных возмущающих воздействий и при различных параметрах регулятора и постоянной времени теплообменника, что являлось имитацией работы установки в различных температурных условиях всего диапазона эксплуатации (-30С - +30 С).
