Введение к работе
Конкурентноспособность отечественных институтов, проектирующих тепловые электростанции (ТЭС), на международном уровне, способность их к выживанию при общем экономическом спаде в стране определяется возможностями в короткие сроки и на качественном уровне, не уступающим мировым, проводить разработку проектно-графической документации. Обеспечить это можно только на основе широкой компьютеризации проектирования, т.е. путем разработки и внедрения в проектирование программно-технических комплексов, рассчитанных на инженера-проектировщика.
При отсутствии программного обеспечения выбор технических решений и оборудования обуславливается сложившимися традициями и нормами, ориентацией на аналоги и типовые решения, инженерным опытом (квалификацией) проектировщика и обосновывается поверочными расчетами, причем по одному, максимум двум, альтернативным вариантам.
Это относится к большинству проектных задач, в частности, к задачам выбора общестанционных теплообменников, а также к более сложным задачам проектирования блочных и автономных испарительных установок.
Возросший интерес к испарительным установкам объясняется возможностью создания на их основе ТЭС с сокращенными стоками. При сложившемся подходе к проектированию и отсутствии детальных руководящих материалов не имеют научного обоснования задачи выбора рациональных схем включения, оптимальных структур и параметров испарительных установок (на основе энергетических испарителей) для теплоэлектроцентралей, конденсационных электростанций и парогазовых установок. Отсутствует компьютерная поддержка проектирования.
Накопленный на магнитных носителях громадный объем проектной документации требует решения задач разработки инструментальных средств ведения архивов проектно-графической документации, которые были бы ориентированы на проектировщика, выполняющего определенный вид работ и строящего свою, удобную только для него иерархическую систему поиска документации, хранящейся в электронном архиве (на файл-сервере).
Нерешенными остаются задачи разработки способов компьютерного макетирования, визуализации и анимационного представления объектов проектирования ТЭС на технической платформе IBM совместимых машин, что сказывается на более низком уровне презентации отечественных проектов на международных тендерных торгах.
Важным аспектом исследования технологии проектирования ТЭС являются вопросы формального описания и критериев ее оценки при внедрении программно-технических комплексов.
Постановка, решение и практическая реализация перечисленных задач актуальна для обеспечения прогресса в технологии проектирования тепловых электростанций.
Работа выполнялась в рамках научной программы Минвуза РСФСР "Перспективные информационные технологии в высшем образовании" (1991-1994 гг) по направлению "Автоматизация проектирования", и в соответствии с договорами на разработку программного обеспечения для АО Зарубежэнергопроект (г. Иваново).
В настоящей работе задачи совершенствования технологии проектирования ТЭС представлены для трех групп задач: задачи расчетного анализа и выбора проектных решений по испарительным установкам и теплообменникам на основе разработки прикладного программного обеспечения; задачи практической разработки графических подсистем проектирования трубопроводов, способов компьютерного макетирования, визуализации и анимационного представления объектов ТЭС, а также создания инструментальных средств ведения архивов цроекшо-графической документации; задачи формального описания технологии проектирования ТЭС для получения критериев оценки эффективности внедрения в нее программно-технических комплексов.
Цель работы состоит в разработке и компьютеризации методов проектирования испарительных установок ТЭС и общестанционных теплообменников, в создании инструментальных средств ведения электронных архивов проектно-графической документации, средств машинной поддержки выполнения графических работ и макетирования, в разработке методов оценки эффективности технологии проектирования при ее компьютеризации.
Научная новизна:
-
Разработаны новые математические модели блочных испарительных установок (БИУ), алгоритмы их реализации, позволяющие осуществить структурную оптимизацию схем и выбор оптимального состава оборудования.
-
Предложены методы анализа тепловой экономичности традиционных и новых схем включения многоступенчатых испарительных установок на ТЭС различного типа (теплоэлектроцентралях - ТЭЦ, конденсационных электростанциях - КЭС, парогазовых установках утилизационного типа -ПГУ).
3. Разработаны инвариантные критерии оценки технологии
проектирования ТЭС, учитывающие сложность и трудоемкость,
позволяющие выбрать оптимальную последовательность этапов
проектирования.
Практическая ценность работы:
1. Разработаны инженерные методы проектирования блочных
испарительных установок (БИУ) блоков 200 - 800 МВт и программный пакет
для их реализации, на основе которых получены номограммы тепловых
характеристик существующих и новых проектных решений.
-
Разработаны алгоритмы расчета различных схем многоступенчатых испарительных установок (МИУ) и программный пакет по их проектированию, обеспечивающие выбор оптимального сочетания типоразмеров элементов и параметров теплоносителей для заданной производительности.
-
Выработаны рекомендации для выбора схем включения БИУ и МИУ на ТЭС различного типа (ТЭЦ, КЭС, ПГУ), обеспечивающие максимальную тепловую экономичность.
-
Разработан способ автоматизированного ведения (хранения и поиска) проектно-технической документации проектировщиком-технологом, позволяющий осуществлять контроль за графиком выполнения работ по проекту.
-
Разработан и впервые осуществлен на практике компьютерный способ макетирования, визуализации и анимационного представления объектов тепловой электростанции в тендерном проекте. —
-
Результаты работы реализованы в проектных институтах АО Зарубеж-энергопроект и Московском отделении ТЭП (программные пакеты расчета и выбора схем и оборудования БИУ и МИУ, информационные и графические подсистемы проектирования).
Автор защищает:
1. Математические модели блочных испарительных установок,
ориентированные на компьютерное проектирование, алгоритмы и
программные пакеты их реализации.
2. Методы и результаты анализа тепловой экономичности существующих
и новых схем включения многоступенчатых испарительных установок на
ТЭС различного типа (ТЭЦ, КЭС, ПГУ).
3. Способ формального представления технологии проектирования
тепловых электрических станций, критерии трудоемкости и сложности для
оценки эффективности внедрения программно-технических комплексов в
технологию проектирования.
4. Практические разработки прикладных программных пакетов
информационных и графических подсистем, повышающих эффективность
проектирования.
Достоверность полученных результатов и выводов по математическим моделям БИУ и алгоритмам расчетов МИУ подтверждается опытными данными УралВТИ, ИГЭУ и результатами аналогичных расчетов, выполненных в МЭИ.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991), "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Иваново, 1994), на республиканской конференции "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике" (Иваново, 1991), а также на научно-методических семинарах кафедры ТЭС МЭИ (Москва, 1993), кафедры ВТ и САПР ИГЭУ (Иваново, 1994), кафедры ТЭС ИГЭУ (Иваново, 1996).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 151 наименования, приложений, изложена на 167 страницах машинописного текста, включает в себя 60 рисунков и 18 таблиц.
