Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы определяется тем, что в условиях современного рынка теплоэнергетического оборудования предъявляются высокие требования к срокам и качеству проектирования энергетических объектов, таких как паротурбинная установка (далее ПТУ), машинный зал или ТЭС в целом. Необходимость учета разнообразных потребностей заказчика в условиях рынка фактически привела к переходу на индивидуальное проектирование. Возможность реализации системы многовариантного проектирования компоновок ПТУ на стадии, предваряющей эскизное проектирование, предоставляет конкурентные преимущества турбинному заводу. Одним из путей выполнения этих требований является использование современных информационных технологий.
В современных условиях, как правило, возникает необходимость привязки компоновок ПТУ к уже существующим строительным конструкциям, схемам и оборудованию ТЭС. Особую сложность в вопросах компоновки ПТУ представляют теплофикационные ПТУ как требующие наиболее сложных технических решений при компоновке оборудования и трассировке трубопроводов установок. Проектирование компоновок паротурбинных установок является сложным многовариантным процессом в последовательности мероприятий по разработке проектно-конструкторской документации для ТЭС. В то же время именно по работам, связанным с проектированием компоновок паротурбинных установок, в литературе имеется недостаточно данных в отличие от работ по проектированию и конструированию собственно паровой турбины.
Предметом исследования являются методы проектирования компоновок теплофикационных ПТУ как функционально и пространственно взаимосвязанной системы теплофикационной паровой турбины, сопряженного с ней генератора, подогревателей сетевой воды, другого вспомогательного оборудования (в том числе насосов, баков, подогревателей сис-
темы регенерации, эжекторов, фильтров и т.д.), связей между оборудованием в виде трубопроводов, прежде всего крупногабаритных трубопроводов теплофикационных отборов, а также строительных конструкций, используемых для крепления и обслуживания оборудования. Границами компоновки ПТУ являются элементы, функционально входяпще в состав ПТУ.
Цель работы состоит в совершенствовании методов индивидуального проектирования компоновок теплофикационных паротурбинных установок на основе современных информационных технологий с учетом разнообразных потребностей (требований) заказчиков.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
Разработаны концепция и обобщенная методика проектирования компоновок теплофикационных паротурбинных установок.
Разработаны модель данных и функциональная модель проектирования компоновок теплофикационных ПТУ в целях обеспечения непрерывных информационных связей между расчетной и проектирующей подсистемами.
Разработаны методики проектирования компоновок ПТУ, базирующиеся на современных информационных технологиях в части широкого использования ассоциативности, параметризации, масштабируемости и автоматизации отдельных проектных процедур.
Разработана методика обеспечения устойчивой ассоциативной связи между проектирующей и расчетной подсистемами в итерационных процедурах проектирования компоновок теплофикационных турбоустановок для исключения ручного ввода исходной информации.
Уточнена методика расчета отдельных элементов трубопроводов теплофикационных паротурбинных установок для гарантирован-
ного выполнения всех требований по надежности, прочности и компенсации тепловых расширений и обоснованного выбора необходимых запасов прочности оборудования ПТУ. Научная новизна состоит в том, что, базируясь на методах системного анализа, автором впервые для компоновок теплофикационных паротурбинных установок:
- на основе методологии ГОЕГО разработана и апробирована
функциональная модель процесса проектирования, позволившая
обосновать методику оценки целевой функции процесса проектирова
ния ПТУ на Уральском турбинном заводе; сформулировать принципы
автоматизированной реализации компоновочных решений; сформу
лировать требования к базам данных элементов компоновок ПТУ на
основе современных информационных технологий;
на основе выбранной и обоснованной целевой функции методом диаграмм потоков работ («Work-flow» - диаграмм) выявлен критический путь процесса разработки проектно - конструкторской документации ПТУ и построена новая последовательность работ, позволившая при использовании новых информационных технологий сократить срок проектирования компоновок в два раза;
разработана и реализована информационно - логическая модель данных в методологии IDEF1X, позволившая за счет создания твердотельных моделей в процессе реализации обратных связей этапов проектирования компоновки ПТУ с теплофикационными турбинами исключить коллизии элементов компоновок как в части монтажных, так и эксплуатационных ограничений.
Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается: применением современных стандартизованных методов и методологий системного анализа, таких как методология IDEF0, методология IDEF1X, метод теории графов, методология ассоциативности и параметризации, метод твердотельного моделирования; применением лицензионного про-
граммного обеспечения для твердотельного трехмерного моделирования компоновок паротурбинных установок; использованием опыта УТЗ по проектированию компоновок теплофикационных ПТУ мощностью от 17 до 250 МВт.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные данные уже используются при проектировании компоновок теплофикационных паротурбинных установок УТЗ с различной конфигурацией оборудования. Результаты работы также могут быть использованы при проектировании теплотехнической части теплоэлектростанции в целом. Разработанная технология обладает достаточной степенью универсальности и масштабируемости, что свидетельствует о возможности ее использования при проектировании схожих по структуре объектов (паротурбинных установок с конденсационными турбинами). Разработанная информационная модель баз данных может быть использована в качестве примера для построения библиотек и баз данных при проектировании других объектов паротурбинной установки (элементов вспомогательного оборудования).
Реализация результатов. Результаты работы уже использованы при проектировании компоновок и при разработке строительных заданий, рабочих чертежей трубопроводов паротурбинных установок УТЗ Т-50/60-8,8; К-110-1,6; Т-113/145-12,4; ПТ-30/35-90/15.
На защиту выносятся:
Функциональная модель проектирования компоновок теплофикационных ПТУ и обоснованный критический путь процесса разработки проектно - конструкторской документации ПТУ.
Модель данных и созданная на ее основе библиотека элементов оборудования и компоновок теплофикационных ПТУ.
Комплексная методика проектирования компоновок ПТУ, базирующаяся на широком использовании ассоциативности, параметризации, масштабируемости и автоматизации отдельных проектных процедур.
Методика обеспечения устойчивой ассоциативной связи между проектирующей и расчетной подсистемами для исключения ручного ввода исходной информации в итерационных процедурах проектирования компоновок теплофикационных ПТУ.
Усовершенствованные (уточненные) методики расчета отдельных элементов трубопроводов теплофикационных ПТУ.
Личный вклад автора состоит в сборе, изучении и анализе существующих компоновок ПТУ; в обобщении опыта проектирования компоновок теплофикационных паротурбинных установок; в формализации методики проектирования компоновок; формализации методики расчета трубопроводов; создании комплекса информационных моделей проектирования компоновок; разработке технологии проектирования компоновок с использованием твердотельного трехмерного моделирования.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы обсуждены и доложены: на 6-й международной конференции и выставке «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2006)» (Москва, 2006); на пятой международной научно - практической конференции «Совершенствование теплотехнического оборудования. Реконструкция ТЭС. Внедрение систем сервиса, диагностирования и ремонта» (Екатеринбург, 2007); на 7-й международной конференции и выставке «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2007)» (Москва, 2007); на ХШ конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2007); на 8-й международной конференции и выставке «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2008)» (Москва, 2008).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах, в том числе в одной публикации в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 73 наименований и 4 приложений. Весь материал изложен на 143 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 7 таблиц.
