Введение к работе
Актуальность темы. Современные теплоснабжающие системы (ТСС) сложились уігк пространственно распределенные и весьма сложные системы централизованного снабжения, характеризующиеся следующими основными структурными и режимными аспектами; совместной работой источников на общие тепловые сети в нормальных и нештатных условиях ( дефицитные, аварийные а послеаварийные режимы); наличием различного рода управляющих элементов типа контрольно-распределительных и центральных тепловых пунктов (КРП, ЦТП), распределительных станций теплоснабжения и т.п., которые позволяют реализовывать режимы функционирования в сетях разного уровня (магистральных, распределительных), существенно отличающихся как по способам организации (количественное, качественное, комбинированное регулирование), так и по параметрам транспортируемой среды.
Исследования теплогидравлических режимов и, в частности, с точки зрения режимной управляемости таких систем в различных условиях функционирования являются необходимым элементом оценки реализуемости решений, принимаемых на проектной и эксплуатационном уровнях при реконструкции сетей и планировании режимов. Актуальность этих исследований возрастает не только в связи с усложнением к ростом масштабов ТСС, но и с учетом все более усиливающихся современных требований к качеству, комфортности и надежности теплоснабжения потребителей. При этом во многих случаях необходимо знание не только температур, которые установятся в контролируемых узлах тепловой сети при изменении температур или (и) расходов, скажем, в источнике теплоты, но и промежутков времени, за которые эти события наступили. Это вызывает необходимость рассматривать тешгогидравличеише режимы во времени с учетом возмущающих воздействий, остывания теплоносителя по длине трубопровода и транспортного запаздывания (известно, что если давления в сети распространяются практически со скоростью звука, то перекос температур осуществляется по-существу со скоростью течения теплоносителя в
трубопроводе ). Кроме того, в силу исторического развития ТСС, в их структуру, как правило, не закладывалась четкая иерархичность построения, в связи с чем существующие 1СС обладает лишь частичной управляемостью, т.е. обеспечивают требуемые параметры отдельных потребителей в нормальных условиях и становятся неуправляемыми при нарушении проектных режимов. Таким образом, прогноз теплогидраБ-лических параметров в узловых точках системы в различных режимах имеет большое и многоплановое значение, и для его осуществления требуется специальная разработка соответствуыцих постановок задач и отвечающих им математических моделей, позволяющих учитывать как особенности современных ТСС, так и современные требования к теплоснабжению, что и определяет актуальность темы диссертации.
Цели данной работы состоят в: I) постановке задач и построении математических : моделей для описания и расчета во времени теплогидравлических режимов ТСС, имеющих промежуточные ступени регулирования, с учетом транспортного запаздывания и возмущающих воздействий, с присоединением у потребителей разнородной нагрузки (отопления, вентиляции и горячего водоснабжения) по всем возможным типовым схемам; 2) разработке и исследовании на этой основе методики имитации функционирования автоматизированных ТСС во времени; 3) реализации построенных математических моделей и алгоритмов в виде диалоговой вычислительной системы (ДВС); 4) применении разработанных моделей и ДВС для решения ряда исследовательских и практических задач.
Научная новизна. В диссертации впервые получены и выносятся на защиту следующие основные результаты:
I. Постановка общей задачи расчета теплогидравлических режимов в динамике для ТСС с многоступенчатым регулированием при различных возмущающих воздействиях, ее декомпозиция на отдельные подзадачи и схема увязки решений выделенных подзадач для получения общего решения.
2.Комплекс математических моделей для решения задач:расчета во времени тепловых режимов в тепловых сетях;расчета теплогидравлических
рекимов тепловых пунктов (ТП) со всеми возможными типовыми схемами присоединения разнородней тепловой нагрузки и размещения регулирующих
ігґ*т>п<-лгл-г«грт} гтчэп ттптщгглаг) TTTITIOr-VnTA поотїотії» ТРГ* тэ ТГОГ?<-1"
3. Оригинальный способ дискретизации непрерывного времени с учетом
сетевой специфики задачи, позволяющий производить тепловой расчет в динамике и учитывать возмущающие воздействия различного рода.
4. Универсальная методика теплогидравлического расчета ТП,
использующая обобщенную избыточную схему.
5. Алгоритмы, реализующие разработанные методики и математические
модели.
Практическая ценность работа. Использование методических и программных разработок обеспечивает получение количественного обоснования решений, принимаемых практически на всех уровнях управления развитием и функционированием ТСС: для анализа режимной управляемости вновь создаваемых, реконструируемых или расширяемых ТСС при проектировании; для планирования и налвдки режимов ТСС при их эксплуатации; для обоснования графиков отпуска теплоты и имитации последствий принимаемых решений при диспетчерском управлении. При этом могут решаться следующие режимно-технологические задачи: а) анализ расчетных режимов работы ТСС для теплогидравлической экспертизы проектов новых, реконструируемых и расширяемых систем, а также режимов их наладки и эксплуатации; б) обоснование диспетчерского графика центрального регулирования отпуска теплоты с учетом дополнительных ступеней группового (на КРП. ЦТП) и местного (на индивидуальных тепловых пунктах- ИТП) регулирования, что позволит повысить экономичность работы ТЭЦ и снизить расход теплоносителя и электроэнергии на его перекачку е магистральных тепловых сетях; в) определение времени отклика конкретных потребителей на возмущения (например, на изменение температуры сетевой воды на выходе из источника или промежуточного гзла регулирования, знание которого необходимо при программном
регулировании температуры воздуха в отапливаемых помещениях і понижением в ночные часы для определения времени начала "надтопа" і снижения температуры з сети); г) определение возможных последствий да потребителей и вреиени стабилизации рехииа при изменениях в сети і вынужденном отклонении параметров теплоносителя от требуемых и оценю мероприятий по нормализации режима теплоснабжения; д) определена! допустимого времени снижения подачи теплоты в аварийных режимах и: условия допустимого снижения температуры воздуха в отапливаемы; помещениях; е) учет отпуска и потребления теплоты; ж) определен» путей улучшения эксплуатационных показателей системы теплоснабженш (увеличения пропускной способности сети, снижения температуры обратно* сетевой воды и т.д.) ,а также количественная оценка влияния каждого и: возможных мероприятий на эти показатели.
Реализация работы. Разработанные модели и алгоритмы реализованы ю языке Фортран в виде диалоговой вычислительной системы (ДВС "ДиТеГР"-Диалоговая система для расчета Тепловых и Гидравлических Режимов) ДВС ориентирована на персональные 'компьютеры типа івм рс at і максимально приближена к потребностям практики в автоматизаци расчетов теплогидравлических режимов ТСС.
Предложенные в работе методы и модели апробированы на тестовы: примерах и реальных системах теплоснабжения. Показана принципиальна, возможность их применения для ТСС, имеющих промежуточные ступен регулирования, с присоединением разнородных нагрузок потребителей.
Основные результаты работы внедрены во ВНИПИэнергопроме (г.Москва) а также использованы при разработке технического задания н проектирование системы теплоснабжения автомобильного предприятия ЕЛАЗ (г.Елабуга). Разработанная ДВС включена БНИПИзнергопромом в соста: математического и алгоритмического обеспечения САПР схе! теплоснабжения и АСУ ТП. Результаты работы используются также : Военном инженерно- строительном институте (ШСИ, Санкт-Петербург) да
проведения НИР, в учебном процессе и для решения практических задач. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и
теплоснабжения ( Харьков, 1988г. ); Всесоюзной школе-семинаре "Математические модели и методы анализа развивающихся трубопроводных и гидравлических систем" (Туапсе, 1989г.); Всесоюзном симпозиуме "Современные проблемы системных исследований в энергетике" (Иркутск, 1990г.); международной научно-практической школе-семинаре "Новые информационные, энергосберегающие и экологически безопасные технологии управления развитием трубопроводных систем энергетики" (Туапсе, 1992г.); международной научно-практической школе-семинаре "Методы оптимального развития и эффективного использования трубопроводных систем энергетики" (Иркутск, 1994г.); Секции специализированных систем энергетики Ученого совета СЭИ СО РАН (Иркутск, 1995г.)
Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 публикациях.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка литературы (105
наименований) и шести приложений. Изложена на страницах, содержит
34 рисунка, 14 таблиц.