Regulacja automatyczna turbozespołów cieplnych

Regulacja automatyczna turbozespołów cieplnych

rok wydania: 2017, wydanie trzecie
ilość stron: 196
ISBN: 978-83-7348-695-9
oprawa: miękka

Opis
Podręcznik przeznaczony jest dla studentów kierunku budowa maszyn i oceanotechnika, specjalności wirnikowe maszyny przepływowe, a także kierunku energetyka. Ponadto może służyć pomocą inżynierom i pracownikom naukowym zainteresowanym regulacją automatyczną maszyn i urządzeń energetycznych oraz systemu elektroenergetycznego.

Pięć pierwszych rozdziałów odnosi się do roli turbozespołów w regulacji automatycznej częstotliwości i mocy systemu elektroenergetycznego i wynikających stąd zadań ich układów regulacji automatycznej. Opisano rolę współdziałania między różnymi urządzeniami – turbozespołem i jego urządzeniami pomocniczymi, kotłem (wytwornicą pary), prądnicą, systemem elektroenergetycznym. Zwrócono uwagę na wpływ m.in. źródła energii pierwotnej na strukturę układu regulacji automatycznej turbozespołu oraz na rolę regulacji automatycznej w różnych fazach jego eksploatacji. Przed przystąpieniem do szczegółowych rozważań omówiono podstawy projektowania układu regulacji automatycznej turbozespołu. Rozdział szósty opisuje charakterystyki statyczne układu regulacji automatycznej turbozespołu, metody ich formułowania i kształtowania. Charakterystyki dynamiczne, w postaci modeli matematycznych, różnego typu turbin parowych i gazowych przedstawia rozdział siódmy. Rozdział ósmy odnosi się do metod projektowania wybranych elementów układu regulacji automatycznej turbozespołu. W rozdziale dziewiątym przedstawiono specyficzne aspekty regulacji automatycznej turbin cieplnych, stosowanych w elektrowniach i elektrociepłowniach konwencjonalnych, jądrowych i geotermicznych; rozdział dziesiąty poświęcono turbinom gazowym, a rozdział jedenasty – układom kombinowanym gazowo-parowych. Rozdział dwunasty omawia regulację automatyczną turbozespołów okrętowych – parowych i gazowych. Rolę badań modelowych, symulacji, badań laboratoryjnych w projektowaniu i diagnostyce układów regulacji automatycznej turbozespołów opisuje rozdział trzynasty.

Spis treści
1. CHARAKTERYSTYKA ZMIENNYCH WARUNKÓW RUCHU, WIELKOśCI CHARAKTERYSTYCZNE PROCESU REGULACJI AUTOMATYCZNEJ TURBOZESPOŁU / 13
2. WSPÓŁDZIAŁANIE UKŁADU REGULACJI AUTOMATYCZNEJ TURBOZESPOŁU Z INNYMI UKŁADAMI REGULACJI I ZABEZPIECZEŃ / 17
2.1. Praca samodzielna turbozespołu i współpraca turbozespołów w systemie elektroenergetycznym. / 17
2.1.1. System elektroenergetyczny wydzielony zasilany pojedynczym turbozespołem / 18
2.1.2. System elektroenergetyczny wydzielony zasilany kilkoma turbozespołami / 19
2.1.3. System elektroenergetyczny dużej mocy / 20
2.1.3.1. Praca podstawowa turbozespołu / 20
2.1.3.2. Uczestnictwo turbozespołu w regulacji pierwotnej częstotliwości systemu elektroenergetycznego / 21
2.1.3.3. Uczestnictwo turbozespołu w regulacji wtórnej częstotliwości systemu elektroenergetycznego / 21
2.2. Wzajemne oddziaływanie układu regulacji turbozespołu i innych układów regulacji / 22
2.2.1. Współdziałanie układu regulacji turbozespołu i kotła (wytwornicy pary) / 22
2.2.1.1. Regulacja bloku z prowadzącą turbiną / 23
2.2.1.2. Regulacja bloku z prowadzącym kotłem / 23
2.2.1.3. Regulacja bloku z sygnałem wyprzedzającym / 24
2.2.1.4. Regulacja turbiny zasilanej z szybu geotermicznego / 25
2.3. Współdziałanie układu regulacji automatycznej mocy czynnej/częstotliwości (regulacja turbiny) i mocy biernej/napięcia (regulacja prądnicy) / 26
2.4. Współdziałanie układu regulacji turbozespołu z układami regulacji urządzeń pomocniczych / 28
2.5. Współdziałanie układu regulacji turbozespołu i układu zabezpieczeń / 28
2.6. Literatura / 29
3. WPŁYW ŹRÓDŁA ENERGII PIERWOTNEJ NA CHARAKTERYSTYKI UKŁADU REGULACJI TURBOZESPOŁU / 31
3.1. Turbozespoły w elektrowniach jądrowych / 31
3.2. Turbozespoły w elektrowniach geotermicznych / 33
3.3. Literatura / 33
4. PODSTAWY PROJEKTOWANIA UKŁADU REGULACJI AUTOMATYCZNEJ TURBOZESPOŁU / 35
4.1. Podstawowe zadania układu regulacji automatycznej turbozespołu / 35
4.1.1. Charakterystyki statyczne układu regulacji automatycznej turbozespołu / 35
4.1.2. Charakterystyki dynamiczne układu regulacji automatycznej turbozespołu / 36
4.1.2.1. StabilnoŚĆ / 36
4.1.2.2. Odpowiedzi skokowe / 36
4.1.2.3. Szybkie zamykanie zaworów regulacyjnych turbiny (fast valving) / 36
4.1.2.4. WraŻliwość charakterystyk układu regulacji automatycznej turbozespołu //36
4.1.3. Rodzaj działania turbozespołu / 37
4.1.4. Współdziałanie z innymi układami regulacji automatycznej / 37
4.1.5. Prostota konstrukcyjna i technologiczna układu regulacji automatycznej turbozespołu / 37
4.1.6. Zmęczenie wytrzymałościowe materiałów / 37
4.1.7. Niezawodność działania układu regulacji automatycznej / 38
4.1.8. Bezpieczeństwo działania turbozespołu / 38
4.1.9. Koszt ekonomiczny /  39
4.2. Zasady projektowania układu regulacji automatycznej turbozespołu / 39
4.2.1. Rola teorii sterowania w projektowaniu układu regulacji automatycznej turbozespołu / 39
4.2.2. Rola symulacji komputerowej w projektowaniu układu regulacji automatycznej turbozespołu / 40
4.2.3. Rola badań doświadczalnych w projektowaniu układu regulacji automatycznej turbozespołu / 40
4.3. Literatura /  41
5. STEROWANIE MOCY TURBOZESPOŁU CIEPLNEGO A ZUŻYCIE ENERGII / 42
5.1. Sterowanie optymalne źródłem zwiększenia sprawności energetycznej / 42
5.2. Automatyzacja rozruchu (odstawiania) turbozespołu / 44
5.3. Sterowanie czasowo optymalne mocy turbozespołu / 46
5.4. Sterowanie ekstremalne mocy turbozespołu / 50
5.5. Literatura / 53
6. CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE UKŁADU REGULACJI AUTOMATYCZNEJ TURBOZESPOŁU / 55
6.1. Rozdział obciążenia między współpracujące turbozespoły / 57
6.2. Charakterystyka statyczna regulacji częstotliwości turbozespołu w rozkładzie łańcuchowym na charakterystyki składowe / 58
6.2.1. Charakterystyka statyczna serwomotoru narzucona / 58
6.2.1.1. Charakterystyka hSM=F4(hv) narzucona / 59
6.2.1.2. Charakterystyka hSM=F4(hv) projektowana / 60
6.2.2. Charakterystyka statyczna serwomotoru projektowana / 61
6.3. Wykres poczwórny / 62
6.3.1. Charakterystyka statyczna serwomotoru oraz charakterystyka – sygnał wyjściowy serwomotoru/ sygnał wyjściowy zaworu regulacyjnego narzucone / 62
6.3.2. Narzucone nieprofilowane zawory regulacyjne / 64
6.4. Charakterystyki statyczne elementów składowych układu sterowania turbozespołu / 66
6.4.1. Charakterystyka statyczna turbozespołu / 66
6.4.2. Charakterystyki statyczne elementów regulatora turbozespołu / 68
6.4.2.1. Miernik prędkości kątowej wirnika turbozespołu / 68
6.4.2.2. Przetwornik sygnału prędkości kątowej wirnika turbozespołu / 71
6.4.2.3. Wzmacniacz sygnału regulacyjnego / 72
6.4.2.4. Serwomotor zaworów regulacyjnych turbiny / 74
6.4.3. Linearyzacja charakterystyki statycznej regulatora turbozespołu / 78
6.4.4. Wrażliwość charakterystyki statycznej regulatora na zmiany parametrów konstrukcyjnych / 80
6.5. Literatura / 82
7. CHARAKTERYSTYKI DYNAMICZNE UKŁADU REGULACJI AUTOMATYCZNEJ TURBOZESPOŁU / 83
7.1. Model matematyczny turbiny parowej / 83
7.1.1. Turbina kondensacyjna z przegrzewem wtórnym / 87
7.1.1.1. Przegrzewacz wtórny / 88
7.1.1.2. Schemat blokowy turbiny parowej kondensacyjnej z przegrzewem wtórnym / 89
7.1.1.3. Przykłady modelu (w postaci transmitancji) turbiny kondensacyjnej z przegrzewem wtórnym / 92
7.1.2. Turbina kondensacyjna bez przegrzewu wtórnego / 93
7.1.3. Turbina przeciwprężna /  93
7.1.4. Turbina upustowo-kondensacyjna / 94
7.1.5. Turbina upustowo-przeciwprężna / 95
7.1.6. Model przestrzeni szkodliwej w turbinie parowej / 95
7.2. Model matematyczny turbiny gazowej / 96
7.2.1. Moment napędowy turbiny gazowej / 98
7.2.2. Komora spalania / 99
7.2.3. Objętość gazu / 101
7.2.3.1. Objętość między sprężarką a komorą spalania / 102
7.2.3.2. Objęść między komorą spalania a turbiną / 103
7.2.4. Schemat blokowy turbiny gazowej / 104
7.3. Model wirnika turbozespołu / 105
7.4. Charakterystyki dynamiczne wybranych elementów regulatora / 106
7.4.1. Mierniki częstotliwości (prędkości kątowej) i mocy / 107
7.4.2. Wzmacniacz mechaniczno-hydrauliczny sygnału regulacyjnego / 107
7.4.3. Serwomotor hydrauliczny dwustronnego działania / 108
7.5. Literatura /  110
8. PROJEKTOWANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW REGULATORA TURBOZESPOŁU / 112
8.1. Projektowanie zaworów regulacyjnych / 112
8.1.1. Obliczenia termodynamiczne zaworów / 113
8.1.2. Wymiary zaworu / 115
8.1.3. Zawory jednosiedziskowe, dwusiedziskowe, zawory wstępne / 116
8.2. Projektowanie serwomotorów / 119
8.3. Literatura / 121
9. SPECYFIKA REGULACJI TURBOZESPOŁÓW PAROWYCH / 122
9.1. Podstawowe sposoby regulacji turbin parowych / 122
9.1.1. Regulacja dławieniowa / 122
9.1.2. Regulacja napełnieniowa / 123
9.1.3. Regulacja obejściowa / 125
9.1.4. Regulacja poślizgowa / 126
9.2. Regulacja turbin z przegrzewem wtórnym / 127
9.3. Regulacja turbin przeciwprężnycha / 131
9.4. Regulacja turbin upustowych. / 132
9.5. Charakterystyki termodynamiczne regulacji turbin parowych / 136
9.5.1. Termodynamiczne aspekty regulacji dławieniowej / 136
9.5.2. Termodynamiczne aspekty regulacji napełnieniowej / 139
9.5.3. Porównanie, pod względem termodynamicznym, regulacji dławieniowej i napełnieniowej / 141
9.5.4. Zależność sprawności stopnia turbiny parowej od obciążenia / 142
9.5.5. Charakterystyki termodynamiczno-przepływowe ostatniego stopnia turbiny parowej w zmiennych warunkach obciążenia / 144
9.6. Regulacja turbin parowych w elektrowniach jądrowych / 147
9.6.1. Porównanie modelu matematycznego kotła w bloku konwencjonalnym i wytwornicy pary w bloku jądrowym / 149
9.6.2. Porównanie modelu matematycznego turbozespołu w bloku konwencjonalnym i jądrowym. / 150
9.6.3. Porównanie modelu układu regulacji automatycznej bloku jądrowego i konwencjonalnego / 151
9.7. Regulacja turbin w elektrowniach geotermicznych / 152
9.8. Literatura / 154
10. SPECYFIKA REGULACJI AUTOMATYCZNEJ TURBIN GAZOWYCH / 156
10.1. Regulacja temperatury gazów spalinowych / 156
10.2. Wrażliwość mocy i sprawności termodynamicznej turbiny gazowej na zakłócenia / 158
10.3. Regulacja automatyczna dwuwałowej turbiny gazowej / 158
10.4. Literatura / 160
11. REGULACJA AUTOMATYCZNA BLOKÓW KOMBINOWANYCH GAZOWO-PAROWYCH / 162
11.1. Koncepcja regulacji automatycznej bloku kombinowanego gazowo-parowego / 162
11.2. Charakterystyki statyczne bloku kombinowanego gazowo-parowego / 164
11.2.1. Przedział mocy bloku 0,7 11.2.2. Przedział mocy bloku PB < 0,7 / 170
11.3. Algorytm regulacji automatycznej bloku kombinowanego gazowo-parowego / 172
11.4. Struktura układu regulacji automatycznej bloku kombinowanego gazowo-parowego / 173
11.5. Literatura / 176
12. REGULACJA AUTOMATYCZNA TURBIN OKRĘTOWYCH / 178
12.1. Regulacja okrętowych turbin parowych / 180
12.2. Regulacja okrętowych turbin gazowych / 180
12.3. Dobór regulatora turbiny okrętowej / 182
12.4. Nawrotność turbin okrętowych / 183
12.5. Regulacja częstotliwości okrętowego systemu elektroenergetycznego zasilanego przez prądnice napędzane turbinami napędu głównego / 184
12.6. Porównanie regulacji mocy turbiny i regulacji prędkości kątowej śruby okrętowej / 185
12.7. Literatura / 186
13. ROLA MODELOWANIA, BADAŃ SYMULACYJNYCH, BADAŃ LABORATORYJNYCH / 187
13.1. Znaczenie badań symulacyjnych w projektowaniu, optymalizacji i diagnostyce układu regulacji automatycznej turbozespołu / 187
13.1.1. Projektowanie układu regulacji turbozespołu / 188
13.1.2. Optymalizacja układu regulacji turbozespołu / 190
13.1.3. Testowanie regulatora turbozespołu / 191
13.1.4. Diagnostyka układu regulacji turbozespołu / 192
13.2. Znaczenie badań laboratoryjnych w projektowaniu, wytwarzaniu i działaniu regulatora turbozespołu / 192
13.3. Literatura / 194