Разработка математической модели датчика ДБСКТ для входного направляющего аппарата газотурбинной электростанции
|
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ, ОБОЗНАЧЕНИЙ И ТЕРМИНОВ 9
ВВЕДЕНИЕ 10
1 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 12
1.1 Понятие о математическом моделировании. Проект
АО «ОДК-Авиадвигатель» 12
1.2 Аналитическое моделирование - один из видов математического
моделирования 15
1.3 Имитационное моделирование - один из видов математического
моделирования 16
1.4 Сравнение аналитического (статического) и динамического (динамического)
моделирования 19
2 ДАТЧИКИ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ УГЛА ПОВОРОТА 25
2.1 История появления трансформаторов. Применение вращающихся
трансформаторов в устройствах автоматики 25
2.2 Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) в синусном
режиме 28
2.3 Линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ) 31
2.4 Потенциометрическая система дистанционной передачи угла 34
3 ДУБЛИРОВАННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНУСНО-КОСИНУСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР. УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ В ГАЗОТУРБИННОЙ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 38
3.1 Дублированный бесконтактный синусно-косинусный вращающийся
трансформатор в синусно-косинусном режиме (СКВТ) 38
3.2 Сравнение датчиков передачи угла 45
3.3 Применение ДБСКТ во входном направляющем аппарате 46
4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАТЧИКА ДУБЛИРОВАННОГО
БЕСКОНТАКТНОГО СИНУСНО-КОСИНУСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ 64
ВВЕДЕНИЕ 10
1 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 12
1.1 Понятие о математическом моделировании. Проект
АО «ОДК-Авиадвигатель» 12
1.2 Аналитическое моделирование - один из видов математического
моделирования 15
1.3 Имитационное моделирование - один из видов математического
моделирования 16
1.4 Сравнение аналитического (статического) и динамического (динамического)
моделирования 19
2 ДАТЧИКИ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ УГЛА ПОВОРОТА 25
2.1 История появления трансформаторов. Применение вращающихся
трансформаторов в устройствах автоматики 25
2.2 Синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) в синусном
режиме 28
2.3 Линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ) 31
2.4 Потенциометрическая система дистанционной передачи угла 34
3 ДУБЛИРОВАННЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНУСНО-КОСИНУСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР. УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ В ГАЗОТУРБИННОЙ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ 38
3.1 Дублированный бесконтактный синусно-косинусный вращающийся
трансформатор в синусно-косинусном режиме (СКВТ) 38
3.2 Сравнение датчиков передачи угла 45
3.3 Применение ДБСКТ во входном направляющем аппарате 46
4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАТЧИКА ДУБЛИРОВАННОГО
БЕСКОНТАКТНОГО СИНУСНО-КОСИНУСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 61
ПРИЛОЖЕНИЕ 64
В настоящее время одним из приоритетных направлений в электроэнергетике и электротехнике является применение авиационных двигателей в наземных газотурбинных электростанциях (ГТЭС). На сегодняшний день, в России предприятиями занимающимися разработкой и подготовкой газотурбинных установок (ГТУ) являются АО «ОДК-Авиадвигатель» (Пермь), АО «ОДК-Климов» (Санкт-Петербург), ПАО «ОДК-Сатурн» (Рыбинск) [3].
На основе ГТУ строят электростанции, которые обеспечивают электроэнергией, как промышленные предприятия, так и бытовых потребителей. Наиболее востребованными являются ГТЭС мощность, которых достигает 25 МВт и более. При разработке ГТУ для электростанций на их основе, в первую очередь ставится вопрос математического моделирования систем. При помощи математического моделирования, опирающегося на теоретические положения можно предположить реальную работу какой-либо системы [6].
Для построения математической модели, необходимо понимать, что включает в себя математическое моделирование. Если речь идет о математическом моделировании, то оно подразумевает в себе применение математического аппарата, на которым основан принцип работы какого-либо реального объекта. При решении задач с помощью данного метода исследования применяют два основных вида математического моделирования - аналитическое и имитационное.
В тех случаях, когда описание на теоретическом уровне невозможно выполнить, тогда применяют метод имитационного моделирования (метод исследования), в котором испытуемая система заменяется моделью. Разработанная модель должна описывать с высокой точностью работу реальной системы, а именно процессы, происходящие во время работы реального объекта.
В рамках реализации проекта по вводу в эксплуатацию программно-аппаратного комплекса для создания мобильного электронного имитатора САУ ГТУ-16П МЭКС АО «ОДК-Авиадвигатель» было предложено разработать математическую модель датчика ДБСКТ для данного комплекса.
Поэтому в качестве объекта исследования будет математическая модель датчика дублированного бесконтактного синусно-косинусного трансформатора для входного направляющего аппарата газотурбинной электростанции.
Цель работы - разработать математическую модель датчика дублированного бесконтактного синусно-косинусного трансформатора для входного направляющего аппарата газотурбинной электростанции.
Для этого были поставлены следующие задачи:
1) собор и систематизация информации о математическом моделировании;
2) поиск информации о дублированном бесконтактном синусно-косинусном трансформаторе;
3) рассмотрение альтернативных вариантов датчиков, подобных ДБСКТ;
4) построение и проверка математической модели ДБСКТ;
5) сравнение результатов моделирования с реальной работой датчика.
Дублированный бесконтактный синусно-косинусный трансформатор используется в качестве датчика передачи углового положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора низкого давления ГТУ газотурбинной электростанции.
Понятие о трансформаторе появилось еще в XIX веке. С тех пор он стал активно развивать и на сегодняшний день имеются различные варианты устройства и области применения данных механизмов. ДБСКТ является трансформатором с вращающимся сердечником.
Существуют и другие варианты устройств, которые применяются в качестве датчиков углового положения. В качестве альтернативных вариантов были выбраны: синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) в синусном режиме, линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ) и потенциометрическая система дистанционной передачи угла.
В связи с применением входного направляющего аппарата для КНД, который оказывает значительное влияние на энергоэффективность ГТУ подтверждается актуальность разработки и исследования математической модели датчика ДБСКТ для ВНА для включения ее в математическую модель ГТУ.
На основе ГТУ строят электростанции, которые обеспечивают электроэнергией, как промышленные предприятия, так и бытовых потребителей. Наиболее востребованными являются ГТЭС мощность, которых достигает 25 МВт и более. При разработке ГТУ для электростанций на их основе, в первую очередь ставится вопрос математического моделирования систем. При помощи математического моделирования, опирающегося на теоретические положения можно предположить реальную работу какой-либо системы [6].
Для построения математической модели, необходимо понимать, что включает в себя математическое моделирование. Если речь идет о математическом моделировании, то оно подразумевает в себе применение математического аппарата, на которым основан принцип работы какого-либо реального объекта. При решении задач с помощью данного метода исследования применяют два основных вида математического моделирования - аналитическое и имитационное.
В тех случаях, когда описание на теоретическом уровне невозможно выполнить, тогда применяют метод имитационного моделирования (метод исследования), в котором испытуемая система заменяется моделью. Разработанная модель должна описывать с высокой точностью работу реальной системы, а именно процессы, происходящие во время работы реального объекта.
В рамках реализации проекта по вводу в эксплуатацию программно-аппаратного комплекса для создания мобильного электронного имитатора САУ ГТУ-16П МЭКС АО «ОДК-Авиадвигатель» было предложено разработать математическую модель датчика ДБСКТ для данного комплекса.
Поэтому в качестве объекта исследования будет математическая модель датчика дублированного бесконтактного синусно-косинусного трансформатора для входного направляющего аппарата газотурбинной электростанции.
Цель работы - разработать математическую модель датчика дублированного бесконтактного синусно-косинусного трансформатора для входного направляющего аппарата газотурбинной электростанции.
Для этого были поставлены следующие задачи:
1) собор и систематизация информации о математическом моделировании;
2) поиск информации о дублированном бесконтактном синусно-косинусном трансформаторе;
3) рассмотрение альтернативных вариантов датчиков, подобных ДБСКТ;
4) построение и проверка математической модели ДБСКТ;
5) сравнение результатов моделирования с реальной работой датчика.
Дублированный бесконтактный синусно-косинусный трансформатор используется в качестве датчика передачи углового положения лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора низкого давления ГТУ газотурбинной электростанции.
Понятие о трансформаторе появилось еще в XIX веке. С тех пор он стал активно развивать и на сегодняшний день имеются различные варианты устройства и области применения данных механизмов. ДБСКТ является трансформатором с вращающимся сердечником.
Существуют и другие варианты устройств, которые применяются в качестве датчиков углового положения. В качестве альтернативных вариантов были выбраны: синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) в синусном режиме, линейный вращающийся трансформатор (ЛВТ) и потенциометрическая система дистанционной передачи угла.
В связи с применением входного направляющего аппарата для КНД, который оказывает значительное влияние на энергоэффективность ГТУ подтверждается актуальность разработки и исследования математической модели датчика ДБСКТ для ВНА для включения ее в математическую модель ГТУ.
На сегодняшний день использование авиадвигателей в наземных электростанциях является перспективным направлением электроэнергетики. Электростанции на базе ГТУ осуществляют питание предприятий и бытовых потребителей. Чтобы рассмотреть и оценить работу реальной электростанции применяются различные методы исследования. Одним из таких методов является математическое моделирование.
Математическое моделирование является одним из самых перспективных и применяемых методов исследования не только авиационных систем, но и любых других сфер общества.
Моделирование является методом научного познания, которое предполагает полное представление реального объекта. При применении метода к техническим сферам, он, как правило, включает в себя математические законы. Безусловным плюсом математического моделирования является возможность исследования работы реального устройства, еще до момента ввода его в эксплуатацию. Следовательно, можно выполнить оценку поведения системы, возможное появление аварийных режимов.
В рамках разработки мобильного электронного имитатора ГТУ АО «ОДК- Авиадвигатель» была разработана математическая модель датчика дублированного бесконтактного синусно-косинусного трансформатора.
Поскольку ДБСКТ является сложным устройством, то для построения математической модели данного датчика была изучена техническая документация на датчик, рассмотрен принцип работы и физика протекания процессов внутри устройства, а также изучен математический аппарат и схема функционирования датчика.
В процессе работы были рассмотрены устройства, которые могли бы заменить ДБСКТ. Сравнительный анализ рассмотренных выше альтернативных вариантов показал, что другие датчики не удовлетворяют показателям точности или надежности. Поэтому их использование не целесообразно.
Доказана необходимость применения дублированного бесконтактного синусного-косинусного трансформатора в качестве датчика считывания углового положения для входного направляющего аппарата. Поскольку использование ВНА повышает энергоэффективность работы ГТУ, за счет создания предварительно направленного потока воздуха в компрессор. За счет поворота лопаток ВНА можно получить постоянный одинаковый режим работы ГТУ, даже если изменяются параметры окружающей среды.
В процессе работы была разработана математическая модель датчика ДБСКТ для ВНА газотурбинной электростанции. Результат моделирования показал идентичность выходных характеристик разработанной модели и реального датчика, при имеющихся одинаковых входных параметрах. Это говорит о том, что данную модель можно включить в математическую модель ГТУ.
Математическое моделирование является одним из самых перспективных и применяемых методов исследования не только авиационных систем, но и любых других сфер общества.
Моделирование является методом научного познания, которое предполагает полное представление реального объекта. При применении метода к техническим сферам, он, как правило, включает в себя математические законы. Безусловным плюсом математического моделирования является возможность исследования работы реального устройства, еще до момента ввода его в эксплуатацию. Следовательно, можно выполнить оценку поведения системы, возможное появление аварийных режимов.
В рамках разработки мобильного электронного имитатора ГТУ АО «ОДК- Авиадвигатель» была разработана математическая модель датчика дублированного бесконтактного синусно-косинусного трансформатора.
Поскольку ДБСКТ является сложным устройством, то для построения математической модели данного датчика была изучена техническая документация на датчик, рассмотрен принцип работы и физика протекания процессов внутри устройства, а также изучен математический аппарат и схема функционирования датчика.
В процессе работы были рассмотрены устройства, которые могли бы заменить ДБСКТ. Сравнительный анализ рассмотренных выше альтернативных вариантов показал, что другие датчики не удовлетворяют показателям точности или надежности. Поэтому их использование не целесообразно.
Доказана необходимость применения дублированного бесконтактного синусного-косинусного трансформатора в качестве датчика считывания углового положения для входного направляющего аппарата. Поскольку использование ВНА повышает энергоэффективность работы ГТУ, за счет создания предварительно направленного потока воздуха в компрессор. За счет поворота лопаток ВНА можно получить постоянный одинаковый режим работы ГТУ, даже если изменяются параметры окружающей среды.
В процессе работы была разработана математическая модель датчика ДБСКТ для ВНА газотурбинной электростанции. Результат моделирования показал идентичность выходных характеристик разработанной модели и реального датчика, при имеющихся одинаковых входных параметрах. Это говорит о том, что данную модель можно включить в математическую модель ГТУ.