Модернизация системы управления частотой вращения турбины автономного преобразователя энергии

В работе рассматривается модернизация существующей системы управления частотой вращения турбины автономного преобразователя энергии. Результатом работы является реализованная модель управления, установленная в преобразователь энергии. Работа выполняется на базе ОАО ТЭМЗ.

Введение ……………………………………………………………………………………………………. 14

Термины и определения …………………………………………………………………………….. 16

1 Обзор литературы………………………………………………………………………………………………… 17
2 Автономный преобразователь энергии …………………………………………………….. 25

2.1 Основные технические требования ……………………………………………………….. 27

3 Принцип работы паротурбинной установки …………………………………………….. 28

3.1 Выбор двухпозиционного регулятора…………………………………………………………….. 33
3.2 Проведение эксперимента с использованием двухпозиционного регулятора
………………………………………………………………………………………………………………….. 35

3.3 Описание работы ПИД-регулятора ……………………………………………………….. 38

3.4 Функциональная схема САР …………………………………………………………………. 41

3.5 Структурная схема САР ……………………………………………………………………….. 42

3.6 Синтез ПИД-регулятора ……………………………………………………………………….. 44

4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ….. 47

4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……….. 47

4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………….. 47

4.2 Анализ конкурентных технических решений ………………………………………… 47

4.2.2 Морфологический анализ …………………………………………………………………… 49

4.2.3 SWOT-таблица…………………………………………………………………………………… 50

4.3 Планирование в рамках научного исследования ……………………………………. 55

4.3.1 Структура работ в рамках проектной работы ……………………………………… 55

4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ …………………………………… 55

4.3.3 Бюджет научно-технического исследования ………………………………………. 58

4.3.3.1 Расчет материальных затрат НТИ ……………………………………………………. 58
4.3.3.2 Основная заработная плата исполнителей ……………………………………….. 59

4.3.3.3 Дополнительная заработная плата …………………………………………………… 61

4.3.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………… 61

4.3.3.5 Накладные расходы…………………………………………………………………………. 62

4.3.4 Формирование бюджета затрат проекта ……………………………………………… 63

4.4 Определение ресурсной, финансовой и экономической эффективности
исследования ……………………………………………………………………………………………… 64

4.5 Оценка абсолютной эффективности исследования ………………………………… 66

4.5.1 Расчет чистой текущей стоимости ……………………………………………………… 66

4.5.2 Дисконтированный срок окупаемости ………………………………………………… 68

4.5.3 Внутренняя ставка доходности (IRR) …………………………………………………. 68

4.5.4 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций………………………………. 70

5 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 72

5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……….. 72

5.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства ……………….. 73

5.2.2. Анализ вредных факторов …………………………………………………………………. 76

5.2.2.1 Отклонение показателей микроклимата …………………………………………… 76

5.2.2.2 Производственный шум ………………………………………………………………….. 79

5.2.2.3 Отсутствие или недостаток естественного света ………………………………. 79

5.2.2.4 Повышенный уровень электромагнитных излучений……………………….. 82

5.2.2.5 Риск поражения электрическим током …………………………………………….. 83

5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………………. 85

5.3.1 Анализ воздействий объекта на атмосферу ………………………………………… 85

5.3.2 Анализ воздействий объекта на литосферу …………………………………………. 85

5.3.3 Анализ воздействий объекта на гидросферу ……………………………………….. 85
5.3.4 Анализ воздействия объекта на селитебную зону ……………………………….. 86

5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………. 86

5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект исследований
………………………………………………………………………………………………………………….. 86

5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть на рабочем месте ….. 87

Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 89

Список литературы ……………………………………………………………………………………. 90

Приложение А. Modernization of the turbine speed control system of the
autonomous energy converter ……………………………………………………………………….. 902

В результате магистерской диссертации были рассмотрены два способа
управления частотой вращения турбины. Метод с двухпозиционным
регулятором показал, что регулятор справляется регулированием частоты
вращения турбины. Однако наблюдаются участки торможения турбины,
связанные с большой внутренней инерционность. Для предотвращения выхода
из строя турбины приходится включать тормозные резисторы, что в свою
очередь поэтому приходится вырабатывать больше пара для компенсации этих
участков, что в свою очередь снижает КПД всей установки. По таким выводам
было решено спроектировать систему управления, основанный на методе с
ПИД-регулятором. Данный метод показал, что частота вращения турбины
может поддерживаться на одном уровне без каких-либо скачков выше и ниже
частоты номинальной. При этом нет нужды включать дополнительные
тормозные резисторы, следовательно, вырабатывать больше пара, что делает
систему управления, основанной на ПИД-регуляторе, более выгодной, чем с
двухпозиционным.
Были рассмотрены разделы по «Финансовому менеджменту,
ресурсоэффективности и ресурсосбережении» и «Социальная
ответственность». Также была написана часть на английском языке, которая
представлена в приложении А.