2.6. Динамические характеристики сар

2.6.1. Основные понятия и определения

Все элементы САР находятся в состоянии покоя, если взаимно уравновешены все силовые, материальные, энергетические и информационные воздействия (внешние и внутренние). В равновесном состоянии параметры САР не изменяются во времени. У многорежимных объектов равновесных состояний может быть много. Описание совокупности установившихся значений параметров САР в различных равновесных состояниях называется статикой.

Динамикой называют описание характера изменения параметров САР во времени. Эти изменения могут быть вызваны внутренними или внешними воздействиями, нарушающими состояние равновесия системы.

Характерным внутренним воздействием является внезапное изменение характеристик (отказ) объекта или регулятора. Изучением этих процессов и их последствий занимаются теория надёжности и техническая диагностика.

Теория автоматического регулирования занимается, в основном, изучением влияния внешних воздействий, которые называются возмущениями. Характерными видами внешних возмущений для энергетического объекта являются изменения режимов совместно с ним работающего оборудования (например, нагрузки), изменения условий эксплуатации или командных сигналов, поступающих из других систем или от оператора.

Нарушение равновесия приводит к тому, что состояние системы начинает изменяться. Процесс продолжается до тех пор, пока не наступит новое равновесное состояние (если система устойчива). Если система не устойчива, процесс закончится остановкой объекта или срабатыванием аварийной защиты.

Описания изменений во времени различных параметров системы при переходе её из одного состояния в другое так и называются: переходные процессы.

Главным переходным процессом является описание изменений во времени регулируемого параметра.

Описания переходных процессов могут быть представлены или в аналитическом виде (т.е. в виде уравнений, содержащих в качестве аргумента время) или в виде графиков, которые называются динамическими характеристиками системы.

Почему эти процессы растянуты во времени? Потому, что управляемые объекты обладает свойством инерции. Инерция обусловлена тем, что отдельные конструктивные элементы объекта обладают способностью накапливать и отдавать энергию или вещество, т.е. являются аккумуляторами энергии или вещества. Судовое энергетическое оборудование может содержать различные виды таких аккумуляторов.

Если функционирование оборудования связано с процессами нагрева или охлаждения каких-то конструктивных элементов или сред и теплообменом между ними, эти элементы исполняют роль аккумуляторов внутренней (тепловой) энергии. Такими аккумуляторами тепловой энергии являются, например, роторы паровых и газовых машин, детали теплообменников, цилиндры и поршни дизелей. Аккумулировать тепло могут также жидкие или газообразные вещества, например, жидкий теплоноситель в первом контуре и водяной пар во втором контуре ядерной энергетической установки, воздух в помещении и т.п.

Если оборудование содержит какие-то массивные детали, которые могут перемещаться поступательно (например, поршни дизелей) или вращаться (роторы турбомашин, шестерни редукторов и т.п.), то может иметь место аккумулирование кинетической энергии.

Аккумуляторами потенциальной энергии могут быть элементы или вещества, изменяющие своё состояние в каком-либо силовом поле (гравитационном, электрическом, магнитном), а также упругие детали (пружины) и вещества (жидкости и газы под давлением).

Аккумуляторами вещества являются различные ёмкости для хранения и транспортировки жидкостей и газов (цистерны, баллоны, трубопроводы), рабочие полости энергетических машин (барабаны парогенераторов, проточные части турбин и т.п.).

Некоторые элементы оборудования могут совмещать свойства различных аккумуляторов. Например, ротор паровой турбины является аккумулятором и кинетической и тепловой энергии.

Поскольку изменение количества энергии или вещества в аккумуляторе не может произойти мгновенно, процесс растягивается во времени. Продолжительность процесса и его характер определяется интенсивностью подвода или отвода энергии и вещества и ёмкостью соответствующего аккумулятора.