Лекция №11.
5.3. Автоматическое регулирование уровня
Уровень, как известно, является косвенным показателем гидродинамического равновесия в аппарате или сооружении. Постоянство уровня свидетельствует о соблюдении материального баланса, когда приток жидкости равен стоку и скорость изменения уровня равна нулю. Следует отметить, что «приток» и «сток» здесь являются обобщенными понятиями. В простейшем случае, когда в аппарате (сборники, смесители, промежуточные емкости, жидкофазные сооружения) не происходит никаких фазовых превращений, приток равен расходу жидкости, подаваемой в аппарат, а сток — расходу жидкости, отводимой из аппарата. В более сложных технологических процессах, сопровождающихся изменением фазового состояния веществ, уровень является характеристикой не только гидравлических, но и тепловых и массо- обменных процессов, а приток и сток учитывают фазовые превращения веществ (испарение, конденсацию и др.).
В зависимости от требуемой точности поддержания применяют либо позиционное, либо непрерывное регулирование уровня.
Позиционное регулирование применяется в случаях, когда уровень в аппарате требуется поддерживать в заданных, но достаточно широких пределах: LH< L< LB. Такие системы регулирования чаще всего устанавливают на сборнике жидкости или на про- межуточных емкостях (рис. 56).
Рис. 56. Схема позиционного регулирования уровня:
1 — насос; 2 — емкость (аппарат); 3 — сигнализатор уровня; 4 — регулятор уровня; 5,6— регулирующие клапаны
При достижении предельного значения уровня в них обычно предусматривается автоматическое переключение потока жидкости на запасную емкость.
Способ непрерывного регулирования используется для стабилизации уровня на заданном значении, т.е. когда необходимо обеспечивать равенство L = L0. Особенно высокие требования предъявляются к точности регулирования уровня в теплообменных аппаратах, в которых уровень конденсата определяет фактическую поверхность теплообмена. В таких АСР для регулирования уровня без статической погрешности применяют ПИ-регуляторы. П-регуляторы используют лишь в тех случаях, когда не требуется высокое качество регулирования и возмущения в системе не имеют постоянной составляющей, которая может привести к накоплению статической погрешности.
а — регулирование «на притоке»; б — регулирование «на стоке»; в — каскадная АСР;
1 — измеритель уровня; 2 — регулятор уровня; 3 — регулирующий клапан; 4,5— измерители расхода; 6 — регулятор соотношения
При отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нем регулируют одним из трех способов: изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование «на притоке», рис. 57, а); изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование «на стоке», рис. 57, б); регулированием соотношения расхода жидкости на входе в аппарат и выходе из него с коррекцией по уровню (каскадная АСР, рис. 57, в).
Следует отметить, что при реализации каскадной АСР отклонение корректирующего контура может привести к накоплению ошибки при регулировании уровня, так как вследствие неизбежных погрешностей в настройке регулятора соотношения расхода жидкости на входе и выходе аппарата не будут точно равны и в зависимости от свойств объекта уровень в аппарате будет непрерывно нарастать (или убывать).
Сыпучий материал
Если процессы в аппарате сопровождаются фазовыми превращениями, регулировать уровень можно изменением подачи теплоносителя. В таких аппаратах уровень взаимосвязан с другими параметрами (например, давлением), поэтому выбор способа регулирования в каждом конкретном случае должен выполняться с учетом остальных контуров регулирования.
Регулирование уровня в СВВ применяют для автоматизации водонапорных, подпиточных, расширительных, пневмогидравлических и других баков и резервуаров, а также для предупредительной и аварийной сигнализации переполнения или опорожнения различных емкостей.
Особое место в системах регулирования уровня занимают АСР в аппаратах с кипящим (псевдоожиженным) слоем сыпучих материалов. Устойчивое поддержание уровня в сушилках кипящего слоя при сушке осадков сточных вод возможно в узких пределах соотношения расхода газа и массы слоя. При значительных колебаниях расхода газа или осадков наступает режим уноса слоя или его оседания. Поэтому к точности регулирования уровня кипящего слоя предъявляют особенно высокие требования. В качестве регулирующих воздействий обычно используют расход осадков на входе и выходе аппарата (рис. 58, а) или расход газа (воздуха) на ожижение слоя (рис. 58, б).
Рис. 58. Схемы регулирования уровня кипящего слоя:
а — отводом сыпучего материала; б — изменением расхода газа; 1 — аппарат с кипящим слоем; 2 — измеритель уровня; 3 — регулятор уровня; 4 — регулирующий орган
Лекция №12