10. Автоматизация типовых технологических процессов [3, 18]

1. Регулирование основных параметров технологических процессов

Регулирование расхода жидкости или газа

Объектом регулирования является трубопровод. Скорость жидкости в трубопроводе определяется уравнением Бернулли:

(313)

,

где v – скорость жидкости,

с<1 – коэффициент расхода,

g – ускорение силы тяжести,

g, r=g/g – соответственно удельный вес и плотность жидкости,

Δp – перепад давления на трубопроводе.

(314)

Объёмный расход жидкости находим умножая скорость v на площадь сечения трубопровода f:

Q=vf

Уравнение статики трубопровода (баланс движущей силы потока F_дв и силы сопротивления трубопровода F_сопр):

F_дв = F_сопр ,

или с учётом (313), (314)

(315)

.

Из уравнения (315) можно найти коэффициент расхода

.

Если приложенная к потоку сила F_дв превышает гидродинамическое сопротивление трубопровода, возникает ускорение потока dv/dt и, вместо уравнения статики, получаем уравнение

,

или с учётом (315), (314)

,

где m=Vρ – масса жидкости в трубопроводе,

V=Lf – объём трубопровода,

L – длина трубопровода.

Подставляя в уравнение динамики выражение для массы, имеем:

.

Наконец, приводя последнее уравнение к стандартному виду для инерционного звена первого порядка:

(T – постоянная времени, k – статический коэффициент передачи по каналу Δp→Q), окончательно получаем:

.

Как видим из выражения для постоянной времени, инерционность трубопровода пропорциональна его длине, площади сечения и обратно пропорциональна расходу жидкости.

Например, для L=60 м, диаметра трубопровода D=28 мм (f=0,00062 м²), Q=40 л/мин (0,00066 м³/с), Δр=1,3 кгс/см², γ=1000 кгс/м³, g=9,8 м/с² постоянная времени трубопровода Т=0,5 с.

На практике находят применение три способа регулирования расхода.

1) Дросселирование потока на линии нагнетания (рис. 83)

Рис. 83.

Н а рис. 83 обозначено:

- насос (компрессор),

- рабочий орган с исполнительным механизмом,

FC - регулятор (С) расхода (F).

Данный способ является наиболее простым. Поток дросселируется именно на линии нагнетания, т.к. дросселирование потока на линии всасывания может привести к кавитации (срыву) потока и разрушению насоса.

2) Байпасирование – перепуск части потока из основного трубопровода в обводную линию (рис. 84).

Этот способ применяется для насосов с большим внутренним сопротивлением, производительность которых мало зависит от проходного сечения линии нагнетания (например, поршневых, шестерёнчатых насосов). Для таких насосов закрытие регулирующего органа на линии нагнетания приводит к повышению давления в трубопроводе, что может привести к его разрыву.

3). Изменение напора в трубопроводе изменением числа оборотов вала насоса (рис. 85).

Рис. 85.

Здесь - регулируемый электропривод скорости вращения вала насоса.

Данный способ позволяет исключить потери давления на регулирующем органе. Однако этот способ технически более сложен, т.к. требует применения регулируемого электропривода двигателя насоса.