книги из ГПНТБ / Сорокин, Н. С. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях учебник

заданного протекания процесса текущее значение регулируемого па­ раметра ср'(т) не измеряется п не контролируется. Такие системы обладают худшими качествами, чем системы, работающие по от­ клонению.

Цехи текстильных предприятий, в которых требуется поддер­ живать постоянными температуру н относительную влажность воз­ духа, являются объектами с двумя регулируемыми параметрами. Очевидно, что для регулирования такого объекта в нем должны быть установлены минимум два регулятора (два узла регулиро­ вания): температуры и относительной влажности воздуха. Авто­ матический регулятор предназначен для поддержания регулируе­ мого параметра на требуемом значении. Объект регулирования и автоматический регулятор образуют систему автоматического ре­ гулирования. Число регуляторов в системе автоматики опреде­ ляется количеством контрольных точек и равно или больше числа регулируемых параметров.

Рнс. 135. Общая схема автоматической системы, работающей по разомкнутому циклу

Вавтоматический регулятор входят следующие элементы:

1.Датчик — прибор, непосредственно реагирующий на измене­ ния регулируемого параметра.

2.Командный прибор (или промежуточное реле), воспринимаю­ щий изменения, происходящие в датчике, и преобразующий эти изменения в командный импульс, посылаемый к исполнительному механизму. Командный импульс поступает на исполнительный ме­

ханизм в виде определенного стандартного сигнала, например в виде постоянного тока силой от 0 до 5 мА или давления сжа­ того воздуха от 2 до 10 Н/см2.

3. Исполнительный механизм, который под воздействием ко­ мандного импульса создает перестановочные усилия и приводит

вдвижение регулирующий орган.

4.Регулирующий орган, непосредственно изменяющий расход среды (воздуха, воды, пара и т. д.).

5.Линии связи, подводящие используемую энергию (электри­ ческий ток, сжатый воздух, жидкость под давлением) к этим эле­ ментам.

Датчиком называется устройство, преобразующее изменения регулируемой величины в изменения другой величины (электриче­ ской, механической и т. д.), более удобной для измерения и пере­ дачи на расстояние. Датчиком электрического регулятора служит устройство, превращающее изменение неэлектрического параметра (температуры, относительной влажности) в изменение электриче­ ской величины.

Другие датчики — механические, гидравлические, пиевматиче-

200

скііе — чаще всего превращают статическое действие параметра

вмеханическое перемещение какой-либо детали прибора.

Унекоторых регуляторов датчик представляет собой устрой­ ство, сочетающее механическое и электрическое действия, напри­ мер, когда при перемещении деталей механической части прибора последние замыкают или размыкают контакты электрической его части.

Так как импульс, посылаемый датчиком, оказывается часто

слишком слабым или по своему характеру непригодным для при­ ведения в движение исполнительного механизма, импульс подается на командный прибор или промежуточное реле, где усиливается или путем переключения преобразуется в другой вид энергии, соз­ дающей достаточный по мощности командный импульс, который и посылается к исполнительному механизму.

Реле чаще всего производит включение и выключение двига­ теля, используемого в качестве исполнительного механизма. При этом энергия для двигателя поступает от постороннего источника, не входящего в рассматриваемый узел регулирования (реле вво­ дится в цепь этого источника как выключатель). Реле представ­ ляет собой универсальный механизм, который может выполнять различные функции и использоваться в различных регуля­ торах.

Помимо включения, выключения и переключения электриче­ ских исполнительных механизмов, реле часто применяется для усиления мощности полученного пневматического или гидравличе­ ского импульса (вторичное реле). Если импульс поступает на реле непосредственно от датчика, а затем преобразуется в другой вид энергии, реле называется первичным.

Исполнительные механизмы служат для непосредственного уп­ равления регулирующими органами системы кондиционирования воздуха и часто конструктивно представляют с ними единое целое.

В зависимости от схемы регулирования (электрической, пневма­ тической, электропневматической) применяются различные испол­ нительные механизмы; некоторые из них рассмотрены ниже.

Регулирующими органами исполнительных механизмов регу­ ляторов подачи воздуха, жидкости, пара являются жалюзийные и регулирующие клапаны, задвижки, заслонки и т. п. Линиями связи электрических регуляторов служат провода, гидравлических и пневматических — трубопроводы жидкости или сжатого воздуха.

1. Регуляторы

По характеру действия регулирующего органа регуляторы де­ лятся на пять типов.

1.Позиционные (релейные).

2.Астатические (интегральные).

3.Статические (пропорциональные).

4.Изодромные (пропорционально-интегральные).

5.С предварением.

201

Позиционные (релейные) регуляторы

Регулирующий орган позиционного регулятора в зависимости от значения регулируемого параметра может занимать обычно два-три вполне определенных положения. При этом перемещение его из одного положения в другое происходит практически мгно­ венно. У двухпозиционного регулятора, например, регулирующий орган может занимать только два крайних положения — полного открывания или полного закрывания.

Такой регулятор при значении параметра выше заданного пол­ ностью закрывается и будет оставаться закрытым, пока параметр не снизится до величины меньше заданной, после чего регулирую­ щий орган полностью открывается. Таким образом, у двухпози­ ционных регуляторов исполнительный механизм реагирует только на знак отклонения параметра и перемещает регулирующий орган из одного крайнего положения в другое.

Внекоторых двухпозиционных регуляторах искусственно соз­ дается так называемая нейтральная зона или зона нечувствитель­ ности. В пределах зоны нечувствительности изменение параметра не вызывает перемещения регулирующего органа.

Втрехпозиционных регуляторах регулирующий орган занимает три положения: полностью открытое, среднее и полностью закры­ тое. Когда параметр достигает одной из границ зоны нечувстви­

тельности, регулирующий орган перемещается на половину хода и в пределах зоны нечувствительности находится в среднем поло­ жении. Двух- и трехпозиционные регуляторы просты и надежны в эксплуатации.

На рис. 136, а показана характеристика действия двухпозицион­ ного регулятора при мгновенном изменении подачи тепла (темпе­ ратуры) и отсутствии запаздывания. На графике введены следую­ щие обозначения:

Ѳ— относительная температура; Q — количество подаваемого тепла;

Ѳв и Ѳн — соответственно верхний и нижний пределы отно­ сительной температуры;

ДѲ = ѲВ—Ѳп— зона нечувствительности регулятора; т — текущее время.

Когда температура объекта, уменьшаясь, достигает значения нижней границы зоны нечувствительности Ѳн, количество подавае­ мого тепла Q мгновенно увеличивается и температура объекта начинает возрастать. Достигнув значения Ѳв, регулятор прекра­ щает подачу тепла, и температура объекта понижается. Скорость повышения и понижения температуры зависит от свойств объекта регулирования и его временной характеристики.

Колебания температуры не выходят за границы зоны нечув­ ствительности, если изменения подачи тепла сразу вызывают изме­ нения температуры регулируемого объекта. Однако в реальном объекте изменение температуры наступает не сразу, а через неко­ торый промежуток времени Дт, называемый запаздыванием.

202

При регулировании установок кондиционирования воздуха за­ паздывание зависит от величины воздухообмена, способа подачи приточного воздуха и размеров объекта. При активной подаче воз­ духа эта величина находится в пределах Дт=1,5-ь2 мин. При дру­ гих видах подачи, особенно при выпуске воздуха в верхнюю зону,

а

Рис. 136. Характеристика действия двухпозици­ онного регулятора:

а — без учета запаздывания: б — с учетом запаздывания

величину запаздывания ориентировочно можно считать обратно

пропорциональной кратности воздухообмена, т. е. Дт= — мин, tl

где п — кратность воздухообмена 1/ч.

С учетом запаздывания временная характеристика двухпози­ ционного регулятора показана на рис. 136,6. При понижении тем­ пературы объекта до относительного значения 0Н подача тепла мгновенно изменяется, однако вследствие явления запаздывания температура объекта некоторое время понижается. Затем темпе­ ратура объекта повышается до значения Ѳв, при котором мгно­ венно прекращается подача тепла, однако температура еще неко­ торое время возрастает, после чего в результате уменьшения по­ дачи тепла снова начинает понижаться, и процесс повторяется.

В результате запаздывания колебания регулируемой; темпера­ туры выходят за границы зоны нечувствительности.

203

Астатические (интегральные) регуляторы

Регулирующий орган астатического регулятора реагирует на

параметра и станавливаясь при достижении параметром заданной величины.

Рис. 137. Характеристика действия астатического регулятора

тического регулятора является отсутствие пропор-циональной связи между установившимся значением параметра и положением регу­ лирующего органа.

У астатических регуляторов при переменной скорости переме­ щения регулирующего органа последний все время перемещается

водном или другом направлении в зависимости от изменения па­ раметра, причем скорость его перемещения зависит от величины отклонения параметра от контрольной точки. У астатического регу­ лятора с постоянной скоростью перемещения регулирующий орган

впределах какой-то зоны (в которой параметр имеет значение выше заданного) все время открывается (рис. 137). Открывание продолжается и при снижении параметра, пока он не достигает за­ данного значения. Если параметр, продолжая снижаться, перешел

вобласть ниже заданного, регулирующий орган начинает закры­ ваться. Закрывание регулирующего органа продолжается до тех пор, пока параметр, пройдя минимум своего значения, не достигнет

заданного. С превышением параметра начинается новый цикл ре­ гулирования. Таким образом, астатический регулятор не имеет

204

определенной связи между положением регулирующего органа и значением регулируемого параметра. Величина параметра в зоне регулирования для всех равновесных состояний остается постоян­ ной с точностью до нечувствительности регулятора.

На рис. 137 видно, что при скачкообразном изменении нагрузки регулируемый параметр при астатическом регулировании мед­ ленно возвращается к заданному значению.

Статические (пропорциональные) регуляторы

Регулирующий орган статического регулятора изменяет свое положение только во время изменения величины регулируемого параметра, при этом он реагирует и на знак и на величину откло­

нального регулятора. При скачкообразном изменении нагрузки регулируемый параметр по истечении некоторого времени прихо­ дит к новому установившемуся значению, отличающемуся от заданного на величину б — неравномерности регулятора. При этом регулирующий орган будет занимать новое положение. Для под­ держания заданного значения параметра при изменении нагрузки необходимо, чтобы регулирующий орган занял другое положение, соответствующее новому значению нагрузки. В пропорциональном регуляторе этого не происходит, вследствие чего и возникает остаточное отклонение регулируемого параметра. Чем больше не­ равномерность регулирования, тем быстрее затухает процесс и тем меньше отклонение параметра в начальный момент. Увеличение неравномерности обычно ограничено допустимым пределом коле­ бания регулируемого параметра, и, если она превышает эти пре­ делы, для стабилизации процесса необходимо ввести внешнюю жесткую или гибкую обратную связь. Посредством обратной связи осуществляется передача сигнала от одного из последующих звеньев цепи автоматического регулирования к одному из предыду­ щих звеньев.

Жесткая обратная связь оказывает на предыдущий элемент воздействие, пропорциональное величине воздействия последую­ щего элемента. Действие гибкой обратной связи выражается в том,

205

что в первый момент она действует как жесткая, а затем действие ее уменьшается и в конце воздействия исчезает.

Если в статический регулятор ввести упругую обратную связь, то он будет обладать свойствами как статического, так и астатиче­ ского регулятора.

Статические регуляторы без обратной связи достаточно просты и находят широкое применение в текстильной промышленности (регулирование температуры шлихты, температуры воды и т. п.).

Изодромные (пропорционально-интегральные) регуляторы

Регуляторы этого типа являются сочетанием статического (про­ порционального) и астатического (интегрального) регуляторов. При быстром изменении параметра действует статическая состав­

изодрома.

В случае нового изменения параметра вступает в строй стати­ ческая составляющая регулятора, продолжающая закрывать ре­ гулирующий орган до новой остановки параметра, далее снова вступает в работу изодромная часть регулятора, и так продол­ жается до тех пор, пока параметр не примет заданного значения, после чего регулирующий орган прекращает движение. Таким образом, изодромное регулирование приводит к значительно луч­ шим результатам, чем пропорциональное или астатическое, не го­ воря уже о позиционном. Характеристика действия изодромного регулятора показана на рис. 139.

2 0 0

Регуляторы с предварением

Регулирующий орган регулятора с предварением перемещается со скоростью большей, чем скорость изменения параметра.

Предварение скорости движения регулирующего органа дости­ гается специальным устройством, вводимым в статический или изодромный регулятор, поэтому такие регуляторы называют соот­ ветственно статическим (пропорциональным) или изодромным ре­

пользуется энергия самого регулируемого параметра. Эта энер­ гия преобразуется в механическую непосредственно в чувствитель­ ном элементе регулятора.

Регуляторами непрямого действия называют регуляторы, у ко­ торых перемещение механизмов производится за счет энергии, по­ ступающей от посторонних источников.

В установках кондиционирования воздуха наибольшее распро­ странение получили электрические и пневматические регуляторы. Наряду с этим все более широкое применение находят электропневматические регуляторы, позволяющие сочетать местные си­ стемы пневматического регулирования с дистанционным электри­ ческим управлением и контролем. При выборе вида энергии, используемой в системе автоматического регулирования (САР), необходимо учитывать категорию пожаро- и взрывоопасности про­ изводства, протяженность линий связи от датчиков до исполни­ тельных механизмов и до пульта диспетчера, температуру, влаж­ ность и загрязненность воздуха в месте установки приборов авто­ матики, величину перестановочного усилия, необходимого для управления регулирующим органом, и ряд других факторов.

Анализ этих факторов применительно к выбору САР для си­ стем кондиционирования воздуха на текстильных предприятиях

207

показывает, что явных преимуществ ни электрическая, ми пнев­ матическая САР не имеют. Несмотря на то что пневматическая САР имеет более низкую первоначальную стоимость, невысокие эксплуатационные затраты, характеризуется достаточно высокой эксплуатационной надежностью, пожаро- и взрывобезопасностыо и тем, что величины перестановочных усилий, необходимые для управления регулирующими органами пневматических исполни­ тельных механизмов, обычно достаточны, все же в ряде случаев применение ее оказывается невозможным. Предпочтение электри­ ческой САР следует отдавать в тех случаях, если для управления регулирующим органом требуется перестановочное усилие, превы­ шающее усилие, развиваемое пневматическим исполнительным механизмом; если необходимо более высокое быстродействие ис­ полнительного устройства; когда линии связи такой протяжен­ ности, при которой сооружение системы питания сжатым возду­ хом нецелесообразно; в случаях когда перемещение регулирую­ щего органа осуществляется при большом числе оборотов и, наконец, во всех случаях, когда требуется реализовать сложные функциональные взаимосвязи между отдельными элементами авто­ матизированного оборудования.

Решение последней задачи в настоящее время стало возможным и с помощью пневматических САР при использовании новой пнев­ матической системы автоматических регуляторов «Старт» москов­ ского завода «Тизприбор».

Таким образом, при существующем развитии технических средств автоматики системы кондиционирования воздуха могут быть автоматизированы различными путями и средствами, и при этом можно получить примерно один и тот же эффект. Поэтому при выборе САР следует прежде всего учитывать экономическую сторону вопроса в совокупности с требованиями к точности под­ держания регулируемых параметров в рабочей зоне кондициони­ руемого объекта. Приведенные ниже схемы автоматического регу­ лирования комплектуются серийно выпускаемыми в настоящее время приборами, которые входят в общегосударственную систему приборов (ГСП). На базе ГСП можно создать САР любой слож­ ности. Рассмотрим устройство и характеристики некоторых при­ боров.2

2. Приборы, входящие в электрические САР

Термометры сопротивления

Термометры сопротивления по материалу чувствительного эле­ мента подразделяются на платиновые (ТСП) и медные (ТСМ). Они применяются для измерения средней температуры какой-либо области, так как имеют значительные размеры чувствительных элементов. Действие термометров основано на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении тем­ пературы.

208

высокую стабильность при практически безграничном сроке службы.

Манометрические термометры

У термометров этого типа измерителем служит трубчатая ма­ нометрическая пружина, величина упругой деформации которой зависит от изменения объема или давления рабочего вещества в замкнутой системе под действием измеряемой температуры. Тер­ мометры с термобаллоном, заполненным азотом, называются га­ зовыми; с системами, заполненными жидкостью (например, метилхлоридом) с низкой температурой кипения, называются паровыми.

На рис. 142 показан манометрический паровой электрокон­ тактный термометр типа ЭК.Т-1, предназначенный для показания

1,6; 2,5; 3; 4; 6; 8 и 10 м. Электроконтактное устройство состоит из двух передвижных контактов (минимального и максимального), которые устанавливаются на требуемое значение температуры и замыкаются при достижении ее подвижной стрелкой прибора.