книги из ГПНТБ / Сафонов А.П. Автоматизация систем централизованного теплоснабжения

/максT= t u причем дальнейшее уменьшение отношения

бмеи/Обол ниже указанного предельного значения не дает изменения температуры tv.

Величина предельного отношения расходов может быть вычислена по формуле

6001200 ный подогреватель с на­

6)ружным диаметром кор­ пуса 108 мм имел 6 по­

местной воды GMпри проведении первого этапа экспе­ римента оставался практически постоянным и равным 0,664 кг/с, а расход сетевой воды был снижен с 1,14 кг/с до 0. Через 1 200 с после воздействия подогреватель практически полностью охладился.

178

При проведении второго этапа эксперимента расход сетевой воды был увеличен скачкообразно от 0 до

1,14 кг/с при неизменном первоначальном расходе мест­ ной воды. Таким образом, в рассматриваемом случае при проведении эксперимента величина воздействия соз­ давалась равной единице.

Для рассматриваемого объекта регулирования были также проведены экспериментальные исследования ди­ намических свойств при, скачкообразном возмущении по местной воде. В данном случае при температуре сете­

протекающие в водо-водяных подогревателях, харак­ теризуются распределенностью параметров, поэтому динамические характеристики их описываются в об­ щем случае нелинейной системой дифференциаль­ ных уравнений в частных производных. Для получения динамических характеристик необходимо наи-

179

12*

ти распределение температур как во времени, так и хотя бы в одной пространственной координате по длине. (Из­ менением температуры в поперечном сечении потока воды можно пренебречь.)

В общем виде решение сложных систем управлений классическими методами связано со значительными трудностями. В связи с этим обычно применяют прибли­ женные аналитические методы, которые дают решения с точностью, достаточной для практических целей. В ре­ зультате аналитического решения системы дифференци­

альных уравнений в част­ ных производных получа­ ются трансцендентные функции, которые опреде­ ляют и передаточные функции.

Исходным материалом для определения переда­ точных функций также могут служить динамиче­ ские характеристики во­ до-водяных подогревате­ лей, полученные экспери­ ментально в виде кривых разгона (переходных функций).

На практике при мате­ матическом описании ди­ намики водо-водяных по­ догревателей их аппро­ ксимируют дифференци­

юальными уравнениями

первого или второго и в крайнем случае третье­ го порядка с запаздыва­ нием. При аппроксимации уравнением первого по­ рядка с запаздыванием

решением такого уравнения в случае скачкообразного возмущающего или регулирующего воздействия (по ме­ стной или сетевой воде) будет выражение

180

(местной или сетевой) при установившемся состоянии перед воздействием и после скачкообразного воздейст­ вия.

В данном случае передаточная функция для темпе­ ратуры местной воды от возмущения по расходу или температуре сетевой воды определяется из выражения

где р — аргумент преобразования Лапласа.

На основании экспериментальных данных для одно­ ступенчатых водо-водяных подогревателей при аппрок­ симации их динамики дифференциальным уравнением первого порядка можно определить значения постоян­ ных величин т3 и Т (см. рис. 7-5—7-7). Значения этих

величин составили: время запаздывания т3=12ч-60 с; постоянная [времени Т= ЮБ-г-422 с.

Величина безразмерного передаточного коэффициен­ та k в уравнении (7-8) может быть определена ;на осно­

вании экспериментальных данных по формуле

телем при установившихся состояниях перед скачкооб­ разным возмущающим или регулирующим воздействием

за подогревателем перед скачкообразным возмущаю­

(7-1) — (7-4). При двухступенчатой (последовательной или смешанной) схеме включения подогревателей горя­

181

чего водоснабжения регулирующей ступенью является верхняя (вторая). Поскольку число секций этой ступени подогревателя обычно меньше, а температура на входе местной воды в верхнюю ступень больше, чем при одно­ ступенчатой (параллельной) схеме включения подогре­ вателя, то динамическая характеристика двухступенчато­ го подогревателя будет отличаться от одноступенчатого. Как показали исследования ВТИ перевод подогре­ вателей ВВП-300 с одноступенчатой на двухступенчатую схему приводит к снижению постоянной времени и вре­ мени запаздывания в 1,6— 1,7 раза.

Более точные результаты можно получить, если водоводяной подогреватель рассматривать как два последо­ вательно включенных инерционных звена с запаздыва­ нием. Тогда передаточная функция будет иметь вид:

где Т1 и Г2— постоянные времени первого и второго

звена, а все остальные обозначения остаются прежними. Уравнение переходного процесса в этом случае мо­

жет быть написано следующим образом [Л. 1]:

Как известно, передаточная функция (7-10) может быть представлена в виде передаточной функции инер­ ционного звена второго порядка с запаздыванием

В случае применения ЭВМ кривая разгона водо-во­ дяных подогревателей может быть аппроксимирована уравнением до седьмого порядка.

При непосредственном разборе воды из тепловой се­ ти (открытые системы) регулирование температуры осу­ ществляется смешением потоков воды из подающей и обратной магистрали. В данном случае время запазды­ вания и постоянные времени будут значительно меньше, чем для подогревателей.

182

7-3. ПРОЦЕССЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Процесс регулирования температуры местной воды tv на выходе из подогревателя № 4 конструкции Тепло­ сети Мосэнерго с помощью гидравлического регулятора с биметаллическим измерительно-управляющим устрой­ ством ТРБ-2 и исполнительно-регулнрующим устройст­ вом РР диаметром dy= 40 мм изображен «а рис. 7-8. На

случае при возмущающем воздействии изменением мест­

для подогревателя № 12 конструкции Теплосети Мосэнерго с открытым баком (аккумулятором воды) при трехкратном последовательном искусствен­ ном снижении расхода местной воды и практически постоянной температуре воды в подающем трубо­ проводе 70 °С. Регулятор температуры с ТРБ-2 имел ре­ гулирующий клапан РР-100. По мере снижения расхода местной воды наблюдалось увеличение динамической и статической ошибок регулирования, увеличение времени переходного процесса и уменьшение степени затухания. Наконец, при снижении расхода местной воды до 5,28 кг/с наступил процесс с незатухающими гармониче­

183

Для рассматриваемого -случая «а рис. 7-9 указан расход сетевой воды (Gc), температура сетевой воды до (ti) и после (/гг) подогревателя, а также давление ра­ бочей воды (до клапана) рр и давление в сильфонной камере привода Ру.

Работу регулятора температуры с ТРБ-2 в обычных условиях эксплуатации для одного из подогревателей горячего водоснабжения жилого дома без аккумулято­ ра характеризует рис. 7-10. Нагрузка горячего водоснаб­ жения в этом доме за рассматриваемый часовой период претерпевала резкие изменения (от 13 до 100%). Не­

де колебания температуры /г будут носить более резкий характер и могут достигать недопустимых с точки зре­ ния безопасности максимальных пределов.

Экспериментальные исследования водо-водяных по­ догревателей горячего водоснабжения указывают на то, что величина отношения времени запаздывания к -посто­

184

образом, при применении ПИ-регуляторов в соответст­ вии с рекомендациями ВТИ для настройки регуляторов время изодрома Тя следует принимать, как правило, Та равным 0,8 Т. Подставляя в это выражение приведен­ ные выше экспериментальные значения постоянной вре­ мени Г, получаем 7^= 85-*-340 с.

с теми же рекомендациями параметр настройки такого регулятора должен составлять 6 = l/fep=eT3«*0,07H-0,16

Г Л А В А В О С Ь М А Я

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВОДЯНЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

8-1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ВОДЯНЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕ

Наряду с задачей стабилизации температуры возду­ ха отапливаемых помещений в последнее время возни­ кает также задача программного регулирования отпус­ ка тепла на отопление. Программное регулирование

185

должно обеспечить снижение температуры воздуха отап­ ливаемых помещений учреждений и производственных зданий, а также температуры воздуха в жилых зданиях в различное время суток. Задача программного регули­ рования стала особенно актуальной в связи с осущест­ влением перехода на пятидневную неделю и целесооб­ разностью понижения температуры воздуха в помеще­ ниях в нерабочее время. Внедрение в этих условиях про­ граммного регулирования позволит получить значитель­ ную экономию тепла.

Для закрытых тепловых сетей с параллельной и двухступенчатой смешанной схемами присоединения абонентов решение задачи регулирования отпуска теп­ ла на отопление большого района теплоснабжения зна­ чительно упрощают, ограничивая ее (в ряде случаев) лишь только задачей поддержания постоянного перепа­ да давления «а отопительных вводах. При неизменном сопротивлении отопительных вводов (обычно сопла эле­ ваторов) постоянному перепаду давления, соответствует постоянный расход сетевой воды.

Естественно, что подобная автоматизация решает только одну частную задачу регулирования отпуска теп­ ла на отопление, не допуская случаев гидравлической разрегулировки тепловой сети и тем самым возможно­ сти перегрева здания. Сущность гидравлической разре­ гулировки заключается в том, что снижение расхода се­ тевой воды па горячее водоснабжение или вентиляцию приводит к увеличению разности давлений подающей и обратной линий тепловой сети, а следовательно, к уве­ личению расхода воды на неавтоматизированных отопи­ тельных узлах.

Необходимо отметить, что уменьшение расхода сете­ вой воды у одной части отопительных абонентов также

взаимосвязанности отдельных элементов системы тепло­ снабжения любое изменение расхода сетевой воды у од­ них объектов регулирования является возмущающим воздействием для других объектов регулирования. По­ этому при осуществлении задачи стабилизации темпе­ ратуры воздуха в отапливаемых помещениях одновре­ менно нужно решать задачу стабилизации перепада давления перед отопительными узлами или па ЦТП.

186

С более сложной задачей регулирования расхода се­ тевой воды приходится встречаться на абонентских вво­ дах и ЦТП с двухступенчатой последовательной схемой присоединения абонентов. Здесь расход воды на отопле­ ние должен изменяться по определенному закону в за­ висимости от температуры воды в подающем трубопро­

воде.

При неблагоприятном профиле местности и больших потерях напора в тепловой сети в задачу автоматизации отопительных вводов или ЦТП включают поддержание постоянного давления в обратном трубопроводе систем отопления высоких и высокорасположенных зданий. Благодаря этому исключается возможность оголения систем отопления указанных зданий при изменениях

гидравлического режима сети.

Наконец, в ряде случаев, например при возможности значительного возрастания давления в обратном трубо­ проводе в случае остановки насосов на этом трубопро­ воде, следует идти на применение защиты отопительной системы от повышенного давления.

В системах централизованного теплоснабжения каче­ ственный отпуск тепла отопительным абонентам возмо­ жен только при применении нескольких ступеней регу­ лирования. Каждая ступень регулирования определяет­

друг другу, а должны дополнять одна другую. Каждая предыдущая ступень нейтрализует часть возмущающих воздействий и тем самым облегчает работу последуюдующих ступеней. В ряде случаев та или иная ступень регулирования может отсутствовать.

Ц е н т р а л ь н о е р е г у л и р о в а н и е осуществляет­ ся на ТЭЦ или в котельной. Оно приводит в соответст­ вие тепловую мощность источников тепла с его потреб­

лением.

Г р у п п о в о е р е г у л и р о в . а н и е осуществляется на

транспортным запаздыванием и остыванием воды в по­ дающих магистральных трубопроводах. В тех случаях, когда от ЦТП подается отдельная линия на отопление

187