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

сети для обеспечения нормальной работы систем ото­ пления при зависимой схеме их присоединения.

В отапливаемых помещениях иногда осуществляется индивидуальное регулирование температуры воздуха. Индивидуальное регулирование нейтрализует возмущаю­ щие воздействия в отдельных помещениях за счет внут­ ренних тепловыделений и солнечной радиации. Данный вид регулирования должен найти применение прежде всего в помещениях, где требуется строгая стабилиза­ ция температуры воздуха, а также в помещениях, под­ верженных частым перегревам.

Индивидуальное регулирование температуры воздуха в отдельных помещениях также иногда осуществляется с помощью доводчиков систем кондиционирования воз­ духа. Индивидуальное регулирование может также най­ ти применение в системах горячего водоснабжения й тех случаях, -когда необходимо точно поддерживать темпе­ ратуру смешанной воды в точках ее разбора.

Особенностью автоматического группового, местного и индивидуального регулирования систем централизо­ ванного теплоснабжения является то, что в большинстве случаев нет необходимости обеспечивать высокую точ­ ность такого регулирования. Например, при регулиро­ вании температуры воздуха отапливаемых помещений точность регулирования может составлять ± 1 °С при но­ минальном значении'этой температуры 20 °С. В качестве второго примера можно привести температуру воды, по­ ступающей в систему горячего водоснабжения, точность

гулирования параметров в системах теплоснабжения ча­ сто представляется возможным применять простейшие регуляторы.

Г Л А В А В Т О Р А Я

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РЕГУЛЯТОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

2-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Регуляторы, использующие для своей работы посто­ ронние источники энергии, включают в себя следующие основные устройства: измерительное устройство и задат­ чик, которые воспринимают отклонение регулируемой

10

величины от заданного значения и вырабатывают сигнал рассогласования; управляющее устройство, которое пре­ образовывает и усиливает сигнал рассогласования, а за­ тем использует его для подачи энергии к исполнительно­ му механизму и управления им по заданному закону регулирования; исполнительный механизм (сервопри­ вод), перемещающий регулирующий орган; регулирую­ щий орган, оказывающий непосредственное воздействие на объект регулирования путем изменения расхода сре­ ды (энергии) на притоке или стоке этого объекта.

Регулирующий орган обычно относят к объекту ре­ гулирования. В гидравлических и пневматических регу­ ляторах регулирующие органы обычно конструктивно выполняют как одно целое с исполнительным механиз­ мом. Такое комплексное устройство называют исполни- тельно-регулирующим устройством или просто исполни­

клапан с мембранным приводом).

В гидравлических и пневматических регуляторах из­ мерительное и управляющее устройства конструктивно обычно выполняют в виде одного блока, который назы­ вают регулирующим или измерительно-управляющим устройством (блоком, прибором).

Разнообразные типы автоматических регуляторов мо­ гут быть классифицированы в зависимости от ряда признаков.

Одним из таких признаков является назначение регу­ лятора, определяемое регулируемой величиной. В систе­ мах теплоснабжения из этой группы регуляторов наи­ более часто встречаются регуляторы давления, перепада давления, уровня и температуры.

По роду выполняемых задач автоматические регуля­ торы могут быть стабилизирующими, следящими и про­ граммными. Преимущественное распространение в систе­ мах теплоснабжения нашли стабилизирующие регулято­ ры, которые поддерживают постоянное (с заданной сте­ пенью точности) значение регулируемой величины. Сле­ дящие регуляторы, которые поддерживают значение ре­ гулируемой величины в определенном соотношении с другой величиной, произвольно изменяющейся, нахо­ дят пока применение на ограниченном числе установок регулирования температуры сетевой или местной воды на отопление по температуре наружного воздуха.

11

Программные регуляторы, которые изменяют регули­ руемую величину во времени по заранее заданной про­ грамму в настоящее время в системах теплоснабжения практически не применяют, но они найдут применение в будущем для снижения до допускаемого минимума температуры воздуха в отапливаемых помещениях в ноч­

ное и нерабочее время.

По признаку используемой энергии регуляторы де­ лятся на регуляторы, работающие без использования по­ стороннего источника энергии, и регуляторы, работаю­ щие с использованием постороннего источника энергии (гидравлические, пневматические, электрические, комби­

нированные) .

В регуляторах, работающих без использования по­ стороннего источника энергии, для перемещения регули­ рующего органа используется энергия регулируемой или

регулирующей среды.

Они выполняются в виде регуляторов прямого дей­ ствия и регуляторов с усилителем.

В регуляторах прямого действия для перемещения регулирующего органа используется усилие, развивае­ мое на измерительном устройстве (чувствительном эле­ менте). Эти регуляторы просты в конструктивном отно­ шении, надежны и удобны в эксплуатации. К недостат­ кам их следует отнести повышенную динамическую и статическую ошибку регулирования. Преимущества ре­ гуляторов прямого действия имеют особо важное зна­ чение для условий систем централизованного теплоснаб­ жения. Эти регуляторы нашли широкое применение для поддержания постоянства давления и перепада давле­ ния воды на абонентских тепловых пунктах небольшой и средней мощности, где первостепенное значение имеет не столько высокая точность регулирования, сколько на­ дежность работы и простота обслуживания.

В зависимости от закона регулирования регуляторы подразделяются на релейные позиционные (Пз-регулято- ры), пропорциональные (П-регуляторы), интегральные (И-регуляторы), пропорционально-интегральные (ПИ-ре- гуляторы), пропорционально-дифференциальные (ПДрегуляторы) и пропорционально-интегрально-дифферен­ циальные (ПИД-регуляторы).

Последние два вида регуляторов в системах тепло­ снабжения практически не встречаются и в настоящей книге подробно не рассматриваются.

12

2-2. РБПУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ И ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ (РАСХОДА) ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

а) Регуляторы давления и перепада давления (расхода) сильфонно-пружинные РД и РР

Регуляторы давления прямого действия РД, разра­ ботанные ОРГРЭС (инж. П. М. Брик) и модернизиро­ ванные производственной лабораторией Теплосети Мос­ энерго, предназначены для поддержания в заданных пределах давления воды до регулятора («до себя»). Основным достоинством их является то, что в них от­ сутствует сальниковое уплотнение.

У регулятора давления РД (рис. 2-1,6) расчетная площадь затвора (в дальнейшем — плунжера) подобрана примерно равной эффективной площади сильфона, вследствие чего в первом приближении можно считать, что регулятор разгружен от давления за ним. Направляю­ щая 10 обеспечивает соосность плунжера и седла и одновременно является демпфером, благодаря чему практически исключается вероятность возникновения ви­ брации подвижной системы.

Основные технические характеристики регуляторов давления РД приведены в табл. 2-1.

Характеристики регулирующих органов к ним приве­ дены в табл. 3-2.

Рассмотрим работу регулятора давления «до себя», сделав вначале допущение о полной разгрузке его по­ движной 'системы от давления за ним. В этом случае давление за регулятором можно исключить из рассмот­ рения и работа регулятора будет зависеть только от давления до него и усилия пружины.

Давление до. регулятора, действуя на поверхность плунжера, создает усилие, которое стремится поднять плунжер вверх, но этому противодействует усилие пру­ жины. Эти взаимопротивоположные усилия уравновеши­ ваются при некоторой величине подъема плунжера, ко­ торая обеспечивает пропуск через клапан необходимого расхода воды.

В случае снижения давления воды до регулятора (на­ пример, из-за снижения давления воды в обратном тру­ бопроводе тепловой сети) уменьшается усилие, созда­ ваемое этим давлением на плунжер, поэтому последний

!3

14

16

где рз — давление во входном отверстии корпуса, регу­ лятора, Па; G — массовый расход воды, кг/с; S BX— со­ противление на пути воды от входного отверстия корпу­ са регулирующего клапана до плунжера, П а-с2/кг2.

Величину сопротивления на пути воды от входного отверстия корпуса регулирующего клапана до плунжера можно определять по формуле

лирующего клапана (от входного отверстия до плунже­ ра); Р — ПЛОТНОСТЬ ВОДЫ, Кг/;М3.

Усилие, вызываемое изменением количества движе­ ния массы воды, проходящей через регулирующий кла­ пан, находится из выражения

Рк.д— G (гец— Wz) ,

где w1 и 0 )2 — проекция на ось плунжера скоростей дви­ жения воды в седле клапана и после плунжера, м/сек.

Если допустить, что проекция скорости движения во­ ды после плунжера равна нулю (го2= 0 ) , то рассматри­ ваемое усилие составит:

где у — угол конусности плунжера.

Последнее выражение позволяет найти зависимость эффективной площади плунжера от величины его подъ­ ема

здесь

(2-9)

18

Наконец, расход воды через регулирующий клапан можно выразить через его проводимость а или сопро­ тивление S и разность давлений Ар —рз—Рт

предварительного сжатия пружины и за счет -силы тяже­ сти подвижных частей, Па; cn— Culfv и c0= C c/fr — удель­

создаваемое регулирующим клапаном (с учетом постоян­ ного сопротивления проточной части корпуса регулирую­ щего клапана), Па-с2/кг2; а — проводимость регулирую­ щего клапана, кг/(с-Па°'5); Д’к.д = l/(pf2r) — дополни­ тельное давление на входную поверхность плунжера, вы­ званное изменением количества движения единицей мас­ сы воды ( G = l), протекающей через регулирующий кла­ пан, Па-с2/кг2.

Последнюю величину можно рассматривать как от­ рицательное сопротивление при входе -воды в регулирую­

с допустимой степенью точности можно принять

и тогда уравнение статической характеристики регуля­ тора давления принимает вид:

Регуляторы давления РД были подвергнуты деталь­ ным экспериментальным исследованиям. На рис. 2-3, ха­ рактеризующем зависимость регулируемого давления от

ния показали, что уплотнительное резиновое кольцо плунжера в начальный момент (при р3= 0) сжимается под усилием пружины на 0,7—0,9 мм. Эти же исследо­ вания показали, что при сжатом состоянии уплотнитель­ ного резинового кольца плунжера увеличение давле­ ния воды до регулятора вызывает незначительное увели-

Рис. 2-4. Зависимость регулируемого давле­ ния от подъема плунжера регулятора дав­ ления РД dу=80 мм при изменении поло­ жения задвижки перед регулятором.

20

чение подъема плунжера. Только при отходе уплотни­ тельного резинового кольца плунжера от седла характе­ ристика регулятора давления принимает нормальный вид, описываемый уравнением (2-12).

На рис. 2-4 приведены результаты исследования того же регулятора давления при изменении положения за­ движки перед регулятором, которое приводило к изме-

экспериментальных исследо­ ваний.

Рассмотренные выше результаты экспериментальных исследований регулятора давления РД dy= 80 .мм пред­

тически на основании совместного решения уравнения характеристики параметр — ход (2-12), зависимости про­ водимости регулирующего клапана от хода (3-54) и уравнения (2-10).

На величину регулируемого давления оказывают влияние давление в подающем трубопроводе перед ото­ пительным узлом и давление в обратном трубопроводе за регулятором. Потери давления в отопительном узле

21