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

ПТР-3 с датчиком температуры воздуха (термометром сопротивления), который устанавливается в характер­ ном месте отапливаемого помещения или в потоке воз­ духа перед вентиляторо.м (рис. 9-1). Исполнительный механизм обычно применяется ПР-1М, который, воздей­ ствуя на регулирующий клапан, изменяет расход сетевой воды. Более надежным в работе является исполнитель­ ный механизм ИМ2/120, соединенный с поворотной ре­ гулирующей заслонкой, разработанный канд. техн. наук В. Т. Благих [Л. 5, 16]. В случае необходимости с по­ мощью переключателя режимов исполнительный меха­ низм может быть переведен на местное ручное управление. Пуск и остановка электродвигателя ЭД вентилятора осу­ ществляется кнопкой управления Kz через магнитный пускатель.

Если электродвигатель вентилятора часто выключа­ ется на длительные периоды времени, то для исключе­ ния значительного завышения температуры воды на те­ пловом пункте абонента устанавливается блокировка, которая обеспечивает закрытие регулирующего клапана при выключении электродвигателя (на рис. 9-1 не пока­ зано). Данное мероприятие целесообразно осуществлять в системах теплоснабжения от ТЭЦ, где завышение температуры воды в обратном трубопроводе ведет к не­ довыработке электроэнергии на тепловом потреблении. При теплоснабжении от котельных осуществление такой блокировки мало эффективно.

Экономическая эффективность автоматизации воз­ душного отопительного агрегата возрастает с увеличе­ нием его тепловой мощности. В связи с этим при необ­ ходимости автоматизации объектов с большим числом воздушных отопительных агрегатов целесообразно при­ менять один регулятор на группу агрегатов. Это позво­ ляет существенно снизить капиталовложения в автома­ тизацию и упростить обслуживание автоматизированной установки.

На рис. 9-2 приведена схема автоматического регули­ рования, защиты и дистанционного управления работой приточной вентиляционной установки с постоянным рас­ ходом воздуха. Поддержание температуры приточного воздуха в пределах зоны неравномерности регулирова­ ния обеспечивается изменением количества сетевой воды. Для этой цели целесообразно применять пропорциональ­ ный регулятор (регулирующий прибор. У?), например

228

ПТР-П с датчиком температуры на приточном воздухе. Вместо регулятора ПТР-П часто применяют трехпози­

щей схемы в данном регуляторе температуры приточно-

Рис. 9-2. Схема автоматизации приточной вентиляционной установки.

го воздуха предусмотрена дополнительная установка ступенчатого импульсного прерывателя (типа СИП-01), который обеспечивает определенную продолжительность периода подачи импульсов на исполнительный механизм и таким путем уменьшает среднюю скорость перемеше-

229

ния регулирующего клапана. Ступенчатый импульсный прерыватель обеспечивает продолжительность импульсов от 1 до 119 с.

Для защиты калориферов от замораживания в схеме предусматривается установка двух двухпозиционных терморегуляторов Уг и У3, воздействующих на регули­ рующий клапан на трубопроводе сетевой воды. Датчик терморегулятора Уг установлен в потоке наружного воз­ духа и настроен на +3°С . Датчик терморегулятора Уз

Рис. 9-3. Схема автоматизации приточной вентиляционной установки с использованием гидравлических регуляторов.

230

установлен в трубопроводе воды, отходящей от калори­ фера, и настроен на 20—30°С. Если при температуре на­ ружного воздуха ниже +3°С произойдет снижение тем­ пературы воды за калорифером до 20—30 °С, то пода­ ется импульс на открытие регулирующего клапана на

водяном трубопроводе.

В тех случаях, когда приточная система вентиляции предназначена для воздушного душирования, то в схе­ ме автоматизации предусматривается установка двух дополнительных двухпозиционных терморегуляторов У4

и У5 (иногда одного терморегулятора) с датчиками тем­ пературы в потоке приточного воздуха. Эти терморегу­ ляторы (управляющие приборы) при слишком холодном или слишком горячем приточном воздухе воздействуют на исполнительный механизм регулирующего клапана на водяном трубопроводе, ограничивая его действия, могу­ щие привести к дальнейшему чрезмерному понижению или повышению температуры приточного воздуха. Элек­ тродвигатель вентилятора сблокирован со створчатым воздушным клапаном. При выключении электродвигате­ ля вентилятора створчатый воздушный клапан закрыва­ ется, а при включении — открывается.

Следует отметить, что для регулирования температу­ ры приточного воздуха в некоторых тепловых сетях при­ меняются гидравлические регуляторы (рис. 9-3). Схема блокировки электродвигателя вентилятора и створчатого воздушного клапана выполняется по рис. 9-2.

Основной особенностью схем автоматизации отопи­ тельно-вентиляционных установок является то, что регу­ лирование ведется по температуре воздуха помещений.

Схемы автоматизации установок кондиционирования воздуха являются более сложными по сравнению со схе­ мами автоматизации приточной вентиляции, поскольку здесь появляются дополнительные устройства (ороси­ тельная камера и пр.), подлежащие автоматизации.

9-3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Рассмотрение статических и динамических характери­ стик удобнее начать с простых' объектов регулирования, к которым следует отнести приточную вентиляцию.

Для установившегося состояния при GnpCnp>Gc тем­ пература воздуха за калориферами равна:

231

где tK— конечная температура воздуха (за калорифера­ ми), °С; 7Н— начальная температура воздуха (перед ка­ лориферами), °С; ti — температура воды в подающем трубопроводе, °С; G — расход сетевой воды через кало­ риферы, кг/с; с — теплоемкость воды, Д ж /(кг-сС); Gnp— массовый расход приточного воздуха через калориферы, кг/с; спр — теплоемкость воздуха, Дж/(кг-°С ); ек— без­ размерная удельная тепловая производительность калориферов.

Безразмерную удельную тепловую производитель­ ность можно определить по упрощенной формуле

где F — поверхность нагрева калориферов, м2; kK— ко­ эффициент теплопередачи калориферов, Вт/(м2-°С).

Коэффициент теплопередачи калориферов можно оп­ ределить, пользуясь эмпирической формулой

параметрами. В первом грубом приближении такой объ­ ект регулирования можно представить в виде последо­ вательного соединения инерционного звена и звена за­ паздывания.' При таком допущении выражения (7-7) и (7-8), написанные для водо-водяных подогревателей, остаются справедливыми для калориферов.

Для новых условий входящие в указанные выражения безразмерные величины будут определяться следующими

i __t

зависимостями: у = -2——— — относительное отклонение

^к.н

регулируемой температуры воздуха за калорифером, °С; 4.н» 4 — номинальная и текущая температуры воздуха

за калориферами, °С; Я = —g— - — величина регулирую­

щего воздействия расходом воды; GH, G — расходы сете­ вой воды через калориферы при номинальном режиме и после скачкообразного воздействия.

232

Величина коэффициента усиления k з уравнении (7-8) может быть найдена на основании экспериментальных данных из выражения

(9-4)

*к.нЛ

где tK.0> 4.к — температуры воздуха за калориферами при установившихся состояниях перед скачкообразным воз­ действием (т=0) и после воздействия (т=оо). Темпера­ туры воздуха за калориферами tK.о и /к.к, а следователь­ но, и коэффициент усиления могут быть определены так­ же аналитическим путем из выражений (9-1) — (9-3).

°с

3 5

30

2 5

20

15

10

Рис. 9-4. Экспериментальные кривые разгона по темпера­ туре воздуха за приточной вентиляционной камерой.

а — при включении в работу вентилятора; б — при полном за­ крытии и последующем полном открытии регулирующего кла­ пана на подающем трубопроводе сетевой воды.

Более точные результаты расчета переходных процес­ сов калориферов можно получить, если представить их в виде последовательного соединения инерционного зве­ на второго порядка и звена запаздывания. В этом случае будут справедливы уравнения (7-10) и (7-11).

Экспериментальные кривые разгона по температуре воздуха за приточной вентиляционной камерой приведе­ ны на рис. 9-4. Приточная камера имела 8 калориферов

233

СТД 3009 Б8, включенных по воздуху в два ряда, а по воде — все последовательно.

Испытание проводилось при температуре сетевой во­ ды в подающем трубопроводе /i = 64°C. Температура наружного воздуха составляла 6°С, но температура воз­ духа перед калориферами была выше, поскольку осу­ ществлялась частичная рециркуляция воздуха.

На рис. 9-4,а изображен характер изменения темпе­ ратуры приточного воздуха за калориферами при вклю­ чении в работу вентилятора после его непродолжитель­ ной остановки. В данном случае повышение температу­ ры воздуха в начальный период после пуска вентилятора объясняется перегревом его в калориферах в период пе­ ред испытанием, когда движения воздуха не было.

На рис. 9-4,6 изображен характер изменения темпе­ ратуры приточного воздуха за калориферами при полном прекращении подачи сетевой воды в калориферы в те­ чение 420 с и последующем полном открытии регули­ рующего клапана на подающем трубопроводе сетевой воды. Для рассматриваемого случая постоянная времени переходного процесса в уравнении (7-7) составила Т= = 264 с, а время запаздывания т3~Ю с.

В тех случаях, когда функции отопления и вентиля­ ции выполняет одна отопительно-вентиляционная уста­ новка, выражение для температуры в отапливаемых по­ мещениях </в при установившемся состоянии будет при­ мерно аналогично выражению (8-9) для температуры помещений при водяных системах отопления:

-f- (1 — (гр) б прСпр

где G — расход сетевой воды через калориферы (при Gc<GnpCnp), кг/с; с и спр— теплоемкость воды и воздуха, Дж/(кг-°С); G p=G p/Gnp — расход рециркуляционного воздуха Gp в долях от общего расхода приточного воз­ духа Gnp; ек — безразмерная удельная тепловая произво­ дительность калориферов, которая определяется из вы­ ражения (9-2). Все остальные обозначения остаются те же, что в выражении (8-9).

234

9-4. ПРОЦЕССЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА

Рассмотрим метод расчета устойчивости процесса регулирования температуры приточного воздуха в систе­ мах приточной вентиляции. Для упрощения расчета объ­ ект регулирования представим в виде инерционного зве­ на без запаздывания.

В качестве регулятора температуры приточного воз­ духа примем рассмотренный в предыдущем параграфе гидравлический регулятор с измерительно-управляющим устройством ТРБ-3 и исполнительно-регулирующим уст-

ОР

Рис. 9-5. Структурная схема САР приточного воздуха с ги­ дравлическим регулятором.

ОР — объект регулирования; Д — чувствительный биметаллический элемент; У — управляющее устройство; ИМ — исполнительный меха­ низм; РО — регулирующий орган.

ройством РР. Биметаллический датчик устройства ТРБ-3 рассматриваем как инерционное звено с постоянной вре­ мени Тд и коэффициентом усиления кя, а управляющую

бательного звена с постоянными времени Тщ и Т^. Передаточная функция разомкнутой САР (рис. 9-5)

по каналу воздействия «расход воды — tK» может быть записана в следующем виде:

№раз (Р ) = Г 0.р { р ) ГД/7) W у { р ) W * { р ) \Pp.o ( р ) =

235

Характеристическое уравнение замкнутой системы

1^раз (р) + 1 = 0

или

Полученное характеристическое уравнение при под­ становке в него значений постоянных времени и коэффи­ циентов усиления дает возможность определить устойчи­ вость САР.

Работа гидравлического регулятора температуры приточного воздуха с измерительно-управляющим уст­ ройством ТРБ-3 при включении и выключении вентилято­ ра изображена на рис. 9-6. При включении вентилятора температура приточного воздуха после кратковременно­ го скачка начинает снижаться. Когда она достигает ве­ личины, заданной при настройке, то управляющее дав­ ление повышается, регулирующий клапан РР открыва­ ется и начинается нормальный процесс регулирования,.

Рис. 9-6. Работа гидравлического регулятора температуры приточного воздуха при включении и выключении вентилятора.

^пр температура приточного нагретого воздуха; p v ~ давление в силь­ фонной камере РР.

236

Своего номинального значения температура приточного воздуха достигает примерно через 150 с после включения вентилятора.

При выключении вентилятора воздух в месте уста­ новки датчика температуры перегревается и это приво­ дит к закрытию регулирующего клапана.

Для улучшения качества регулирования гидравличе­ ских регуляторов приточного воздуха следует вводить дополнительное дросселирование после регулирующего клапана. Такое дросселирование вызывает действие ги-

.дразлической обратной связи.

В случае применения для регулирования температу­ ры приточного воздуха пропорционального (с жесткой обратной связью) регулятора ПТР-П датчик (термометр сопротивления) этого регулятора может быть представ­ лен инерционным звеном второго порядка с постоянны­ ми времени Гд Гдг и коэффициентом усиления &д. Элек­ тронный управляющий прибор рассматриваем как уси­ лительное звено с коэффициентом усиления ky, а серво­

237