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

К недостаткам этих регуляторов следует отнести не­ обходимость применения регулирующих клапанов с уве­ личенным против обычного диаметром мембраны, а так­

соединена через дроссель настройки времени изодрома И с атмосферным воздухом, а через дроссель настрой­ ки времени предварения Д — с камерой обратной связи.

Исполнительно-регулирующее устройство имеет мембранный исполнительный механизм одностороннего действия и регулирующий односедельный клапан с про­ филированным затвором (в дальнейшем золотником).

Для питания регуляторов обычно используется сете­ вая или водопроводная вода с давлением 0,2—1,0 МПа. Поскольку в регуляторе использована схема силовой компенсации, то изменение давления рабочей воды на входе -в измерительно-преобразовательный блок мало изменяет заданное значение регулируемой величины.

56

мент равновесия клапан подачи рабочей воды будет закрыт. Новому управляющему давлению будет соот­ ветствовать новое положение регулирующего клапана с меньшей степенью открытия. Таким образом, в рассма­ триваемом случае регулятор будет отрабатывать П-за- кон регулирования.

При частичном открытии дросселя времени изодрома

Рис. 2-29. Статические характеристики регуляторов.

Эффект предварения создается за счет дросселирова­ ния потока воздуха в дросселе времени предварения.

Осуществление ПИ-, Г1Д- и ПИД-законов регулиро­ вания позволяет существенно расширить возможности настройки регулятора на объекте регулирования.

Т а б л и ц а 2-5

Статические характеристики регуляторов РДУ , Р П У , РТУ

58

Описанные выше регуляторы подверглись лаборатор­ ным испытаниям, при которых определялись их стати­ ческие и динамические характеристики.

Испытанию были подвергнуты регулятор давления «после себя» РДУ-32 с регулирующим клапаном 32 мм и чувствительным элементом давления па диапазон на­ стройки 0,6—6 кгс/см2, регулятор перепада . давления РПУ-100 с регулирующим клапаном ^у=100 мм и чув­

ствительным элементом на диапазон настройки 0,4— 4 кгс/см2 и регулятор температуры РТУ-80 с регулирую­ щим клапаном 80 мм и чувствительным элементом на диапазон настройки 40—80 °С. Статические характери­ стики регуляторов определялись без расхода воды через

59

характеристик регулятора давления РДУ-32 приведены на рис. 2-30.

Динамические характеристики снимались при одно­ кратном ступенчатом возмущении и нулевых начальных условиях с регистрацией выходного давления от измери­ тельно-преобразовательного блока.

Для получения ПД-закона регулирования дроссель времени изодрома И был полностью закрыт, а дроссель времени предварения Д частично закрыт (рис. 2-30,а).

ПИ-закон регулирования получен при полностью от­ крытом дросселе времени предварения Д и частично за­ крытом дросселе времени изодрома И (рис. 2-30,6). При частично закрытых дросселях И и Д регулятор отрабаг тывал на выходе ПИД-закон регулирования (рис. 2-30,в). Время изодрома и предварения можно регулировать, из­ меняя коэффициенты сопротивления переменных дроссе­ лей И и Д. Пределы изменения времени изодрома 6— 600 с, времени предварения 0—60 с.

2-5. ЭЛЕКТРОННЫЕ И ЭЛЕКТРОННО-ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Автоматическое регулирование на теплоподготови­ тельных установках ТЭЦ и районных котельных прак­ тически полностью осуществляется с помощью электрон­ ных или электронно-гидравлических регуляторов. На теплоподготовительных установках ТЭЦ находят приме­ нение электронные регуляторы РПИБ.

На теплоподогревательных установках районных ко­ тельных наряду с электронными регуляторами РПИБ находят применение также электронно-гидравлические регуляторы «Кристалл».

Электронные регуляторы обстоятельно освещены

влитературе, поэтому ниже приводятся лишь перечис­ ления основных типов этих регуляторов, применяющихся

всистемах теплоснабжения.

Для регулирования давления, расхода и уровня используется обычно прибор РПИБ-Ill с измерительным блоком И-Ш-62.

Для регулирования температуры среды используются обычно приборы РПИБ-С или РПИБ-2С с измеритель­ ными блоками И-С-62 или И-2С-62, получающими сиг­ нал соответственно от одного или двух термометров сопротивления. Для этой же цели могут быть использо­ ваны приборы РПИБ-Т или РПИБ-2Т с измерительными

60

блоками Й-Т-62 или Й-2Т-62, получающими сигнал со­ ответственно от одной или двух термопар. Приборы с двумя датчиками температуры могут быть использо­ ваны в схемах регулирования, в которых регулятор одно­ временно получает сигналы как по температуре, так и по давлению или расходу.

Для регуляторов РПИБ с бесконтактным выходным пусковым элементом могут быть использованы электри­ ческие исполнительные механизмы МЭК и МЭО. Вместе с этим для регуляторов РПИБ предусмотрена возмож­ ность комплектации их с исполнительными механизмами РБ и РМ, а также ЭГП.

Для абонентских вводов перспективными являются пропорциональные полупроводниковые регуляторы типа ПТР-П.

Эти регуляторы предназначены для работы совместно с электрическими исполнительными механизмами типа ИМ-2/120 и др., имеющими реостат обратной связи с со­ противлением 120— 180 Ом.

В регуляторах ПТР-П каждому значению температу­ ры регулируемой среды соответствует определенное по­ ложение электрического исполнительного механизма, т. е. регулятор отрабатывает П-закон регулирования.

Электронно-гидравлическая система автоматического регулирования «Кристалл» в основном предназначена для автоматизации теплотехнических процессов котель­ ной малой и средней мощности. Они также могут быть использованы на тепловых пунктах систем централизо­ ванного теплоснабжения.

В регуляторах системы «Кристалл» применяются гидравлические исполнительные механизмы. Они изго­ товляются различных модификаций, отличающихся устройством блока управления и обратной связи. На­ пример, гидравлические исполнительные механизмы мо­ дификации ГИМ не имеют устройств обратной связи. В модификациях ГИМ-Д и ГИМ-2Д имеются соответст­ венно один или два дифференциально-трансформатор­ ных датчика, которые обеспечивают жесткую обратную связь по положению сервомотора, т. е. дают возможность получать П-закон регулирования.

В модификации ГИМ-1И имеется пневматическое устройство (две пары сильфонов) упругой обратной свя­ зи, позволяющее получить ПИ-закон регулирования.

61

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я

О С Н О В Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы Г И Д Р А В Л И Ч Е С К И Х А В Т О М А Т И Ч Е С К И Х Р Е Г У Л Я Т О Р О В И И Х Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И

3-1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

В системах автоматического регулирования измере­ ние давлений и перепадов давления производится силь­ фонами, трубчатыми пружинами и мембранами. Для измерительных устройств автоматических регуляторов, применяемых в системах теплоснабжения, преимущест­ венное распространение нашли сильфоны,

По с е о и м упругим свойствам сильфоны (при отсутст­

вии одностороннего давления) напоминают пружину. В пределах основного участка упругого хода зависимость упругого усилия от деформации является прямолиней­ ной.

Уравнение движения подвижных частей упругого сильфона имеет вид (Л. 13, 17]:

денная масса подвижных частей, кг; С — жесткость силь­ фона и пружины, М/м; &т — фактор торможения, кг/с;

k = -4-— — безразмерный коэффициент усиления; /с —

эффективная площадь сильфона, м2; р и рн — текущее и номинальное значения регулируемой величины (давле­ ния, перепада давления), Па; z, zu и г ы— текущее, но­ минальное и максимальное перемещения сильфона, м; ср—Ар/рн= (р—ри)1рн — относительное отклонение регу­ лируемой величины; Az/zu— (z—zn)/zM— относитель­ ное перемещение сильфона.

Передаточная функция упругих чувствительных эле­ ментов

где р — аргумент преобразования Лапласа.

В гидравлических регуляторах, применяемых в систе­ мах теплоснабжения, для измерения температуры нашли

62

применение дилатометрические, биметаллические и ма­ нометрические устройства. Рассмотрим биметаллические измерительные устройства. Термобиметалл состоит из двух слоев металла или сплавов е различными коэффи­ циентами линейного расширения, сваренных между со­ бой по всей плоскости соприкосновения. Тот слой метал­ ла или сплава, который имеет больший коэффициент линейного расширения, принято называть активным

Рис. 3-1. Биметаллические чувствительные элементы.

а — пластинка; б — пластинка с жестким стержнем; в — спираль.

слоем, а слой с меньшим коэффициентом линейного расширения — пассивным (инертным) слоем. Для пас­ сивного слоя в большинстве случаев используется сплав железа с никелем, который называют инваром.

Прогиб свободного конца пластинки (рис. 3-1,а) тер­ мобиметалла определяют по формуле

туры при нагревании, °С.

Угол раскручивания конца спирали (рис.. 3-1,в) при нагревании определяют по формуле

270-ДаU ,о ,,

63

тельности, 1/°С.

Между коэффициентом чувствительности и удельным

устройства ТРБ-3 Теплосети Мосэнерго (рис. 2-23), при­ меняемого при регулировании температуры воздуха за калорифером, стрела прогиба свободного конца пластин­ ки под действием температуры определяется по формуле (3-3). Стрела прогиба свободного конца пакета пластцнок под действием усилия струи воды, вытекающей из сопла, определяется но формуле

мент инерции сечения одной биметаллической пластин­ ки, м4.

Остальные обозначения величин были приведены выше.

Суммарное перемещение конца пластинок пакета со­

Следует отметить, что вся сложность расчета z за­ ключается в том, что величина усилия струи воды, выте­ кающей из сопла и действующей на конец пластинок пакета, не остается постоянной, а изменяется по мере перемещения клапанка управляющего устройства, укреп­ ленного на конце пластинок пакета.

Уравнение движения биметаллического измеритель­ ного устройства ТРБ-3 и его передаточная функция бу­ дут иметь вид:

(3-8)

64

безразмерный коэффициент усиления; М — масса пласти­

температуры вентиляционного воздуха величина коэф­ фициента усиления составляет k —0,376 мм/°С. Экспери­ ментальные динамические характеристики их при возму­ щениях путем скачкообразного повышения температуры воздуха приведены на рис. 3-2. По этим динамическим характеристикам представляется возможным обычным методом определить постоянную времени в уравнении (3-9), которая для начального периода нагревания би­ металлических пластинок с допустимой степенью точно­ сти может быть принята Г = 120 с. Для измерительноуправляющего устройства ТРБ-2 в регуляторах темпе­ ратуры воды (рис. 2-22) прогиб управляющего клапанка под влиянием изменения температуры воды и усилия

струи воды Р определяются из выражений

л rif