Автоматизация котельной установки

• Установившееся значение: 0,72;
• Время регулирования: 80 с;
• Перерегулирование: 50 %.

Полученным переходным процессам  видно, что САР удовлетворяет  необходимым требованиям.

 

 

7.3 Расчет каскадной САР

Каскадные системы применяются  для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования. Применения каскадной САР возможно в случае, если допустимо выбрать промежуточную регулируемую переменную, зависящую от того же регулирующего воздействия , что и основная регулируемая переменная . 

Очевидно, что в данной курсовой работе это условие не возможно выполнить, поэтому расчет каскадной САР не возможен. Хотя, сравнение одноконтурных и каскадных систем показывает, что вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной САР повышается качество переходного процесса, особенно при компенсации возмущений, поступающих по каналам регулирования.

 

 

 

8  РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

 

Исполнительное устройство предназначено  для реализации сигнала управления, вырабатываемого регулируемым устройством автоматического регулятора. Оно состоит из двух основных частей: исполнительного механизма и регулирующего органа. Регулирующим органом называется звено исполнительного устройства, представляющее собой переменное гидравлическое сопротивление, которое воздействует на расход среды, изменяя свое проходное сечение. Исполнительные механизмы предназначены для управления регулирующими органами в соответствии с выходным сигналом регулирующего органа.

Для объективной оценки параметров и характеристик исполнительных механизмов необходимо определить основные требования, предъявляемые к ним со стороны регулирующего органа и системы регулирования в целом. Исполнительный механизм должен обеспечить перемещение затвора регулирующего органа на заданное расстояние.  В зависимости от вида энергии, используемой для создания перестановочного усилия, исполнительные механизмы подразделяются на:

1. электрические, 2) гидравлические, 3) пневматические.

Правильный расчет и выбор размера  и расходной характеристики регулирующего  органа способствует обеспечению устойчивости САР и качественного регулирования при различных возмущениях технологического процесса. Неудовлетворительная расходная характеристика регулирующего органа, значительно изменяясь в процессе регулирования, может привести к ухудшению качества регулирования и даже к потере регулируемости. На пропускную способность и расходную характеристику регулирующего органа большое влияние оказывает сопротивление трубопроводной линии. Чтобы это влияние было менее заметным, стараются регулирующий орган выбирать таким, чтобы его собственное сопротивление превышало сопротивление линии. При этом следует учитывать, что занижение размера регулирующего органа приводит к уменьшению диапазона регулирования потока среды, завышение — к ухудшению чувствительности регулирующего органа на изменение расхода. Если потери давления на регулирующем

органе меньше потерь давления в  сети, то может наступить потеря регулируемости, когда воздействие регулятора на регулирующий орган не будет вызывать изменения расхода.

 

 

При неправильном выборе расходной характеристики регулирующего органа искажаются действительные статические и динамические характеристики САР.

Расходные характеристики регулирующих органов бывают двух видов: конструктивные и гидравлические. Конструктивная характеристика выражает функциональную зависимость изменения относительного проходного сечения регулирующего органа от степени его открытия: т = f (l), где т = F₁ /F₂ — отношение площади проходного сечения регулирующего органа F₁ к площади сечения входного патрубка F₂ ;  l=h/h_макс=α/α_макс  - степень открытия регулирующего органа; h и а — величина хода и угол поворота подвижной части. Основную роль играют гидравлические характеристики: идеальные и рабочие. Под идеальной характеристикой понимают функциональную зависимость изменения расхода среды, пропускаемой регулирующим органом при постоянном перепаде давлений, от степени его открытия и выражают обычно в относительных величинах:

                                                       (8.1)

 

где Q и Q_макс — текущее и максимальное значения расхода среды, проходящей через регулирующий орган, соответственно при промежуточном и максимальном открытии; μ — относительный (т. е. в долях единицы) расход среды, проходящей через регулирующий орган. В конкретных условиях автоматизации теплотехнических установок случаи сохранения постоянства перепада давлений на регулирующем органе очень редки. Дело в том, что на величину перепада давления на регулирующем органе влияют потери в местных сопротивлениях (арматура и колена трубопроводов, дроссельные устройства и т. д.). Поэтому при изменении расхода среды перепад давления на регулирующем органе изменяется, а зависимость расхода от степени открытия уже не соответствует идеальной расходной характеристике и называется рабочей.

Идеальные расходные характеристики обычно используют при сравнении  характеристик различных регулирующих органов. На рис. 7.1 показаны расходные характеристики регулирующей заслонки и регулирующих органов: с пробковым (1) и тарельчатым (2) плунжерами — для двухпозиционного регулирования; с линейной (3), логарифмической (4) и параболической (5) характеристиками — для непрерывного регулирования. Рассматривая характеристику заслонки, замечаем, что до 50% угла поворота заслонки ее характеристика логарифмическая, а на остальном участке — линейная.

 

Рисунок 8.1 - Расходные характеристики регулирующей заслонки и регулирующих органов.

Свое название характеристики получили по математическому выражению зависимости расхода от степени открытия регулирующего органа. Они имеют следующий вид: линейная Q = А₁ l  + Q₀, означающая, что расход Q прямо пропорционален степени открытия l; логарифмическая: Q = А₂е^пl, означающая, что отношение расхода вещества, протекающего через клапан, постоянно к его степени открытия; параболическая Q = A₃ l²+ Q₀.

В этих выражениях А₁ ,A₂, А₃ — постоянные коэффициенты; Qо — относительный расход при l = 0, п — показатель степени

Регулирующие органы не являются запорной арматурой, и их. пропуск в закрытом положении (l = 0) составляет до 20% от максимального расхода, т. е. 0 ≤ Q₀ ≤ 20% при l = 0. Как уже говорилось, регулирующий орган является одним из основных звеньев САР, и его расходная характеристика оказывает существенное влияние на качество регулирования. Поэтому выбору того или иного вида расходной характеристики регулирующего органа придается особое внимание. В принципе для каждого конкретного случая можно спрофилировать дроссельную часть регулирующего органа такой, что его расходная характеристика обеспечит требуемое качество регулирования. Но индивидуальное изготовление регулирующих органов допустимо только на особо ответственных объектах. При автоматизации промышленных котельных используют унифицированные регулирующие органы, серийно выпускаемые арматурными заводами.

 

 

 

Опыт проектирования и наладки  САР показывает, что для разомкнутых  систем регулирования и дистанционного управления, а также при регулировании уровня воды в барабане котла лучше применять регулирующие органы с логарифмической характеристикой, обеспечивающие регулирование расхода с одинаковым процентом точности во всем диапазоне измерения регулируемого параметра. Для замкнутых систем автоматического регулирования в промышленной энергетике чаще применяют регулирующие органы с линейной характеристикой. В последнее время выбор рациональной характеристики регулирующего органа для замкнутых систем регулирования с повышенными требованиями к качеству регулирования все чаще производится с помощью электронных моделирующих установок. В последнем случае на основании дифференциальных уравнений объекта регулирования, датчика, регулятора и исполнительного механизма составляется структурная схема соединения элементов модели. Из технологической схемы определяются максимальный и минимальный регулируемые расходы Q_макс и Q_мин и соответствующие им величины перепада давлений в линии и на регулирующем органе.

                                              (8.2)

Коэффициенты сопротивления линии и регулирующих клапанов берутся из справочников. Определив допустимые отклонения регулируемого параметра (статическую ошибку), время регулирования и другие условия качественного регулирования, поочередно включают регулирующие органы (их модели) с линейной, логарифмической и параболической расходными характеристиками с различными отношениями ∆р_л/∆р_р.о и снимают переходные процессы. На основании полученных переходных процессов выбирается оптимальная характеристика одного из трех типов клапанов.

Выбор размера регулирующего органа, устанавливаемого на газопроводе, можно  сделать по следующим упрощенным формулам, выведенным на основании уравнений для идеального газа:

[нм³/ч],                                             (8.3)

[ нм³/г],                                      (8.4)

где Q_Н — объемный расход газа через регулирующий орган, нм³/ч; γ_н = m/22,4 -объемный вес газа при нормальных условиях (температура Тн = 273° К, давление р_н = 1,033 кГ/см²; т — молекулярный вес газа, кГ1м³; р₁ и р₂ — абсолютные давления до и после регулирующего органа, кГ/см²; Т₁ — абсолютная температура, °К, (273+ t°С).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9  Выбор комплекса технических средств

 

ЭЛЕКТРОННОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ „КРИСТАЛЛ"

Бесконтактная система авторегулирования  «Кристалл» предназначена для автоматизации котельных средней и малой мощности. Система представляет собой комплект датчиков, усилителей, преобразователей и исполнительных механизмов, которые в различных сочетаниях позволяют комплектовать регуляторы с постоянной скоростью исполнительного механизма (астатические или интегральные), с жесткой обратной связью (статические или пропорциональные) и с упругой обратной связью (изодромные). Структурная схема электронногидравлического регулятора системы «Кристалл» представлена на рис. 9.1.

 

Рисунок 9.1 – Структурная схема  регулятора на базе "системы Кристалл".

На вход усилителя может быть подключено до трех датчиков, включая датчики устройств обратной связи. Назначение датчика — измерение отклонения регулируемой величины и преобразование его в электрический сигнал переменного тока. В усилителе этот сигнал суммируется с сигналами от других датчиков, от устройства обратной связи и задатчика.

 

 

 

 

 

Усиленный сигнал подается на вход электрогидрореле, который и управляет регулирующим органом при помощи гидравлического  исполнительного механизма ГИМ. Перемещение выходного рычага ГИМ преобразуется в устройстве обратной связи в электрический сигнал обратной связи.

Жесткая или гибкая обратная связь  охватывает все элементы регулятора, включая исполнительный механизм.

В зависимости от наличия встроенных датчиков обратной связи исполнительные механизмы выполнены в следующих модификациях:

ГИМ — без устройства обратной связи;

ГИМ-Д — с одним датчиком жесткой  обратной связи;

ГИМ-2Д — с двумя датчиками  жесткой обратной связи;

ГИМ-1И — с одним датчиком гибкой обратной связи;

ГИМ-ДИ — с датчиками жесткой  и  гибкой обратной связи;

ГИМ-Д2И — с одним датчиком жесткой и двумя датчиками  гибкой обратной связи.

Сигнал гибкой обратной связи формируется  при помощи пневмоэлектрического устройства, встроенного в гидравлический исполнительный механизм. В качестве датчиков в комплекте электронногидравлического регулятора с усилителем УТ применяют первичные приборы с дифференциально-трансформаторной схемой: манометры электрические дистанционные МЭД модели 2306, дифференциальные манометры ДМ модели 3564, дифференциальные тягомеры ДТ2.

Регуляторы системы «Кристалл» применяют для поддержания заданного значения давления, перепада давления, расхода, уровня, температуры, соотношения перечисленных параметров. Это позволяет автоматизировать все основные теплотехнические процессы в промышленных котельных малой и средней мощности.

В связи с разработкой и выпуском котлов типа ДКВР для производственных нужд паропроизводительностью в 20 т/ч  и более появилась необходимость в увеличении максимального момента на  выходном валу гидравлического исполнительного механизма. Например, при установке котла ДКВР-20-13,  усилия в 700 кГсм для направляющего аппарата дымососа уже недостаточно; разработан и выпускается гидравлический исполнительный механизм с моментом в: 2500 кГсм (ГИМ-25, ГИМ-25-1И, ГИМ-25-2Д, ГИМ-25-ДИ, ГИМ-25-Д2И). Для расширения области применения системы авторегулирования «Кристалл» она может поставляться в электромеханическом и электропневматическом исполнении. В последних регуляторах системы «Кристалл» используют усилители типа УТ, УТ-ТС, УТ-П  и УТ-П-ТС (В настоящее время усилители типа УТ-П и УТ-П-ТС серийно не выпускаются), а вместо гидравлических

исполнительных механизмов используют соответственно электрические и пневматические. Для этой цели служат блок изодромной обратной связи типа БИОС-М и электропневматический преобразователь типа ЭППИ; выход с усилителей при этом подается не на электрогидравлическое реле типа ЭГР, как это было в случае использования гидравлического исполнительного механизма, а непосредственно на блок БИОС-М или ЭППИ. Электрический сигнал на выход с блока БИОС-М подается на контактор типа СКР-0-66, управляющий электродвигателем КДУ, а пневматический сигнал на выходе с преобразователя ЭППИ подается на мембранный исполнительный механизм.