Автоматическое регулирование расхода

Необходимость регулирования расхода возникает при ав­томатизации многих инженерных систем. Например, в тепловых пунктах зданий регулируют расход теплоносителя, подаваемого в систему отопления. Для этой цели часто применяют рассмот­ренный регулятор прямого действия типа УРРД.

Системы регулирования расхода характеризуются двумя особен­ностями: малой инерционностью собственно объекта регулирования; наличием высокочастотных составляющих в сигнале изменения расхода, обусловленных пульсациями давления в трубопроводе, которые вызываются работой насосов и вентиляторов или слу­чайными колебаниями расхода при дросселировании потока через сужающие устройства.

Принципиальная схема объекта при регулировании расхода показана на рис. 5.10. Обычно таким объектом является участок трубопровода между точкой измерения расхода (например, местом установки сужающего устройства 1) и регулирующим органом 2. Длина этого участка L определяется правилами установки сужа­ющих устройств и регулирующих органов и составляет несколько метров. Время чистого запаздывания обычно составляет несколько долей секунды для газов и несколько секунд для жидкостей. Ввиду малой инерционности такого объекта особые требования предъяв­ляются к выбору средств автоматизации и методов расчета АСР расхода. В большинстве случаев инерционность цепей контроля и регулирования расхода соизмерима с инерционностью объекта и ее необходимо учитывать при расчете АСР расхода.

При регулирования расхода применяют один из трех способов: дросселирование потока через регулируемый орган, устанавли­ваемый на трубопроводе (клапан, шибер, заслонка); изменение напора в трубопроводе с помощью регулируемого источника энер­гии (например, изменением числа оборотов двигателя насоса или угла поворота лопастей вентилятора); байпасирование, т. е. пере­брос избытка вещества из основного трубопровода в обводную линию.

Регулирование расхода после центробежного насоса осуще­ствляется регулирующим клапаном, устанавливаемым на нагне­тательном трубопроводе (рис. 5.11, а). Если для перекачивания используют поршневой насос, применение подобной АСР недо­пустимо, так как при работе регулятора клапан может закрыться полностью, что приведет к разрыву трубопровода (или к помпажу, если клапан установлен на линии всасывания). В этом случае для регулирования расхода используют байпасирование потока (рис. 5.11, б).

 

 

В ряде случаев необходимо поддержание заданного соотно­шения расходов (например, «топливо-воздух» в котельных уста­новках). Наиболее часто прибегают к регулированию соотноше­ния двух веществ, которое осуществляется по одной из трех схем, описанных ниже. По первой схеме (рис. 5.12, а) при незаданной общей производительности расход одного вещества G₁ называемый «ведущим», может изменяться произвольно; второе вещество пода­ется при постоянном соотношении α с первым так, что «ведомый» расход G₂ равен α G_1. Иногда вместо регулятора соотношения используются реле соотношения и обычный регулятор для одной переменной (рис. 5.12, б). В этом случае выходной сигнал реле соотношения, устанавливающего заданный коэффициент соот­ношения, подается в виде задания регулятору, обеспечивающему поддержание «ведомого» расхода. Вторая схема (рис. 5.13, а) исполь­зуется в технологических процессах, когда значение «ведущего»

расхода задано. В этом случае кроме АСР соотношения расходов применяют также АСР «ведущего» расхода. По этой схеме в слу­чае изменения задания по расходу G₁ автоматически произойдет и изменение расхода G₂, причем в заданном соотношении с G₁. Третья схема (рис. 5.13, б) применяется в тех случаях, когда АСР соотношения расходов является внутренним контуром в каскадной системе регулирования третьего технологического параметра Y (например, температура в каком-либо топливосжигающем аппа­рате). При этом заданный коэффициент соотношения а устанав­ливается внешним регулятором в зависимости от этого параметра так, что G₂ ⁼α(Y) G₁. Особенность настройки каскадных АСР со стоит в том, что внутреннему регулятору устанавливают ограниче­ние Х_п.н ≤ Х_р ≤Х_р.в. Для АСР соотношения расходов это соответст­вует ограничению α_н ≤Х_р ≤ Х_р.в. Если выходной сигнал внешнего регулятора выходит за пределы (Х_р.н, Х_р.в) то задание регулятору остается на предельно допустимом значении α, т. е. α_н или α_в.

Часто в инженерных системах возникает необходимость в ава­рийной и предупредительной сигнализации о наличии потока воз­духа, протока воды или в сигнализации о предельных значениях расхода тех или иных рабочих сред.

Для регулирования, сигнализации или переключения с од­ного расходомера на другой применяют различные сильфонные, мембранные или поплавковые дифманометры с регулирующими или сигнальными устройствами. Например, расход теплоноси­теля на вводе в здание измеряется комплектом приборов, в состав которого входят диафрагма и сильфонный показывающий дифманометр с интегратором. Известно, что такой комплект явля­ется коммерческим (по показателям интегратора производится финансовый расчет) и может производить измерения с требуемой точностью только при расходе от 30 до 100% максимального диа­пазона шкалы дифманометра. Если длительное время ожидается минимальный расход, значение которого находится ниже 30% максимального (измеряемого дифманометром), то приходится устанавливать второй комплект расходомера с максимальным пре­делом измерений, несколько большим 30%-ного предела первого комплекта. Каждый комплект устанавливают на один из двух па­раллельных участков трубопровода, оборудованных запорными моторными задвижками. В зависимости от величины расхода теп­лоносителя сигнальные устройства дифманометров, воздействуя на приводы запорных задвижек, открывают для измерения только один участок трубопровода. Общий расход теплоносителя равен сумме показаний интеграторов обоих комплектов.

Для контроля расхода смазки, подаваемой шестеренчатым насосом, в компрессорах холодильных машин используют диф­ференциальное реле давления (реле контроля смазки), предназ­наченное для контроля, сигнализации и двухпозиционного регу­лирования давления жидких и газообразных сред. Принцип его действия основан на сравнении сил, создаваемых перепадом давлений в чувствительных системах прибора, и силы упругой деформации пружины. Реле (рис. 5.14) состоит из двух чувст­вительных сильфонных систем, узла настройки перепада давлений, передаточного механизма и узла размыкания 7. На сильфоны действуют давления р₁ и р₂, разность которых контролируется. Если перепад давлений больше установленного на шкале, то кон­такты 8 и 9 замкнуты. При понижении перепада до установленной величины пружина поворачивает рычаг против часовой стрелки и контакты размыкаются. Диапазон настройки перепада давлений реле от 0,2 до 1,8 кгс/см² (от 0, 02 до 0,18 МПа), разрывная мощность контактов 300 В·А при переменном токе 220 В частотой 50 Гц.

Для контроля потока воздуха в воздуховодах применяют реле (рис. 5.15) с двухпозиционным (контактным) регулирующим уст­ройством, представляющее собой укрепленную на стенке воздухо­вода плату-основание. В воздуховод вводится жестко закрепленный на оси флажок. Ось имеет две опоры — в корпусе и в кронштейне

флажка. Конец оси через плату-основание введен в корпус реле и соединен с кулачком, который в зависимости от положения флажка в потоке воздуха воздействует на ролик рычага с ртутно - стеклянным контактом. Контргрузы служат для уравновешива­ния флажка и создания усилия, противодействующего давлению воздуха. Для ввода электрической проводки в корпусе предусмот­рен сальник. Реле может быть настроено на замыкание или раз­мыкание контакта при скорости воздуха 4—10 м/с. Дифференциал реле составляет от 0,5 до 2 м/с. Реле можно устанавливать на гори­зонтальных и вертикальных участках воздуховодов при скорости воздуха в них не более 25 м/с.

 

Реле расхода жидкости или газа состоит из дифференциаль­ного реле давления и сужающего устройства — камерной диаф­рагмы. Дифференциальные реле давления выпускают нескольких модификаций, которые отличаются друг от друга наличием того или иного устройства — двухпозиционного регулирующего, пока­зывающего, дифференциально-трансформаторного преобразова­теля для дистанционной передачи показаний расхода на вторичный прибор. Чувствительным элементом реле является мембранный блок, состоящий из двух камер, к которым присоединяются им­пульсные линии сужающего устройства. Выход чувствительного элемента (мембранного блока) соединен с приводом двухпозици­онного устройства стрелки или с плунжером дифференциально-трансформаторного преобразователя. Реле расхода применяют для контроля расхода жидкостей или газа в трубопроводах диаметром более 80 мм.

Для контроля протока жидкостей по трубопроводам меньшего диаметра (20, 40 и 50 мм) применяют реле протока для установки на горизонтальных участках трубопроводов и в местах перехода с вертикальных участков трубопроводов на горизонтальные. Основ­ным элементом прибора (см. рис. 5.16) является клапан с возврат­ной пружиной. При протекании воды через корпус тарельчатый плунжер клапана под действием давления воды перемещается вверх, преодолевая сопротивление пружины. На штоке укреплен диск, который при подъеме и опускании штока обеспечивает пере­ключение двух микропереключателей. Стрелка и безразмерная шкала служат для определения степени подъема плунжера. Уставка реле на заданное значение потока производится натяжением пружины с помощью вращающегося винта. Реле имеет трехпозиционный двухконтактный выход. Разрывная мощность контактов — 600 В·А при переменном токе 220 В частотой 50 Гц.