Конспект лекцій дисципліни «Автоматизація систем теплогазопостачання та вентиляції» Для спеціальності 092108 «Теплогазопостачання та вентиляція» Вид роботи

Вид материала

Конспект

Содержание 5. Виконавчі механізми та регулюючі органи систем автоматики Мембранні виконавчі механізми. 6. Автоматизація систем газопостачання. Промислові печі

Подобный материал:

• Конспект лекцій, 1055.8kb.
• Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства, 315.59kb.
• Конспект лекцій до вивчення дисципліни «Будівельні матеріали», 1134.87kb.
• Програма дисципліни передбачає набуття студентами системних знань з теоретичних, 390.1kb.
• Програма фахового вступного випробування для навчання за оппп «Спеціаліст» за спеціальністю, 340.59kb.
• Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства, 1974.64kb.
• Конспект лекцій з дисципліни „ Управління інноваційним розвитком" для студентів факультету, 2082.69kb.
• Методичні вказівки, плани семінарських занять та матеріали для організації самостійної, 745.06kb.
• Конспект лекцій з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106  „Екологія,, 1393.76kb.
• Конспект лекцій для студентів спеціальності "Правознавство", 1754.63kb.

5. ВИКОНАВЧІ МЕХАНІЗМИ ТА РЕГУЛЮЮЧІ ОРГАНИ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

5.1. Призначення виконавчих механізмів та їх класифікація.

5.2. Електромагнітні виконавчі механізми.

5.3. Електромоторні виконавчі механізми.

5.4. Схеми керування і сигналізації положення виконавчих механізмів.

5.6. Гідравлічні і пневматичні виконавчі механізми.


5.1.Призначення виконавчих механізмів та їх класифікація.

Виконавчі механізми отримують сигнал від підсилювача і формують зусилля для приводу в дію регулюючого органу.

Базовий принцип класифікації виконавчих механізмів-вид енергоносія, в залежності від котрого вони діляться на гідравлічні, пневматичні, електричні і комбіновані.

По характеру переміщення регулюючого органу бувають безперервної і дискретної дії (відкрито-закрито), а також поступального і обертового руху.

Основні характеристики виконавчих механізмів:

• коефіцієнт підсилення по потужності;
  
• швидкість (постійна або регульована );
  
• зусилля переміщення на виході.
  

Вимоги до виконавчих механізмів:

• лінійне (кутове) переміщення узгоджується з переміщенням регулюючого органу;
  
• статична характеристика повинна бути лінійною (якщо можлива така реалізація);
  
• виконавчий механізм повинен бути реверсивним;
  
• потужність виконавчого механізму повинна забезпечувати задану швидкість на всіх режимах роботи.
  

5.2.Електромагнітні виконавчі механізми.

В АСР позиційної дії широке застосування дістали електромагнітні приводи, котрі перетворюють енергію електричного струму в поступальний рух робочого органу. Такі приводи, їх ще називають соленоїдними, представляють собою прямо ходовий магніт з якорем, котрий втягується.

Електромагнітні виконавчі механізми є прості і надійні. По виду руху діляться на електромагніти з поступальним рухом і електромагнітні муфти з обертовим рухом.

За характером руху осердя і з’єднаного з регулюючого органу електромагнітні виконавчі механізми діляться на тягнучі, штовхаючі , поворотні, утримуючі, реверсивні.

По кількості позицій вихідного силового елементу (регулюючого органу) розрізняють одно, двох і трьох позиційні електромагнітні виконавчі механізми.

В даний час широкого поширення дістали електромагнітні приводи серії ЕВ, призначені для керування різними засувками, вентилями, клапанами.

Електромагнітні приводи серії ЕВ3, розраховані на короткочасний режим роботи , а серії ЕВ1 і ЕВ2 на довготривалу присутність струму в їх обмотці.




1-Повертаюча пружина;

2-Котушка;

3-Рухоме осердя;

4-Шток.

При допомозі рухомого осердя енергія магнітного поля перетворюється в механічну і через шток передається запираючому елементу. Переміщення осердя, при котрому проходить рух запираючого елементу, називається робочим ходом .


5.3.Однооборотні виконавчі механізми.

До однооборотних виконавчих механізмів відносяться механізми, у котрих кут повороту вихідного валу не перевищує 360*. Вони застосовуються для різноманітних регулюючих органів в системах дистанційного і автоматичного керування. Однооборотні виконавчі механізми виготовляються з релейно-контактним і безконтактним керуванням. До них відносяться колонки дистанційного керування типу КДУ, виконавчі механізми типу ИМ-2/120, ИМТ, МЭК, МЭО і т.п.

Характерною особливістю безконтактних виконавчих механізмів типу МЕО є висока швидкодія, можливість роботи в стопорному режимі, відсутність обмежень по частоті і часі включень.

5.4.Багатообертові виконавчі механізми.

Для керування багатообертовими відсічними і регулюючими органами широке застосування дістали виконавчі механізми, що складаються з електродвигуна, понижуючого механічного редуктора і ряду додаткових пристроїв. На рис.2 приведена структурна схема приводу керованої арматури, де:

1.Регулюючий орган-робочий орган.

2.Електродвигун-джерело руху.

3.Силовий обмежуючий пристрій призначений для попередження поломки або перевантаження арматури.

4.Редуктор-служить для перетворення виду і швидкості руху вихідного елементу двигуна у відповідності з призначенням керованої арматури.

5.Пристрій відключення маховика дублера-використовується при налагоджувальних роботах, а також при відсутності енергії для двигуна, або виході його з ладу.

6.Фіксуючий пристрій-для збереження положення робочого органу і арматури в положенні на момент зупинки.

7.Блок шляхових вимикачів-для сигналізації положення робочого органу, відключення двигуна від джерела енергії, блокування приводу з роботою інших механізмів.

8.Місцевий вказівник положення затвору арматури-для місцевого показування ступеню відкриття арматури в будь-який момент часу.





9.Давачі положення затвора арматури - для дистанційного показування ступеню відкриття арматури в даний момент часу.

10.Маховик ручного дублера.

11.Перемикач ручного дублера-для запобігання травмування персоналу під-час ручного керування.

12.Пульт керування.

13.Тормозний, або демпферуючий пристрій-для виключення впливу на арматуру інерції рухомих деталей.

1-1.Коло зв’язку з муфтою.

2-2.Коло шляхових вимикачів.

3-3.Коло давача положення затвора.

4-4.Коло керуючого сигналу.

5-5.Коло живлення пульта керування.


5.5.Схеми керування і сигналізації положення

виконавчих механізмів.

При дистанційному або автоматичному керуванні запорними і регулюючими органами важливо забезпечити наступні вимоги:

- Схема керування повинна забезпечити захист від перевантажень і коротких замикань в силових колах електроприводу.

- Забезпечувати неможливість одночасної подачі командних імпульсів від пристроїв дистанційного і автоматичного керування і блокувати можливість подачі живлення на одну з котушок реверсивного магнітного пускача при протіканні струму через іншу.

- Виключати можливість одночасного керування одним пристроєм з різних пультів.

- Забезпечувати можливість зупинки в будь-якому проміжному стані, і сприйняття подальшої команди на закриття чи відкриття.

- Нормальна зупинка виконавчого механізму в положенні повного відкриття чи закриття повинна здійснюватись кінцевими вимикачами, котрі розривають коло живлення відповідної котушки реверсивного пускача.

- Схема керування підсічним органом повинна забезпечити можливість дистанційного керування зі щита або з місця, і автоматичного керування по команді від пристрою блокування чи регулювання.

- Схема керування регулюючим органом повинна забезпечити його рух тільки під час дії імпульсу дистанційного або автоматичного керування.




Розглянемо принцип роботи схеми дистанційного керування електроприводами, де:

ЕД- двигун;

К1,К2-магнітні пускачі;

F1-автоматичний вимикач;

F2-запобіжник;

S7-кнопка стоп;

S1,S2,S5,S6-шляхові вимикачі;

S3,S4-вимикачі муфти;

S8,S9-кнопки «відкрито», «закрито»;

HL1,HL2,HL3-сигнальні лампи.

На рис.1 показана повна і універсальна схема керування і сигналізації положення виконавчого механізму з примусовим ущільненням запірного органу при закриванні. Схема передбачає можливість дистанційного керування зі щита, та забезпечує автоматичне керування при дії пристроїв блокування або регулювання та інших систем автоматики.

Сигнал на відкриття або закриття , що поступає від пристроїв автоматики, може бути не тільки імпульсним але й довготривалим. Відключення електродвигуна при заклинюванні запірного органу в проміжному стані проходить за рахунок теплового розмикача автоматичного вимикача, встановленого в силових колах живлення. В тих випадках, коли муфта граничного моменту використовується не для примусового ущільнення запірного органу, а для захисту електродвигуна при заїданні в проміжному стані, дія пристроїв автоматики повинна мати характер короткочасних імпульсів.

Для припинення дії помилково поданої команди, а також для короткотривалої зупинки запірного органу в проміжному стані передбачено взаємоблокування реле


5.6.Гідравлічні і пневматичні виконавчі механізми.


Гідравлічні і пневматичні виконавчі механізми перетворюють енергію робочого середовища, що знаходиться під тиском, в механічну енергію поступального або обертового руху.

В якості робочого середовища в гідродвигунах найчастіше використовується мінеральне масло, що зберігає свої властивості при дії на нього високого тиску. В пневмодвигунах робочим середовищем служить стиснуте повітря.

В пристроях автоматичного керування гідро і пневмодвигуни використовують значно рідше, ніж електродвигуни, але в ряді випадків вони є єдино допустимим технічним рішенням.

Розрізняють дві основні різновидності гідро і пневмодвигунів: з поступальним рухом (мембранні і поршневі) і з обертовим рухом (шестеренчасті, лопатеві, плунжерні і турбінні).


Мембранні виконавчі механізми.


В мембранному виконавчому механізмі переміщення вихідного штоку 4 здійснюється силою, що створюється тиском робочого середовища на мембрану 2. При цьому повертаюча пружина 3 стискається. Чим більший діаметр мембрани, тим більше зусилля може бути передане на регулюючий орган. Порожнина під мембраною з’єднана з атмосферою. При знятті тиску мембрана, а відповідно шток повертаються повертаючою пружиною в попередній стан. Диски 1 забезпечують жорсткість мембрани, виготовленої з прорезиненої тканини.


Поршневі виконавчі механізми.




В циліндрі 1 виконавчого механізму переміщується поршень 2 зі штоком 3.

Поршень буде нерухомим якщо рівні тиски Р1 і Р2. Якщо тиск в лівій порожнині більший, то на поршень буде діяти сила, рівна різниці тисків Р1 і Р2 помноженій на площу поверхні поршня.

Під дією цієї сили поршень почне переміщуватись вправо. Шток 3 проходить через ущільнюючий сальник 4.


6. АВТОМАТИЗАЦІЯ СИСТЕМ ГАЗОПОСТАЧАННЯ.

1. Автоматичне регулювання тиску і витрати газу.
   
2. Автоматизація ГРС (ГРП).
   
3. Автоматизація об’єктів зберігання та розподілу рідких газів.
   

Автоматизація систем газопостачання.

Основна задача автоматизації систем газопостачання зводиться до підтримання тиску газу в заданих границях і забезпечення безпеки роботи установок.

6.1. Автоматичне регулювання тиску і витрати газу.

Структура систем газопостачання може бути різноманітною, в залежності від розмірів населених пунктів і числа і потужності споживачів.

В газопостачанні використовуються регулятори тиску, що принципово не відрізняються від регуляторів загально промислового призначення.

В техніці газопостачання використовуються терміни: регулятор «до себе», якщо він регулює тиск на підводі, і «після себе», при підтриманні низького тиску на відводі. Відповідно вхідні сигнали регулятор дістає з двох боків.




Привід затвора зменшує витрату при зниженні Р1 (варіант «до») і при збільшенні Р2. Імпульсні трубки під’єднуються до різних порожнин регулятора. При використанні такого регулятора у варіанті «після» необхідно змінити положення регулюючого органу на протилежне. Найбільше поширення дістали регулятори «після себе».

В системах газопостачання також часто використовуються і регулятори непрямої дії: пневматичні, електричні і рідше гідравлічні.

Для забезпечення належної якості регулювання використовують пневматичні регулятори непрямої дії . Це є найпростіший підсилювач з пристроєм типу сопло-заслінка (в техніці газопостачання підсилювачі називають «пілотами»). Регулятор стабілізує низький тиск Р2 за рахунок використання потоку газу з високим тиском Р1 (може бути примінене автономне джерело, наприклад, стиснуте повітря). Сильфонний давач 2 з задаючим пристроєм 3д сприймає зміну тиску Р2 і перетворює в переміщення заслінки 3, що прикриває при збільшенні Р2 сонло С. Тиск в лінії 1 збільшується і передається на мембрану виконавчого пристрою, що закриває затвор регулюючого органу, після чого тиск починає падати до заданого. У випадку невеликого перепаду Р1-Р2 при дроселюванні газу проходить переохолодження, або обмерзання дроселюючих органів, тому слід передбачувати обігрів регулюючих органів. Для прикладу при зміні тиску від 4 до 0,3МПа температури газу знижується на 17...18С на одиницю тиску.





6.2. Автоматизація ГРС (ГРП)

Газороздільна станція складається зі наступних вузлів: вхідних газопроводів, пиловловлюючих пристроїв, пристроїв редукування газу першого і другого ступеню, одоризаційних пристроїв, ємностей для збору конденсату, вихідних газопроводів, пристроїв управління і захисту. Найбільш широко використовуються чотири схеми редукування, що забезпечують підтримування тиску і витрати газу в різний час доби і про значних збуреннях, котрі зображені на рис. 6.3-6.6.





Рис.6.4.

Ця схема передбачує редукування при допомозі одного регулятора з двома регулюючими органами , що встановлені послідовно.

Рис.6.5.

Ця схема передбачує в якості другої ступені редукування дросель постійного січення, що встановлений послідовно з регулятором.




Рис.6.3.

Ця схема передбачує редукування при допомозі двох регуляторів, що встановлені послідовно.



Закон регулювання тиску газу вибирають з врахуванням динамічних властивостей газової мережі, характеру режиму газопостачання і допустимої статичної похибки регулювання.

Найчастіше використовують П і ПІ регулятори.

Якщо режим газоспоживання носить перемінний характер, доцільно примінити двох імпульсні регулятори тиску газу, котрі реагують одночасно на зміну тиску і витрати, що покращує якість процесу регулювання.







Схемою автоматизації ГРС або ГРП крім регулювання тиску газу передбачаються:

1. Конроль тиску газу до і після вузлів редукування, температури і витрати газу;
   
2. Сигналізація знижень тиску газу;
   
3. Автоматичний захист (приміняються захисні клапани і автоматичні відсікачі);
   
4. Дистанційне переключення або відключення вузлів редукування.
   

3. Автоматизація об’єктів зберігання та розподілу рідких газів.
   

В газових господарствах що займаються отриманням, зберіганням і розподілом зріджених газів можуть здійснюватись наступні операції: зливання газів з балонів, транспортування газу (по трубопроводах або в балонах), заправка автомобілів, що працюють на зрідженому газі, регазифікація і змішування парів з повітрям, а також подача парів зріджених газових сумішей в системи споживання.

Для забезпечення безпечної роботи трубопроводи парової фази обладнуюються запобіжними пружинними клапанами. Також передбачується контроль рівня рідкого газу в резервуарах, його тиску, температури, наявності газу в повітрі, а також позиційне відключення газових компресорів по сигналу розрідження нижче 0,05 МПа або тиску вище 1,6 МПа при допозі електроконтактних манометрів.


ПРОМИСЛОВІ ПЕЧІ


7.1. Регулювання роботи в трубчатих печах.

7.2. Автоматизація печей великої потужності.

7.3.Автоматичне регулювання паленищах.


7.1. Регулювання роботи в трубчатих печах.

В багатьох галузях промисловості широке використання знаходять трубчасті печі, в котрих продукт безперервно прокачується через змійовик, нагрівається за рахунок тепла, що виділяється при спалюванні палива. Трубчата піч є складним об’єктом регулювання. Стабілізацію кінцевої температури в ній необхідно забезпечити при значній зміні температури і витрати продукту. Постійно змінюється також стан змійовика і теплової ізоляції.

Компенсація всіх дій здійснюється зміною кількості палива, що подається в піч.

Важливими для печі є захист від відкладання вуглецю на стінках теплообмінника. Щоб запобігти цьому, процес спалювання палива в печі необхідно виконувати в оптимальному режимі і підтримувати на заданому рівні співвідношення витрат паливо-повітря і концентрація кисню в димових газах.

Рис.7.1. Схема автоматизації трубчатої печі

Трубчасті печі мають, як правило, перевальну стінку і теплообмінник нагрівається нагрітим у печі газом. Залежно від потужності повітря на спалювання палива може подаватись за рахунок апсекції, або примусово, наприклад, вентилятором.

Якщо особливих вимог до процесу нагрівання продукту не висувається , то печі малої потужності можуть бути автоматизовані за допомогою одноконтурних АСР. У таких печах стабілізують, як правило лише два параметри: температуру Т нагрітого продукту на виході теплообмінника зміною витрати палива та розрідження Р завдяки впливу на положення заслінки 5.

У разі сильного збурення з боку витрати палива, використовують систему регулювання температури із внутрішніми контуром стабілізації витрати палива.

Якщо особливі вимоги висуваються до якості регулювання температури продукту після теплообмінника, а в піч надходять великі збурення з боку подавання як палива, так і продукту, то використовують каскадну систему з допоміжною координатою за температурою нагрітих газів над перевальною стінкою.


7.2. Автоматизація печей великої потужності.





Рис.7.2. Схема автоматизації трубчатої печі великої потужності.



Температура продукту на виході з теплообміника стабілізується за трьох контурною каскадною АСР, в який допоміжною координатами є температура печі за перевальною стінкою і тиском палива на виході в піч. Оптимальний процес горіння палива відбувається за величиною кисню в димових газах. Для цього може бути використана система регулювання, внутрішнім контуром є АСР співвідношення паливо-повітря ( F_т і F _пр).

Автоматичному контролю підлягають такі параметри: температура над перевальною стінкою, нагрітого продукту до і після теплообміника, витрати продукту, палива повітря, тиск палива на вході в пальник; розрідження в печі та концентрація кисню в димових газах.

У разі виникнення аварійних ситуацій печі мають автоматичний захист за трьома параметрами: припинення витрати продукту, зменшення тяги, втрати полум’я.

В усіх випадках системи захисту перекриють подачу палива у піч. Сигналізації підлягають: зменшення тиску паливного газу, підвищення температури стінок труб підігрівника, підвищення вмісту кисню в димових газах, падіння розрідження перед димососом.





7.3.Автоматичне регулювання паленищах.

При сушці, випарюванні, випалюванні і інших процесах в якості теплоносія часто використовується топочні гази, що отримуються в топках в результаті спалювання палива.

Найбільш простою є топка з інжекційними горілками:




Витрата палива в такому випадку змінюється в залежності від температури

( іншого параметру) того процесу, в котрому використовують одержані топочні гази. Співвідношення витрат палива і повітря, що підсосується з атмосфери, підтримується постійним за рахунок зміни інжекційної здатності горілки при зміні витрати палива. Температуру топочних газів відразу після топки регулюють зміною витрати вторинного повітря.


7.4. Принципи автоматизації котельних установок.

Надійна, економічна і безпечна експлуатація котельних установок можлива лише при наявності контролю теплових параметрів, автоматичного регулювання і керування технологічними процесами, сигналізації та захисту.

Основними завданнями автоматизації котельних є:

а) забезпечення вироблення необхідної кількості теплоти ( наприклад гарячої води) при заданих її параметрах - тиску і температурі;

б) досягнення економічності спалювання палива, раціонального використання електроенергії для власних потреб і зведення втрат теплоти до мінімуму.

в) забезпечення надійності і безпечності, а також збереження нормальних умов роботи кожного агрегату, що виключає можливість неполадок і аварій як самого агрегату, так і допоміжного обладнання.

Автоматизація котельної може бути повною, комплексною і частковою.

Автоматизація котельної передбачає контроль та регулювання таких параметрів:

1. Витрата пари, води, палива, а часом повітря і димових газів.
   
2. Тиску пари, води, газу, мазуту, повітря, а також розрідження в топці газоходах котла.
   
3. Температури пари, води, палива, повітря і димових газів.
   
4. Рівня води у барабані котла, циклонах, баках, деаераторах, рівня палива у бункерах і інших ємностях.
   
5. якісного складу димових газів, пари, води.
   

Автоматика безпеки котлів передбачає:

1. Контроль за правильним виконанням передпускових операцій: включення тяго-дуттєвих пристроїв, заповнення котла водою і т.д.
   
2. Контроль за нормальним станом основних параметрів ( при пускові та роботі котла).
   
3. Дистанційне розпалювання пальника.
   
4. Автоматичне припинення подавання газу до запальників після короткочасної спільної роботи запальника і основної горілки ( для перевірки горіння факела основних горілок).
   

Автоматичне припинення подавання палива в аварійних режимах і відсутності розрідження, відриву факела тощо.


8.3. Автоматизація паливоспалюючих пристроїв мікрокотлів.


Автоматика мікрокотлів, як правило стабілізуюча, має робочий терморегулятор що підтримує задану температуру гарячої води зміною витрати повітря і палива.

САР мікрокотлів, що працюють на рідкому і газоподібному паливі, забезпечують найпростіший двох або трьох позиційний закони регулювання дією на електромагнітні паливні клапани. Іноді загальний паливо провід розділяють на ділянки зі ступеневими позиційним регулюванням, але з більшою рівномірністю подачі палива, хоча, як відомо більш надійна робота має місце при перервному регулюванні. Крім терморегулятора мікрокотли обладнують технологічним захистом від перегріву води (регулятор закипання.), а також програмним пристроєм для періодичної роботи.


На рисунку представлений узагальнений рисунок-варіант автоматизації малого водогрійного котла. Загальний терморегулятор ТС , що формує керуючі дії y₁… y₃ на подачу палива П і повітря ПВ на змішувальний клапан ЗК або регульований циркуляційний насос Н. Вхідними даними є температури зовнішнього і внутрішнього повітря, зворотного теплоносія, теплоносія за котлом, закипання .Керування може також здійснюватись по заданій програмі.






Рис.8.6. Функціональна схема варіантів автоматизації мікрокотла.



7.5. Автоматика безпеки котлів.

Автоматика безпеки призначена для контролю основних теплотехнічних параметрів котла ті відсікання газу від мазуту, що подаються до горілок при відхиленні контрольованих параметрів від допустимих значень.

Вона передбачає здійснення також таких процесів:

А) Контроль за правильним виконанням передпускових операцій : включення тягодуючих

Б) контроль за нормальним станом основних параметрів (при пуску та роботі котла);

В) дистанційне розпалювання запальника із щита управління;

Г) автоматичне припинення подачі газу до запальників після короткочасної спільної роботи запальника і основної горілки ( для перевірки горіння факела основних горілок);

Д) автоматичне припинення подавання палива аварійних режимах, тобто при підвищенні тиску пари в барабані котла, зменшенні розрідження в топці, підвищенні або зменшенні рівня води в барабані, погасанні факела в топці, підвищення або зниженні тиску газу, а також при несправності самої апаратури безпеки.

Передбачення також сигналізації про порушення цих та інших параметрів котла.

Запально - захисний пристрій


Після натискання кнопки «Пуск» імпульс напруги ~ 220 В подається одночасно на вентиль запальника ВЗ і джерело високої напруги ДК (котушка запалювання). ВЗ відчиняється і газ надходить до запальника 3. З являється іскра, від якої газ запалюється. При появі факела спрацьовує фоторезистор R_фф. Керуючий прилад КП вмикає реле Р, Через контакти Р1 вмикається вентилятор горілки ВГ. Паливо, що надходить в горілку запалюється від живильника. При зниканні факела спрацьовує аварійна сигналізація.