автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка и исследование комбинированного регулирования отопительной нагрузки на тепловых пунктах

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

РГО сл

¿1 М .] '' ;-А На правах рукописи

КОСТИН Николай Николаевич

УДК 697.35.-5:62.533

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ

05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств (в промышленности)

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск ! 9 9 3

Работа выполнена на кафедре "Промышленная теплоэнергетика и теплотехника" Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель — кандидат технических наук, доцент •Копко В.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кулаков Г.Т., кандидат технических наук Яковлев Б.В.

Ведущее предприятие — Всероссийский теплотехнический институт (ВТИ)

А

I'' 1

Защита состоится "7и " декабря 1993 года в / * часов на заседании специализированного совета К.056.02.09 при Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г.Мциск, пр. Ф.Скорины, 65, ауд. 201, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан

ноября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного ^ совета К.056.02.09, д.т.н., профессор ^

А.Д.Качан

© Белорусская государственная политехническая академия, 1993

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность темы

Происходящий в настоящее время резкий рост цен на энергоносители приводит к значительному удорожанию тепловой энергии, поступающей к потребителям от ТЭЦ и котельных. Поэтому основным направлением удовлетворения потребителей в тепловой энергии является ее экономное расходование. Кроме внедрения энергосберегающих технологий в промышленности имеются большие резервы экономии теплоты в системах централизованного теплоснабжения. Значительная экономия тепловой энергии может быть достигнута путем автоматического регулирования расхода теплоты в соответствии с нуждами потребителей.

Известные методы регулирования потребления теплоты абонентами, регулирующие приборы и системы не удовлетворяют в полной мере требованиям по обеспечению необходимого температурного режима зданий, а также экономного расхода теплоты. Так, например,при преобладании в тепловом районе абонентов с двухступенчатой последовательной схемой присоединения подогревателей горячего водоснабжения или со смешанной с ограничением максимального расхода сетевой воды применяется центральное регулирование по повышенному температурному графику, который рассчитывается по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения при расходе сетевой воды равном расчетному на отТыение. У абонентов с расходом сетевой воды, отличающимся от расчетного, необходимо осуществлять изменение расхода в течении отопительного периода путем автоматического регулирования.

Кроме того, при отпуске теплоты теплоисточником по обычному отопительному графику имеют место значительные перерасходы теплоты(перстопы) в диапазоне от начала (конца) отопительного периода до нижней "точки срезки" температурного графика,- Регулирование расхода теплоносителя в данный период позволяет обеспечить не только комфортные температурные условия, но и получить значительную экономию тепловой энергии.

Работа выполнена в соответствии с Республиканской программой "Энергетика-2", утвержденной Постановлением Президиума АН Беларуси 5.12.90 г. (Раздел 2.24).

1.2. Цель работы

Основной целью работы является разработка научно обоснованного метода,оптимального принципа регулирования потребления теплоты на нужды отопления, а также разработка средств автоматизации с теоретическим обоснованием и экспериментальной проверкой алгоритмов функционирования и управлення.Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- на основании анализа возмущающих факторов на тепловой режим отапливаемых зданий, обобщения опыта по методам и принципам регулирования потребления теплоты разработать метод и схему регулирования;

- для предлагаемого метода и схемы регулирования разработать алгоритмы функционирования и управления с использованием принципа оптимизации теплового режима здания;

- разработать технические средства регулирования потребления " теплоты на отопление- многофункциональные автоматические регуляторы;

-разработать методики расчета элементов схемы рггулирования и авторегуляторов;

- произвести исследование в лабораторных и натурных условиях предлагаемых технических средств регулирования;

- выявить экономическую эффективность;

- дать рекомендации по использованию предлагаемых метода и технических средств регулирования на объектах теплопотребления,

1.3, Научная новизна

1. Впервые разработана и научно обоснована принципиальная схема комбинированного регулирования потребления теплоты на отопление зданий;

2. Схема регулирования реализована на разработанных автором технических средствах—гидравлических регуляторах расхода (типа ГРР);

3. Разработанная схема регулирования позволяет обеспечивать как изменение расхода теплоносителя по заданной программе,так и стабилизацию установленного расхода при изменении давления на вводе теплосети;

4. С участием автора разработаны с применением ЭВМ зависимости расходных характеристик для различных схем присоединения систем отопления и характеристик оборудования;

5. Предложена методика определения давления управления регулятором расхода типа ГРР;

6. Для разработанного управляющего устройства регулятора теоретически обоснована методика определения геометрических размеров клапанов;

7. Теоретически получены зависимости для расчета и подбора элементов термосистем регуляторов.

1.4. Практическая значимость

1. Реализация разработанных схем и средств регулирования теплопотребления на отопление позволяет исключить перерасходы теплоты на всем диапазоне отопительного периода. Они могут быть использованы всем)! теплоснабжающими предприятиями, потребителями и проектными организациями при новом строительстве и реконструкции действующих систем теплопотребления.

2. Разработанные многофункциональные регуляторы комплектуются на базе серийно выпускаемого регулятора типа РР, простой в изготовлении и надежной в работе корректирующей приставкой с манометрическими термосистемами. Это позволяет ускорить серийное производство регуляторов и их практическое внедрение как на действующих, так и на вновь вводимых объектах.

3. Разработана методика настройки регуляторов на действующих объектах теплопотребления с регуляторами типа ГРР.

4. Зависимости, полученные для расчета и подбора элементов термосистем регуляторов позволяют. значительно снизить приведенные затраты на опытно-конструкторские работы при проектирований новых конструкций регуляторов.

1.5. Апробация работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на постоянно действующем Всесоюзном(ныне Всероссийском) семинаре по совершенствованию управления и автоматизации систем теплоснабжения при Научном совете по комплексным проблемам энергетики РАН (Орел, 1989;Орел,1992), на научно-техническом семинаре (Орел, 1989), на областной научно-технической конференции (Орел,1990); на областном семинаре ОП ВНТО приборостроительной промышленности в 1992г., на областной научно-технической конференцин(Орел, 1992); во Всероссийском теплотехническом институте ВТИ (отделение турбин и теплофикации) в 1992г., в Российском научно-техническом обществе приборостроителей (Орловское обл. управление) в 1993г., на научно-техническом совете АО "ОРЛЭКС в 1993г., на кафедре "Приборостроение" Орловского государственного полшехнического института в 1993г.

2.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Исследование режимов работы абонентских вводов

Основным способом регулирования отпуска теплоты у теплоисточников в настоящее время является качественный,причем по отопительному 1рафиху при

соотношении нагрузок отопления и горячего водоснабжения рр = (?;Р / О, ¿0,2 и

по повышенному графику при рр = /0а а 0,2 (£)/ и £>0 - средняя нагрузка горячего водоснабжения и максимальная на отопление в тепловом районе). .

У большинства абонентов, где принят отопительный температурный график,подогреватели горячего водоснабжения присоединены по параллельной или смешанной схемам, а системы .отопления, как по зависимой схеме через. водоструйный элеватор, так и по независимой схеме через водоводяной подогреватель.

При регулировании по отопительному графику в диапазоне температур

I

наружного воздуха /„„-/„ расход сетевой воды на отопление постоянный

(/, и /„„ соответственно температуры наружного воздуха расчетная отопительная и в точке излома графика).

Расход теплоносителя в диапазоне температур наружного воздуха /*-/„„ (>'„ - температура наружного воздуха, соответствующая началу или концу отопительного периода, - +81'С) постоянен, хотя расчетный расход при 1Ы >(„и должен снижаться по мере повышения температуры наружного воздуха. Изменение расхода методом регулирования пропусками не дает должного эффекта. Поэтому в этом диапазоне температур имеют место значительные перерасходы теплоты на отопление зданий (9, )0|.

При регулировании по повышенному температурному 1рафику потребители должны быть присоединены к тепловым сетям по последовательной схеме или по смешанной с ограничением расхода сетевой воды. Общий расход воды в теплосети при этом сокращается.

Температурные графики при различных значениях рр приведены в [4,12|. На практике чаще всего имеют место значения рр от 0,2 до 0,3.

У абонентов с ра - рр расход сетевой воды должен сохраняться неизменным

t

на всем диапазоне наружных температур от /„„ до /„ . Для абонентов с ра> рр, как видно из рис. 1, требуется температурный график более высокий, чем принят в районе. Поэтому недостаточная для этого абонента температура сетевой воды должна компенсироваться увеличением расхода ее на абонентский ввод. Максимальный расход сетевой воды имеет место в точке излома графика. При других наружных температурах по мере удаления от точки излома расход сетевой

воды на ввод должен уменьшаться. Для абонентов с ра < рр положение обратное. Температура сетевой воды является избыточной на всем диапазоне наружных

г

температур, за исключением расчетной 1„. Это должно компенсироваться снижением расхода сетевой воды по мере повышения наружной температуры,

I

начиная с отопительного расхода при t„ . Снижение расхода сетевой воды тем больше, чем больше рр -рй.

Изложенные выше особенности режимов работы абонентских вводов выявили необходимость создания таких метода и средств регулирования, которые позволяли бы изменять расход теплоносителя на веем диапазоне температур наружного воздуха отопительного периода.

Такие метод и средства регулирования были созданы автором с использованием серийного регулятора расхода типа РР и разработанной корректирующей приставкой.

2.2 Метод и схемы регулирования

Автором разработан метод регулирования тепловой нагрузки на тепловых пунктах, позволяющий изменять расход теплоносителя на отопление в зависимости от температуры наружного воздуха по заданной программе, различных схем присоединения абонентов и характеристик оборудования 111, 13, 23-25]. Это было реализовано в разработанном автором многофункциональном регуляторе ГРР, основным узлом которого является серийно выпускаемый регулятор типа РР, широко применяемый в настоящее время на абонентских вводах.

Принципиальные схемы представлены на рис. 2 и 3.

Схема (рис. 2) применяется в тех случаях, когда давление теплоносителя в обратном трубопроводе после системы отопления постоянно, а в подающем трубопроводе подвергается изменениям. Схема (рис.3) может применяться когда давление теплоносителя изменается как в подающем, так и обратном трубопроводах.

при зависимой схеме присоединения систем отопления

11

Рис. 2. Принципиальная схема включения регулятора ГРР на объекте (вариант 1): 1- регулятор расхода РР; 2 - шток клапана регулятора; 3 - корпус управляющего устройства, 4,5 - клапаны управляющего устройства; 6,7 - термосистемы; 8 - дроссель;

9 - регулятор давления РДЖ; 10 - надсильфонная полость регулятора; 11 - регулятор давления "до себя", 12 - линия

управления

Рис. 3. Принципиальная схема включения регулятора ГРР на объекте (вариант 2). Обозначения 1-11 те же, что на рис. 2; 13 - приставка

Управляющее устройство 5 (рис.2) с термосисгемой 7 работает в диапазоне температур наружного воздуха от точки срезки графика до /*=+8° С, а

управляющее устройство 4 с термосистемой 6 работает от точки срезки до Г, . В

исходном состоянии,т.е. при температуре наружного воздуха 1Н = /я м, клапанки управляющих устройств системы регулирования закрыты и расход воды через клапан регулятора РР составляет (/„„, , при этом давление управления в лишш от подающего трубопровода к надсильфонной полости регулятора 10 и к выходной камере управляющего устройства 3 является максимальным. Схема действует следующим образом (рис.2).

При повышешш температуры наружного воздуха выше точки срезки графика /„„ увеличивается объем жидкости в датчике температуры наружного воздуха тсрмосисгемы 7 . Это вызывает перемещение сильфона узла перестановки и вместе с ним конусной заслонки управляющего устройства 5. Вследствие этого увеличивается площадь проходного отверстия в седле управляющего устройства. Последнее вызывает уменьшение давления в линии управления 12 и нацеильфонной полости 10 регулирующего органа регулятора 1 за счет слива управляющего теплоносителя, что обеспечивает перемещение сильфока и клапана РР вверх, тем самым уменьшается расход теплоносителя.

При понижении темперагры наружного воздуха ниже 1ни графика регулирования уменьшается объем жидкости в датчике температуры наружного воздуха термосистемы 6. Это вызывает перемещение сильфона узла перестановки и вместе с ним конусного управляющего устройства 4, а последнее увеличивает площадь проходного отверстия в седле управляющего устройства. Далее действия происходят аналогично описанному вьгше. -

Существенной особенностью этих схем является обеспечение программного изменения расхода теплоносителя у потребителя на всем диапазоне температур отопительного^периода и стабилизации этого расхода'при изменении давления в теплосети на воде.

Изменение расхода сетевой воды может осуществляться(рис.4):

- симметрично относительно нижней точки срезки;

- несимметрично относительно нижней точки срезки;

- с различными температурами нижней точки срезки;

- с различными температурами верхней точки срезки;

- с настраиваемыми различными величинами расхода;

- с настраиваемым номинальным расходом;

- с настраиваемым расходом теплоносителя выше расчетного в диапазоне температур от нижней до верхней точек срезки.

Таким образом, разработанные схемы и средства регулирования позволяю! во «сех вышеперечисленных вариантах настраивать изменение расхода теплоносителя на нужную величину на всем диапазоне температур отопительного периода в зависимости от конструктивных и технологических особенностей объекта гепчопотребления.

+в

а) симметрично относительно нижней, точки сргзкц

Вп

+В 14

В) с различными нижними точками срезки

*,вС +ВГ1

о) несимметрично „ ' относительно нижнеи точки срезки

+В

г) с различной Верхней точкой срезки

+ 0

д) с настраиваемыми разли _ ными Величинами росши

<ич-

I

-►0 *,°С

е) с настраиваемым номинальным значением расхода

снашраиЬаемыц расходам оыше. расчетного

+В

Рис. 4.Графики изменения расхода сетевой воды у абонента

(6о - относительный расход сстср.ой воды на отопление; I - темнерчгура чаружногс-

воздуха)

В

2.3. Определение давления управления регулятором расхода типа РР

Чтобы найти выражение для определения величины давления управления необходимо спроектировать все силы действующие на клапан регулятора на вертикальную ось. В результате сложения всех усилий получено 114, 21, 22]

РуЛ = PJc - № J-Щг-гМ- Щ) +

4 ЛЛ (2.1)

rj(2P, + Р2) - гкгг{Ру - Рг)+ P^d2K - ZnL + Zeh .

В этом выражении: Ру- давление управления;

Р], Р2- соответственно, давление сетевой воды во входном к в выходном отверстии

регулятора; GM - массовый расход воды; рс - плотность сетевой воды;

fk - площадь кольцевого зазора между клапаном и седлом; dk,dr - соответственно, диаметры клапана и горловины седла; гк,гг - соответственно, радиусы клапана и горловины седла; 7.п - .жесткость пружины; Zc - жесткость сильфона; L - натяжение пружины; А - перемещение клапана; /г - эффективная площадь сильфона,

2.4. Методика расчета геометрических размеров гидравлических клапанков

Для обеспечения представленных в [4] законов регулирования (рис.4) необходимо иметь наименьшее количество унифицированных конических заслонок (клапанков). Поэтому при расчете преследовалась цель использовать, в основном, переменные величины давления управления при минимальном количество конических заслонок-

С целью унификации разработанных регуляторов принят ход узла

перестановки термосистемы, работающей в диапазоне ¡ии- t\ , равным 2 миллиметра, а термосистемы, работающей в диапазоне tHa - lH - 4 им.

Принципиальная схема гидравлического управляющего устройства приведена на ряс.2 и 3.

В |14] определена зависимость отношения давления управления Ру к давлению на в§оде Р1 от отношения площади кольцевой зоны вокруг клапанка / к пдощади отверстия дросселя /0.

Т = ТГп-,' гдет = (///о)5. (2.2)

/д 1 + ш

Для определения углов конусов клапанков управляющего устройства в |14) приведена зависимость

- / = (2.3)

4 4 „

где 2) - диаметр трубки линии управления; £ - длина' хода клапана; 2а - угол

конического клапанка.

Геометрические размеры 13 типоразмеров клапанков приведены в 116].

2.5. Методика расчета термосистем-приводов клапанков

Для определения- необходимого объема жидкости датчика манометрической термосистемы |18] обычно используют формулу

vs= <а = /»■> ^. ' (2.4)

...

(/3-3«^" (fi-iajbtj где ЬУг - изменение объема жидкости-заполнителя термобаллона, вызванное изменением температуры; ¡) - коэффициент объемного расширения жидкости-заполнителя термосистемы; а9 - коэффициент линейного расширения материала датчика-термобаллона; Ltd - tk - /0 - изменение температуры датчика (зона пропорциональности); tk - конечная температура регулирования; /а - начальная температура регулирования; S^ - эффективная площадь чувствительного элемента исполнительного механизма; h^ - ход штока чувствительного элемента исполнительного механизма' - ход клапана регулирующего органа.

Сопоставление расчетных данных по форрмуле (2.4) с экспериментальными показывает, что для отдельных термосистем расхождение составляет до 400% [8, 17j. Эта разница обусловлена тем, что при ад = const и /? = const (когда зона пропорциональности мала) формула (2.4) не учитывает явлений, связанных с изменением давления в термосистеме.

Изменение давления в термосистеме прямо пропорционально изменению давления регулирующей среды, усилию со стороны клапана регулирующего органа и обратно пропорционально эффективной площади сильфона исполнительного механизма. С увеличением давления в термосистеме объем жидкости вследствие сжимаемости уменьшается, а объем термосистемы увеличивается, что приводит к увеличению зоны пропорциональности регулятора и уменьшению коэффициента передачи.

До настоящего времени уточненный объем термобаллонов чаще всего определялся экспериментально, что требует многократного изменения геометрических размеров, перезаполнения, проверок, т.е. много времени и средств. Для уменьшения объема работ на практике чаще всего объем датчиков берут заведомо завышенным, что уменьшает зону пропорциональности.

Регуляторы с малой зоной пропорциональности применимы не для всех объектов регулирования. Эти регуляторы обеспечивают сравнительно высокую точность регулирования, однако в некоторых случаях система регулирования бывает неустойчива.

Кроме того, в случае малой зоны пропорциональности снижается надежность термосистемы вследствие большого числа перемещений привода исполнительного механизма и значительных давлений в ней при температурных перегрузках.

Из приведенного следует, что объем датчика термосистемы необходимо выбирать более точно и формула (2.4) требует корректировки. Изменение объема должно быть скомпенсировано приращением объема жидкости термосистемы, вызванном повышением температуры датчика [18]. С учетом этого формула (2.4) в общем виде примет вид

АК, + АК,+АГг ' (/1-3«,). Л1, v '

где А К, - изменение объема жидкости-заполнителя термосистемы, вызванное изменением давления в ней; - суммарное изменение объема элементов термосистемы, вызванное изменением давления в ней.

"Одним из основных элементов термосистем является сильфон. В работе [18] автором на основании теории симметричного изгиба круглой кольцеобразной пластпны аналитически выведено выражение для определения 'изменения объема сильфона от изменения давления

Д^=16 (2.6)

т - число гофров сильфона, сг - величина, являющаяся функцией диаметров наружного 0„ и внутреннего dH кольцеобразной пластины сильфона. Значения сг определены на ЭВМ для возможных соотношений dH / D„ и приведены в таблице [18], АР - перепад давления на пластине; Е - модуль упругости; R„ - радиус пластины по наружной образующей; Зп - толщина стенки сильфона.

В конечном виде автором получено выражение для определения объема датчика термобаллона

У = SUI, ■ h„„ +У„а ■ с Рг + АУ2 ' (/9-3 а,)-Ыв-еРТ ' В этом выражении VK„ - суммарный объем жидкости-заполнителя вспомогательных элементов системы (#ншк, соединительные капилляры, задатчик, исполнительный механизм); f. - коэффициент сжимаемости жидкости;

Рг - давление, возникающее в термосисгеме при перемещении клапана регулирующего органа;

В частном случае, когда термосистема имеет один сильфон, а изменение объема цилиндрических элементов ее равно нулю (АУк = 0) формула (2.5) будет иметь вид:

у__Д "г (■} оч

(/?-За>Д/„-£Рг ' '

В тех случаях, когда вместо одного датчцка применяют несколько датчиков, работающих в одном температурном диапазоне, то объем каждого из них подсчитывают по формуле (2.7). Такое решение по установке датчиков в различных точках объекта принимаете)! с целью получения усредненного значения.

Иногда практическое применение находят термосистемы с двумя датчиками-термобаллонами, работающих в различных температурных диапазонах, например, термосистемы регуляторов температуры прямого действия для систем отопления, регулирующие расход теплоносителя по соотношению температур теплоносителя и наружного воздуха [9]. Для таких случаев предлагается следующее выражение

у _ ^¡ш'/Ьш + Ка -е-Рг + йУ] „х

' ЦЗ-Ъс,4).Ыа-{\+фРт'

Это выражение при определении объема жидкости в одном датчике учитывает дополнительно сжимаемость жидкости-заполнителя в другом.

Абсолютные значения изменений объемов сильфонов термосистем жидкости-заполнителя и их соотношение. с одной стороны, зависят от эффективных площадей выбранных сильфонов и запаса по статическому давлению, а с другой,- от объема жидкости и ее коэффициента сжимаемости.

Использование в инженерной практике предлагаемых выражений не только значительно сокращает время определения необходимого объема датчика-термобаллона жидкостных термосистем, но и повышает качественные характеристики автоматизированного объекта регулирования.

Исследованные особенности термосистем необходимо учитывать не только дня определения объема датчика, необходимого для перестановки клапана регулирующего органа, но и для стабилизации температуры начала регулирования.

2.6. Методика определения эксплуатационных параметров абонентских вводов

При отопительном графике центрального качественного регулирования в диапазоне температур наружного воздуху от точки излома до расчетной расход воды на отопление постоянный и определяется известным способом. В диапазоне температур начала (конца) отопительного сезона до температуры в точке излома

расход воды уменьшается с увеличением /, и определяется по методике проф. Зингера Н.М.

Для тцпиппгниш графиков центрального регулирования с рр от 0 до 0,3 через интервал 0,1 в ВТИ с участием автора разработана программа расчета на ЭВМ нормативных параметров абонентских вводов с последовательной и смешанной схемами присоединения подогревателей горячего водоснабжения. Построены графики зависимостей относительных расходов воды от относительных отопительных нагрузок (рис. 1) или |4, 12].

Приведенные графики охватывают большинство условий, при которых в настоящее время осуществляется отпуск теплоУы в системах теплоснабжения от ТЭЦ и котельных и могут быть использованы в качестве номограмм для определения требуемых расходов воды при подборе корректирующих приставок к регуляторам расхода типа РР и их наладке.

При смешанных схемах присоединения абонентов к тепловой сстн расход воды при всех температурных графиках соответствует нижним кривым на рисунках, построенным при условии рв = 0.

Предлагается следующая методика определения расходов воды, которые должны обеспечиваться регулятором расхода с корректирующей приставкой.

1. По известному температурному графику тепловой сети (температуре сетевой воды, соответствующей началу излома графика) определяется

относительная нагрузка горячего водоснабжения рр, на которую этот график был

рассчитан.

2. При заданных значениях расчетной нагрузки отопления (?а и средней нагрузке горячего водоснабжения абонентского ввода определяется относительная нагрузка горячего водоснабжения ввода ра = О? / С>0.

3. При значениях ра и р? по графикам для зависимой или независимой схем присоединения систем отопления определяются относительные расходы при наружных температурах, соответствующим расчетным условиям С, началу излома графика 0„ и концу отопительного сезона 6\.

Если требуемая величина относительного расхода воды О для зависимого присоединения отопления меньше допустимой, показанной на рис.1 штриховой линией, то в качестве относительного расхода следует принимать допустимое ею зчачеш ¡с.

4. Абсолютные значения расходов воды при указанных выше наружных температурах и известном расчетном расходе' поды на отопление определяются по формуле

0 = 0(7(5.

2.7. Экспериментальные исследования

Для прозерки приведенных теоретических зависимостей по расчету элементов системы автоматическою регулирования, выявления характера

поведения элементов регулятора в системе, определения точности регулирования проведены лабораторные стендовые испытания как отдельных элементов системы регулирования (РР, дросселирующие устройства, гидравлические клапанки, тсрмосистсмы), так и регулятора в целом. Кроме того, проведены натурные испытания объектов, автоматизированных по предлагаемому методу. '

2.7.I. Лабораторные испытания регулятора РР, подбор дросселирующих устройств

С целью выявления недостающих характеристик и параметров ГРР проведены лабораторные испытания серийно выпускаемого регулятора расхода типа РР lia лабораторном стенде ¡15]. Результаты обработаны соответствующим образом и приведены в этой же работе.

Для обеспечения стабилизации давления управления был выбран серийно выпускаемый регулятор типа РЖД и экспериментальным путем определены необходимые дросселирующие устройства, устанавливаемые на линии управления после РДЖ 115, 20j.

2.7.2. Эксперимеитыъная проверка методики расчета термосистем

Целью исследований явилась экспериментальная проверка методики расчета термосистем. Испытаниям подвергались сильфоны, являющиеся основным элеметом регуляторов манометрического типа. Схема экспериментальной установки н результаты эксперимента представлены в |19|. В результате анализа экспериментальных данных установлено:

- зависимость изменения объема сильфонов от давления подчиняется линейному закону, что согласуется с принятыми гипотезами;

- абсолютные значения изменения объема сильфонов при одинаковых величинах наружного и внутреннего давления практически равны;

- разница между изменениями объема сильфонов в нейтральном, растянутом и сжатом положениях несущественна и ею можно пренебречь;

- ошибка эксперимента составила не белее 1%.

Для проверки расчетных формул (2.5...2.9) испытывялись термосистемы, изготовленные с применением расчетных типоразмеров сильфонов.

Схема лабораторной установки и обработанные результаты представлены в [19]. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными показало их хорошую сходимость (разница не более 15%).

2.7.3. Экспериментальные исследования регуляторов типа ГРР по выявлению их функциональных особенностей в схемах регулирования

Целью исследования являлось подтверждение изменения расхода теплоносителя по законам, приведенным на рис. 4, а также проверка стабилизации расхода теплоносителя при изменении его давления.

Лабораторные испытания проводились на гидравлическом стенде, принципиальная схема которого представлена в [15).

В ходе экспериментов получены следующие результаты:

- экспериментально определен диаметр дроссельной диафрагмы в линии управления регулятора, равный 1,3 мм и обеспечивающей заданные ходи клапанков:

■ - найдена зависимость между давленом управления и изменением расхода теплоносителя. Эти данные представлены н- рис. 5;

- проверена линейность расходных характеристик ГРР, что видно из рис. 6. Эга результаты подтвердились расчетом;

- выявлено симметричное изменение (через интервал 0,1) расходных характеристик ГРР при изменении давления управления (рис. 5);

- исследовано асимметричное изменение расходных характеристик ГРР (рис.7);

- получена повышенная расходная характеристика (рис. 8) при температурах наружного воздуха ниже температуры точки излома;

- экспериментально подтверждена устойчивая работа регулятора в соответствии с требуемыми условиями регулирования (рис. 4).

2.3. Натурные испытания автоматизированного объекта

Натурные испытания ГРР проводились в тепловом пункте Дома Союзов Белсовпрофа г. Минска и в АО "Орлзкс" г. Орла.

2.8.1. Испытание на объекте в г.Минске а апреле-мае 1993г.

Источник теплоснабжения - ТЭЦ-4. Отпуск теплоты производился по отошггелькому графику с параметрами теплоносителя 114-70" С. Отопительная нагрузка - 0,68 Гкал/час. Схема присоединения системы отопления - независимая, горячего водоснабжения - двухступенчатая смешанная.

Установлен ГРР с клапаном РР-80. Для измерения расхода теплоты -дифманометр типа ДМ с прибором КСД-1 и преобразователем - счетчиком ФС.

Температура сетевой воцы юмерялась с помощью измерительного моста КСМ-4.

Температура внутреннего воздуха в двух контрольных помещениях измерялась также прибором КСМ-4.

Эффективность автоматизации объекта проводилась на основании сопоставления расхода сетевой воды при одинаковых температрах наружного воздуха /,=5" С путем включения-выключения ГРР. Испытания показали, что расход воды в среднем снижался до 28% против 36% расчетного значения. Последнее объясняется заниженным графиком температур сетевой воды от ТЭЦ-4.

V 0,0 0,1 о,ь

0,25

'/У '

/ 1 Рц=1А Нгцтг

1 Клапан N1 [ 1 Клапан N13

1,0 0,9 0,8 0,7 0,4 0,5

ор

-25 с

Рис. 5. Симметричное изменение (через интервал 0,1) расходных характеристик ГРР при изменении даапения управления Р., кГс/см2

Рис. 6.К определению линейност 16

Ч Л,мм

I изменения расходных характеристик (Л - ход клапанка)

Рис. 7. Асимметричное изменение расходных характеристик ГРР

Рис. 8.Повь:шси:ше рас.*.тине характеристики регулятора (отточки ил/юма ---(''С до расчетной отопительной температуры наружного

в» суха /„„ = -25°С) Т7

2.Н.2. Испытания на объекте АО "Орлзкс"г. Орла

Источник теплоснабжения - ТЭЦ. Отпуск теплоты производился по повышенному графику с параметрами 130-70° С.

Отопительная нагрузка - 3,2 Гкал/час. Схема присоединения систем отопления и горячего водоснабжения - двухступенчатая последовательная.

Установлены следующие приборы регулирования и контроля параметров теплоносителя: ГРР с регулятором РР, теплосчетчик ДМЭР+ФС+датчики ТСП.

Испытания проводились при температуре наружного воздуха /„ =-15° С и

при I, = +5° С по методике, изложенной в предыдущем опыте.

В результате испытаний было установлено уменьшение расхода теплоносителя как в диапазоне от точки срезки до /„ = -15°С, так и в диапазоне от

нижней точки срезки до = +5°С. Установлено снижение расхода сетевой воды в среднем на 8-10% от текущего значения расхода теплоты.

ВЫВОДЫ

1. Значительный рост цен на энергоносители привел к существенному удорожанию тепловой энергии. Поэтому экономия тепловой энергии путем внедрения средств автоматического регулирования потребления теплоты, обеспечивающих значительное снижение перерасхода теплоты на отопление яачяется весьма актуальной задачей.

2. Путем анализа возмущающих факторов, действующих на тепловой режим отапливаемых зданий, изучения методов регулирования, а также особенностей систем теплопотребления выявлена необходимость разработки нового метода регулирования.

3. В настоящее время широкое распространение в системах теплоснабжения получили регуляторы расхода типа РР, которые обеспечивают стабилизацию расхода сетевой воды в системе отопления, но не снижают перерасход теплоты в течение отопительного периода.

4. Рлзработаны и научно обоснованы метод и схема регулирования расхода теплоносителя на тепловых пунктах, которые позволяют осуществлять местное комбинированное регулирование потребления теплоты на отопление на всем диапазоне отопительного периода.

5. С участием автора разработаны с применением ЭВМ зависимости расходных характеристик для различных схем присоединения абонентов и характеристик оборудования.

6. На основе серийно выпускаемого регулятора расхода РР разработан многофункциональный комбинированный регулятор типа ГРР, позволяющий обеспечивать как изменение расхода теплоносителя по заданной программе, так и стабилизацию его при изменении давления на вводе теплосети.

7. Получены аналитические зависимости для расчета и оптимизации характеристик элементов систем регулирования: клапанки управляющего устройства, термосистемы, приставка к РР.

8. Проведенные гидравлические испытания ре1улятора расхода подтвердили теоретические расчеты. При изменении давления управления от 0 до 0,12 МПа величина снижения расхода сетевой волы достигает 60% от начального значения.

9. Разработана методика определения эксплуатационных параметров абонентских вводов, необходимых для выбора типоразмера регулятора и ею настройки.

10. По результатам работы получены два авторских свидетельства и одно положительное решение.

11. Результаты работы (схема реагирования и многофункциональный комбинированный регулятор типа ГРР) внелрены: Дом Союзов Белсовпрофа в г. Минске, 2 системы теплопотребления в АО "Орлэкс" в г. Орле и в ЖРЭО г. Орла на 3-х объектах.

3. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Косшн H.H., Клочков А.Н., Михайлов И.Т. Разработка автоматизированной системы контроля микроэлектронных тензопреобразователей на базе ЭВМ Искра-1265. В сб.: Разработка и внедрение средств автоматизации для технико-экономических разработок,-Орел, 1989. -С.42-45

2. Костин H.H., Михайлов И.Т. Методы подготовки инженерно-технических работников в ПО "Промприбор". В сб. : Разработка и внедрение средств автоматизации для технико-экономических разработокгОрел,1989,-С.12-13

I. Костин H.H. Прогнозирование разброса технических характеристик регуляторов температуры прямого действия. В сб.: Пути повышения надежности приборов и систем.-Орел, 19S9.-C. 3-7.

4. Костин H.H. К вопросу автоматизации центральных тепловых пунктов. В сб.: Пути повышения надежности приборов и систем.-Орел, 1989. -С.14-16.

5. Костин H.H. Регуляторы температуры для автоматизации бойлеров. Информ. л. №89-9/Орловский МТЦ НТИПгОрсл, 1989.-4с.

6. Косшн H.H., Михайлов И.Т. Применение микропроцессоров в системах регулирования температуры, давления, уровня, скорости Орловским ПО "Промприбор". В сб.: Обновление выпускаемой продукции Орловским производственным объединением "Промприбор'г Орел,1990.-С.З-7.

7. Костин H.H., Михайлов И.Т. Научно-методическая подготовка специалистов на филиале кафедры Орловского производственного объединения "Промприбор" Московского института приборостроения. В сб.: Обновление выпускаемой продукции Орловским производственным объединением "Промприбор",-Орел, 199Ü .-С. 50-56.

8. Костин H.H. Диагностика регуляторов температуры и давления для систем теплоснабжения, холодильной и дизельной техники. Орловское АО "Промприбор гОрел, 1992.-С. 3-41.

9. Костин H.H., Курбан В.Д. О выборе регуляторов температуры прямого действия для теплопотребления. В сб.: Обновление выпускаемой продукции (города Сафонове, Улан-Удэ,Старая Русса,Тарту, Новосибирск, Могилев-Подольский).-Орел, 1992,- С.21-30.

10. КостинН.Н. Автоматизация '- основной источник экономии топливно-энергетических ресурсов. В сб.: Автоматизация теплопотрсбляющих систем и установок. Орловское ВНТО.-Орел, 1992. -С.3-7.

II. Костин H.H. Анализ структуры построения й приборов для систем местного автоматического управления тепловым режимом огапливаемых зданий. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВИТО," Орел, 1992. -С- 7-15.

12. Костин H.H. Анализ особенностей объектов теплопотребления обеспечиваемых теплом по повышенному графику. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТО.-Орел, 1992.-С. 15-22.

13. Сергеев И.С.,Костин Н.Н.,Курбан В.Д. Новая установка для регулирования расхода тепла. В сб: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТО.-Орел,1992.-С.22-27.

14. Костин H.H. Определение давления управления регулятора расхода типа РР с корректируют»! приставкой. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТО.-Орел, 1992.-C.27-3!.

15. Костин H.H. Результат экспериментальных исследований работы регулятора расхода типа РР. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТОгОрел.1992. -C.3J-35.

16. Костин H.H. Расчет геометрических размеров пираплическюс клапанков регулятора расхода типа РРс корректирующей приставкой. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТО.-Орел, 1992.-С. 35-39.

17. Костин H.H. Анализ исследований по датчикам манометрического типа различной инерционности.В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТОгОрел,1992.- С, 39-42.

18. Костин H.H..Курбан В.Д., Сергеев И.С. Методика расчета манометрических термосистем регуляторов температуры прямого действия. В c6j Автоматизация теплопотребляюших систем и установок. Орловской ВНТО.-Орел, 1992.-С.42-45.

19. Костин H.H. Экспериментальная проверка методики расчета манометрических термосистем. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТО.-Орел, I992.-C. 45-56.

20. Костин H.H. Датчик-реле разности давлений для стабилизации перепада на абонентских вводах. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТОг Орел, 1992. - С.56-61.

21. Костин H.H., Курбан В.Д. Новые разработки Орловского ПО "Промпрнбор" по приборам для систем теплоснабжения, вентиляции и горячего водоснабжения. В сб.: Автоматизация теплопотребляющих систем и установок. Орловское ВНТО.-Орел, 1992.-С. 61-69.

22. Костин H.H.,Курбан В.Д. Методика определения норм герметичности измерительных и контролирующих приборов и устройств. В сб.: Флуктуационные методы измерений и контроля. Орловское ВНТО.-Орел, 1992.-С, 57-66.

23. A.c. №1640678 (СССР) Термссистена/ И.С. Сергеев, Л.Ф. Куклик, М.Г.Киселев, В.Д.Курбан, H.H. Костин и В.В.Сосидка.- Опубл. в Б.И., 1991;№13.

24. А-с. №1709274 (СССР) Устройство двд регулирования расхода теплоносителя, И.С.Сергеев, H.H. Костин, В.Д. Курбан, Н.М. Зингер, В.В. Сосидка и В.В.Заянчковсккй - Опубл. в Б.И., 1992;№4.

25. Полож;ггельное решение ВНИИГПЭ по заявке №4778758/219/139688 Трехходовой регулирующий клапан., И.С.Сергеев,H.H. Костин, В.Д. Курбан, Б.А. Красильников и В. В. Сосидка.