Лекция 12-2 АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ СХ

ТЕМА 10

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Под энергообеспечением понимают надежное и бесперебойное обеспечение сельских потребителей топливом, теплотой, электро­энергией, газом, теплыми воздухом и водой, горячей водой и па­ром.

Потребление энергии человечеством из года в год растет по экс­поненте. За последнее столетие в мире израсходовано энергии боль­ше, чем за всю историю своего развития, а за минувшую четверть века суммарное потребление возросло в 5 раз.

Так, например, сельское хозяйство России с учетом местных видов топлива (в основном биомассы) по­требляет в год более 130 млнт условного топлива (т у.т.), что состав­ляет около 10 % потребляемой энергии в целом по стране.

Огромное количество энергии расходуется в растениеводстве и на транспорте — около 50 %, в быту и коммунальном хозяйстве — 40 %, животноводстве —10 %.

По структуре потребления жидкое топливо составляет около 35 %, уголь — 30, местное топливо — 15, газ — 12 и электроэнергия — 8 %. От 60 до 80 % энергии этих источников преобразуется в тепло­вую энергию. Она расходуется на отопление жилых и производст­венных помещений, приготовление пищи и корма, подогрев воды и получение пара, подогрев почвы и воздуха в теплицах и т. п.

Автоматизация систем энергообеспечения имеет большое зна­чение, поскольку без нее невозможно организовать экономичное, надежное и бесперебойное энергоснабжение сельских потребите­лей. Она является основным средством повышения безопасности труда, КПД и энергосбережения при преобразовании, передаче и использовании энергии.

 

 

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ

 

 

Теплоснабжение сельского хозяйства осуществляют в основ­ном от котельных и отдельных котлов низкого давления, теплоге­нераторов и электронагревательных установок.

Котлы используют весьма широко, несмотря на их значительную металлоемкость и повышенную себестоимость тепловой энергии, а также большие потери теплоты при ее передаче от котельных к потребителям. Высокие пожароопасность и загрязненность отходами свойствен­ны таким котлам. На их эксплуатации только в сельском хозяй­стве занято более 500 тыс. операторов. Повсеместный переход на теплоснабжение от электроустановок в существенной мере устра­няет указанные недостатки, но сдерживается дефицитом и высо­кой стоимостью электрической энергии, а также малой пропуск­ной способностью сельских распределительных электросетей. Ав­томатизация котлов и теплогенераторов существенно облегчает труд операторов и частично их сокращает, повышает надежность и оперативность работы оборудования и снижает себестоимость по­лучаемой теплоты, уменьшает на 10% расход топлива. В то же время есть ряд потребителей, получающих теплоту только от элек­трической энергии, например инкубатории, электросварочные ус­тановки, установки локального обогрева молодняка птицы и жи­вотных, электрокалориферы и электроплиты.

В сельском хозяйстве используют паровые котлы типа

- KM, KB, ДКВР, МЗК паронроизводительностью 200...4000 кг/ч, давлением 0,1...1,3 МПа, температурой 110..190°С.

В котельных тепличных комбинатов установлены пароводяные котлы типа

- АВ, АПВ, ПТВМ, КВГМ, ДКВР, ДЕ и др. Такие котлы в водогрейном режи­ме подогревают воду до температуры 70...95°С для обогрева теп­лиц, а в паровом режиме вырабатывают пар давлением 0,2 МПа и температурой около 130 °С для пропаривания почвы и собствен­ных нужд.

Объем автоматической котельной установки рассмотрим по технологической схеме производства пара (рисунок 1).

Рисунок 1 – Технологическая схема производства пара в котле (а) и схема связей между основными управляющими воздействиями и регулируемыми параметрами (б)

 

Топливо G_Т и воздух G_В поступают в топку Т котла. Продукты сгорания отдают теплоту воде, циркулирующей по контуру: бара­бан котла (БК) — опускные трубы (ОТ) — подъемные трубы (ПТ) — барабан котла. Пароводяная смесь в барабане котла разде­ляется на пар и воду. Пар G_П под давлением р_б подается в паропе­регреватель ПП, где его температура повышается до t_П, а вода из барабана котла вновь опускается в нижний коллектор. Температу­ра перегрева пара регулируется количеством воды G_ВПР, впрыски­ваемой через регулируемый клапан РК в пароохладитель ПО. Не­обходимый для окисления топлива воздух G_B нагнетается в топку котла дутьевым вентилятором ДВ через воздухоподогреватель ВП, в котором его температура повышается за счет теплоты выпускных газов.

Движение выпускных газов G_Г создается дымососом ДС и регу­лируется направляющим аппаратом НА таким образом, чтобы в верхней части топки было небольшое разрежение S_Т, исключаю­щее «выбивание» выпускных газов в помещение котельной.

Питательная вода G_ПB подается в барабан котла через регулирующий питательный клапан РПК и водяной экономайзер ВЭ, где ее температура также повышается за счет теплоты выпускных газов. Количество подаваемой воды G_ПВ должно обеспечить стабилиза­цию уровня воды Н_б в барабане котла. В процессе выработки пара солесодержание воды С_В в барабане котла постоянно растет. Для поддержания этого параметра на допустимом уровне выполняется непрерывный сброс (продувка) части воды G_ПР из нижней части барабана.

Таким образом, основными регулируемыми параметрами котла являются производительность G_П, давление р_П, температура t_П, причём первый параметр должен изменяться в соответствии с потреб­ностью потребителя, а р_П и t_П должны быть стабилизированы. Ста­бильно высокой должна быть и экономичность работы котла, оцениваемая по содержанию О₂ в выпускных газах. Вспомогатель­ные регулируемые параметры - уровень воды в барабане Н_б, ее солесодержание С_В и разрежение в топке S_T.

Перечисленные параметры изменяются в результате регулиру­ющих воздействий, а также под действием внешних и внутренних возмущающих воздействий, носящих детерминированный и слу­чайный характер. При этом выходная регулируемая величина од­ного участка является входной по отношению к другому. Напри­мер, давление в барабане котла р_б — выходная величина по отно­шению к подаче топлива G_Т и входная для участка реагирования производительности пара G_П.

Таким образом, котел — это сложная динамическая система с несколькими входными и выходными величинами. Для такой системы можно выделить ряд каналов регулирующих воздействий (сплошные линии на рисунке 1, б), а остальные принять как возму­щающие. Переходные процессы в котле протекают достаточно быстро, и поэтому выполнение технологических процессов с по­мощью ручного управления невозможно. Водогрейные котлы обо­рудуют регуляторами процесса сжигания топлива, а паровые кот­лы — еще и регулятором питания котла водой.

Процесс управления сжиганием топлива объединяет три взаи­мосвязанные СУ: управления тепловой нагрузкой (т. е. мощ­ностью котла); управления экономичностью процесса сжигания топлива; стабилизации разрежения в топке.

Управление тепловой нагрузкой сводится к стабилизации тепло­вой нагрузки котла, и поэтому соответствующий регулятор назы­вается регулятором тепловой нагрузки (РТН).

Тепловая нагрузка или мощность котла в установившемся ре­жиме пропорциональна его паропроизводительности G_П, а после­дняя пропорциональна давлению пара в барабане р_б.

Процесс выработки пара представлен на схеме (рисунок 2, а). Регу­лируемый параметр — давление пара в барабане р_б, а регулирую­щее воздействие — изменение подачи в топку количеств топлива G_Т и воздуха G_В, результатом чего является изменение количества теплоты Q, выделяемой в топке, и давления в барабане р_б. Основ­ным внешним возмущением при регулировании р_б является изме­нение потребления пара G_П и подачи питательной воды G_ПВ. Оба этих возмущения не связаны с работой топки и воздействуют только на режим работы котла.

В существующих способах регулирования тепловой нагрузки объединены принципы регулирования по отклонению и по возму­щению в зависимости от того, работает котел в базовом или регу­лирующем режиме.

В базовом режиме задача РТН — стабилизация тепловой на­грузки котла Q. При сжигании твердого топлива тепловую на­грузку котла оценивают по его паропроизводительности, а при сжи­гании газа или жидкого топлива она может быть определена по расходу топлива. Подачу твердого топлива G_Т в котел регулиру­ют, изменяя длину хода плунжера пневмозабрасывателя или час­тоту вращения пылепитателей (в зависимости от способа сжига­ния топлива).

а) б)

Рисунок 2 – Структурные схемы

парового котла при изменении (возмущении) по­требления пара (а): 1-топка; 2- котел и регулятора экономичности «топливо–воздух» (б)

 

Подачу жидкого топлива изменяют с помощью регулирующего клапана, а газообразно­го — регулирующей заслонки на газо­проводе к котлу.

САУ в базовом режиме настраивается таким образом, чтобы учитывать толь­ко внутренние возмущения (напри­мер, изменение качества топлива и т. д.) и не реагировать на внешние (измене­ние потребления пара). При измене­нии потребления пара, о чем свиде­тельствует соответствующее изменение давления р_б, главный регулятор изме­няет задание подчиненным ему РТН отдельных котлов. В случае необходимости любой котел может быть переведен в базовый режим ра­боты и обратно.

Практически приемлемая неравномерность (ошибка) регули­рования давления пара р_б для отопительно-производственных ко­тельных составляет 0,15…0,2, МПа.

Управление экономичностью процесса сжигания топлива. Регули­рование количества воздуха, подаваемого в топку, является основ­ным условием экономичной работы котла, которое обеспечи­вается регулятором экономичности (РЭ), автоматически поддер­живающим расчетное соотношение между количествами подавае­мых в топку котла топлива G_T и воздуха G_B (рисунок 2, б).

Схема «топливо — воздух» применима в случае работы котла на газообразном топливе, расход которого может быть точно изме­рен. Расход воздуха в схемах РЭ измеряется по перепаду на возду­хоподогревателе (∆р_ВП). При сжигании твердого и жидкого топли­ва в котлах малой мощности характеристикой расхода топлива мо­жет быть принято положение исполнительного механизма ИМ ре­гулятора РТН.

Наиболее точный способ контроля экономичности процесса горения — измерение содержания кислорода в выпускных газах. Использование этого параметра в схемах регулирования сдержи­вается невысокой надежностью серийных газоанализаторов.

Во всех рассмотренных схемах регулирующим органом РЭ яв­ляется направляющий аппарат (НА) дутьевого вентилятора ДВ (см. рисунок 1).

Стабилизация разрежения в топке. Наличие небольшого (20…30 Па) постоянного разрежения в верхней части топки ис­ключает выброс газов в помещение котельной, способствует ус­тойчивости горения и является косвенным признаком мате-риаль­ного баланса между нагнетаемым в топку воздухом G_B и выпуск­ными газами G_Г.

Регулятор разрежения воздействует на направляющий аппарат НА дымососа ДС (см. рисунок 1), а при работе дымососа на группу котлов — на поворотную заслонку в газоходе за водяным эконо­майзером. Топка котла, как объект регулирования разрежения об­ладает весьма незначительной инерцией.

Автоматическое управление процессом питания котла водой определяется жесткими требованиями к точности поддержания ее уровня в барабане Н_б, которые объясняются опасностью заброса воды в пароперегреватель («перепитка» котла) или оголения и пе­режога экранных труб («упуск» уровня).

Особенность барабана котла как объекта регулирования — за­полнение его двухфазной средой (пароводяной смесью), плот­ность которой существенно зависит от давления.

Схемы автоматических регуляторов питания котла водой раз­личны.

Самая простая из них — одноимпульсный регулятор (рисунок 3, а), действующий по отклонению уровня в барабане Н_б с помощью датчика LЕ и регулятора LС. Недостаток схемы: низкое качество стабилизации уровня. Для повышения качества исполь­зуют двухимпульсный регулятор (рисунок 3, б), действующий по отклонению уровня воды в барабане Н_б (датчик LЕ), с автомати­ческой компенсацией изменения потребления пара G_П (датчик FE1). Это уже комбинированная САР, учитывающая отклонение регулируемой величины и воз­мущающее воздействие по G_П.

Наилучшие эксплуатационные характеристики имеет трехимпульсный регулятор (рисунок 3, в), который стабилизирует уровень воды в барабане не только по сигналам изменения уровня и отбо­ру пара G_П, но и по изменению подачи воды (датчик FE2).

Рисунок 3 - Функциональные схемы регулятора уровня воды в барабане котла:

а — одноимпульсный; б — двухимпульсный; в — трехимпульсный;

1 - пароперегреватель; 2 - барабан; 3 - водяной экономайзер; 4 - регулирующий питательный клапан; 5 - питатель­ный насос

 

Автоматизация деаэрационных установок. Эти установки пред­назначены для удаления из питательной воды растворенных газов, способствующих коррозии металлических поверхностей нагрева котла и трубопроводов тепловых сетей. Остаточное содержание кислорода в сетевой воде для стальных водогрейных котлов не должно превышать 0,05 мг/кг, а в питательной воде для паровых котлов — 0,03 мг/кг.

Деаэратор представляет собой подогреватель, в котором одно­временно с нагревом питательной воды происходит выделение, а затем удаление растворенных в воде газов. Конструкция установки (рисунок 4, а) объединяет деаэрационную головку 1 и бак-акку­мулятор 2 деаэрированной воды. Питательный насос 3 перекачи­вает воду из бака-аккумулятора в барабаны котлов. Количество этой воды для каждого из котлов определяется работой своего ре­гулятора уровня.

В деаэрационной головке 1 создаются встречно-направленные потоки греющего пара (снизу-вверх) и деаэрируемой воды (сверху-вниз), в процессе перемешивания которых происходит нагрев воды до температуры кипения, что является необходимым условием эффективности процесса деаэрации.

Рисунок 4 – Схемы автоматизации деаэрационных установок:

а — атмосферный деаэратор:

1 - головка деаэратора; 2 - бак-аккумулятор; 3 - питательный насос;

б — вакуумный деаэратор: 1 - эжектор; 2 - бак рабочей воды; 3 - циркуляционный на­сос; 4 - бак-аккумулятор; 5 - корпус деаэратора; 6 - водяной подогреватель

 

В паровых котельных широко применяют деаэраторы атмос­ферного типа, давление в которых равно 0,12 МПа, что соответ­ствует температуре насыщения 104 °С. Стабилизация этого пара­метра обеспечивается работой регулятора давления PC, действую­щего обычно по ПИ-закону.

Естественно, в цикле котельных установок неизбежны потери рабочего тела (пара и воды). Эти потери восполняются химически очищенной водой (ХОВ), поступающей на деаэрацию вместе с по­током конденсата.

Косвенный показатель соответствия между необходимыми количествами воды для питания котлов и деаэрированной смеси конденсата и ХОВ — постоянство уровня воды в аккумуляцион­ных баках. Этот параметр поддерживается регулятором уровня LC с помощью регулирующего клапана на линии подачи ХОВ в деаэрационную головку.

Параллельно работающие деаэраторы объединяют по воде и по пару. Импульсы к регуляторам давления и пара отбирают из этих уравнительных линий и на всю группу деаэраторов устанавливают один регулятор уровня LE и один регулятор давления PC.

В водогрейных котлах, где отсутствует теплоноситель — пар, деаэрация воды осуществляется в деаэраторах вакуумного типа. Основные условия деаэрации — кипение воды обеспечивается в этом случае понижением абсолютного давления в корпусе деаэра­тора до 7,5 кПа, что соответствует температуре насыщения 40 °С или, чаще, до 30 кПа, при котором вода кипит уже при 70 °С.

Соответствующее принятому режиму деаэрации давление в корпусе 5 деаэратора (рисунок 4, б) поддерживается регулятором давления, управляющим производитель-ностью водоструйного на­соса (эжектора), откачивающего паровоздушную смесь из корпуса деаэратора.

Рабочая среда водоструйного насоса — вода, циркулирующая по замкнутому контуру: бак рабочей воды 2 — циркуляционный на­сос 3 — эжектор 1. Необходимая для вскипания температура де­аэрируемой воды обеспечивается ее подогревом в водяном подо­гревателе 6 с управлением регулятором температуры ТС. Если дав­ление в деаэраторе 7·10^–3 Па, то подогрева ХОВ не требуется, ибо, как указывалось ранее, температура деаэрации всего 40 °С. Уровень в баках-аккумуляторах 4 вакуумных деаэраторов поддер­живается так же, как и в атмосферных.

Автоматическое регулирование температуры воды водогрейной ко­тельной осуществляется в соответствии с температурой наружного воздуха tнар, как того требует температурный график тепловой сети (рисунок 5, а).

В водогрейных котельных принципы регулирования темпера­туры Т_ПР прямой воды зависят от вида сжигаемого топлива.

При сжигании газа минимальная температура воды на входе в котел должна быть не менее 60 °С, при сжигании малосернистого мазута — 70, высокосернистого — 110 °С и более. Поскольку боль­шую часть отопительного периода температура Т_обр обратной теп­лофикационной воды не превышает 60 °С, то нужное значение температуры воды на входе в котел достигается подмешиванием к ней с помощью рециркуляционных насосов 1 (рисунок 5, б) части воды, нагретой в котлах.

Рисунок 5 - Температурный график тепло­вой сети (а)

и функциональная схема ав­томатизации водогрейной котельной (б):

1 - рециркуляционный насос; 2 - линия рециркуляции; 3 - линия перепуска;

4 - сетевой насос; 5 - потребитель теплоты; 6 - линия подпитки тепловой сети

 

Особенность водогрейных котлов состоит в недопустимости парообразования в трубах, образующих поверхности нагрева. Для исключения этого явления в трубах котла нужно поддерживать давление 0,63…0,71 МПа и скорость воды не ниже 1 м/с. В соответствии с этими условиями используется два общекотельных контура (рисунок 5, б) регулирования постоянного суммарного рас­хода воды через котлы за счет изменения расхода воды через ли­нию рециркуляции (регулятор РFС) и регулирования температуры воды, поступающей в тепловую сеть за счет изменения расхода воды через линию перепуска (регулятор ТС2). Задание регулятору ТС2 корректируется в соответствии с температурным графиком автоматически или оператором, ориентирующимся на среднюю температуру наружного воздуха за истекшие полсуток.

Одинаковый расход воды через каждый из параллельно работа­ющих котлов обеспечивается при наладке с помощью дроссель­ных шайб, выравнивающих гидравлические сопротивления трубо­проводов. Постоянство суммарного расхода воды обеспечивается регулятором, стабилизирующим перепад давления между коллек­торами прямой и обратной сетевой воды. Тепловая нагрузка каж­дого из котлов в отдельности стабилизируется регулятором TC1.

Температурный график тепловой воды сети тепличного комби­ната полезно корректировать по сигналу от датчика медленно из­меняющихся метеофакторов (ДМФ), определяющих температур­ный режим теплиц (наружная температура, средняя скорость вет­ра и т. п.). Централизованная обработка этих возмущений существенно облегчает задачу регуляторов температуры воздуха в теп­лице и регуляторов, управляющих режимами работы тепловых пунктов блоков теплиц.

Автоматическое регулирование подпитки водой тепловой сети обеспечивает регу-лятор подпитки PCК, поддерживающий посто­янное давление перед сетевым насосом 4.

 

3. АВТОМАТИКА БЕЗОПАСНОСТИ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

 

Автоматика безопасности, объединяющая технологические уст­ройства защиты и блокировки механизмов котла, обеспечивает за­данную последовательность операций при растопке котла и его автоматическое отключение при отклонении технологических па­раметров от допустимых значений, т. е. в аварийной ситуации.

Устройства защиты действуют тогда, когда возможности авто­матического или дистанционного управления по предотвращению аварийных отклонений параметра исчерпаны и технологический процесс должен быть изменен или приостановлен.

Объем аварийных защит определяется требованиями СНиП и зависит от типа котла и вида сжигаемого топлива.

Паровые котлы на твердом топливе (слоевое сжигание) отклю­чаются с остановкой тягодутьевых установок и механизмов, пода­ющих топливо в топку:

- при снижении давления воздуха под колосниковой решеткой;

- повышении давления в топке;

- повышении или понижении уровня воды в барабане котла.

Паровые котлы на жидком или газообразном топливе отключа­ются с прекращением подачи газа:

- при повышении или понижении давления газа перед горелка­ми;

- повышении давления газов в топке;

- повышении или понижении уровня воды в барабане;

- понижении давления воздуха перед горелками;

- повышении давления пара;

- погасании факела горелок.

Водогрейные котлы на твердом топливе отключаются с останов­кой тягодутьевых установок и механизмов, подающих топливо в топку:

- при повышении температуры воды за котлом;

- повышении и понижении давления воды за котлом;

- уменьшении расхода воды через котел;

- увеличении давления газов в топке.

Водогрейные котлы на газообразном топливе отключаются с пре­кращением подачи газа:

- при повышении температуры воды за котлом;

- повышении или понижении давления воды за котлом;

- понижении давления воздуха перед горелками;

- повышении или понижении давления газа перед горелками;

- повышении давления газов в топке;

- уменьшении расхода воды через котел;

- погасании факела в топке.

 

 

Все рассмотренные котлы также автоматически отключаются при исчезновении напряжения питания в цепях питания защит. При срабатывании любого из устройств защиты или при исчезно­вении питающего напряжения соленоиды клапанов отключаются и подача топлива к котлу прекращается.

Отключение котла — серьезное нарушение технологического регламента, и поэтому причины его должны быть установлены, проанализированы и устранены. Схема автоматизации котла пре­дусматривает определение причины отключения котла. Аварий­ное отклонение параметров, вызвавшее останов котла, приводит в действие систему автоматических устройств блокировки и сигна­лизации.

 

Автоматические устройства блокировки обеспечивают требуемую последовательность включения и отключения оборудования при пуске, останове котла и разного рода технологических переключе­ниях.

Классификация устройств блокировки:

- запретно-разрешающие — препятствуют нарушению последова­тельности операций по обслуживанию установки;

- аварийные — отключают агрегат или его отдельные элементы при возникновении аварии в каком-либо звене;

- замещения — включают резервное оборудование вместо дей­ствующего.

 

Схема блокировки вращающихся механизмов котла предусмат­ривает автоматическую остановку всех следующих по технологи­ческой цепочке механизмов и запрет на включение механизма, если предшествующий по технологической цепочке механизм не работает.

 

Схема автоматической сигнализации обеспечивает автоматичес­кую подачу световых и звуковых сигналов в случае остановки кот­ла устройством защиты, повышения или понижения давления жидкого топлива и воды в питательных магистралях, а также при других нарушениях в работе основного и вспомогательного обору­дования котельной.

 

 

4. САУ КОТЕЛЬНЫМИ

 

На практике применяют несколько типов СЛУ котельными: пневматические, электрические, электрогидравлические и др. Для паровых и водогрейных котлов малой и средней мощности, рабо­тающих на газе и жидком топливе, применяют электронно-гидравлические системы «Кристалл», а для тепличных пароводогрейных котлов — «Курс».

Эти системы выполняют следующие основные операции:

- автоматическое регулирование тепловой нагрузки с целью обеспечения заданной температуры в помещении и требуемого количества горячей воды и пара;

- автоматическое управление уровнем воды в котле;

- дистанционное управление котлом (пуск, регулирование теп­ло- и паропроизводительности и останов котлов);

- технологическую защиту, предотвращающую аварии;

- технологическую блокировку, исключающую выполнение не­правильных операций при эксплуатации;

- технологическую сигнализацию, извещающую персонал о ходе выполнения технологических процессов;

- автоматический контроль технологических параметров работы котлов.

 

Система автоматики «Кристалл» построена по агрегатному прин­ципу, позволяющему просто и удобно собирать заданную систему управления различными параметрами из небольшого числа эле­ментов аппаратуры. Функциональная схема системы «Кристалл» изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Функциональная схема системы автоматики «Кристалл»:

1 - вентилятор; 2, 7, 9, 13 - регуляторы; 3 - зажигатель; 4 - регулирующий орган;

5 - горел­ка; 6 - топка; 8 - барабан котла; 10 - регулирующий клапан; 11 - насос;

12 - контрольно-измерительные приборы температуры; 14 - дымосос

 

 

Эта система обеспечивает автомати­ческое управление давлением пара и уровнем воды в барабане 8 котла, разрежением в топке 6, расходом воздуха и розжигом котла при помощи зажигателя 3, дистанционное управление электропри­водами дымососа 14 и насоса 11 питательной воды, дистанционный контроль давления воздуха за вентиляторами, разрежения в топке и температуры выпускных газов. Световая сигнализация включается при повышении или понижении уровня воды в барабане котла, по­нижении давления воздуха и разрежения в топке, повышении дав­ления пара и при аварийном отключении котла.

Система состоит из регулятора 7 давления пара в барабане 8 котла, регулятора 2 соотношения газа и воздуха, регулятора 13 раз­режения в топке, регулятора 9 уровня воды с соответствующими датчиками и контрольно-измерительных приборов 12 температу­ры. Регуляторы 2, 7 и 13 оптимизируют процесс горения. Давле­ние пара в котле характеризует соответствие между выработкой и потреблением пара. Например, при увеличении потребления пара давление падает и регулятор 7 выдает импульс регулирующему органу 4 на увеличение подачи топлива.

Для полного сгорания топлива в горелке 5 необходимо опреде­ленное количество воздуха, т.к. избыток воздуха повышает вы­нос теплоты с выпускными газами, а недостаток воздуха приводит к неполному сгоранию топлива. Следовательно, для обеспечения максимального КПД котельной установки необходим регулятор 2, поддерживающий заданное соотношение топливо—воздух. Регу­лятор 2 по сигналу от датчиков расхода топлива G₁ и воздуха G₂ управляет производительностью вентилятора.

Для полного удаления выпускных газов используется дымосос 14, который при помощи регулятора 13 обеспечивает заданное разрежение в верхней части топки. При избыточном разрежении увеличивается вынос теплоты через дымосос, при недостаточном — выпускные газы прорываются внутрь помещения котель­ной.

Уровень воды в барабане котла поддерживается постоянным при помощи регулятора 9, получающего сигнал об изменении уровня от манометра. При отклонении уровня от заданного значе­ния регулятор 9 воздействует на регулирующий клапан 10.

В аварийном режиме котел останавливают, прекращая подачу топлива при помощи клапана УА2, если произошло одно из следу­ющих нарушений:

- снизилось или повысилось давление в системе подачи топлива или воздуха;

- резко уменьшилось разрежение в топ­ке;

- повысилось давление пара;

- понизился или повысился уровень воды в барабане;

- погасло пламя в топке.

 

Для этого котел оборудуют соответствующими датчиками безопасности: давления газо- или жидкообразного топлива РЕ_Т, воздуха РЕ_В разрежения газов в топке PE_Г, давления пара PG_П, верхнего LE_B, нижнего LE_H уровней воды в барабане котла, наличия пламени ЗЗУ (рисунок 7, а).

Схема управления системой «Кристалл» для котла ДКВР и уст­ройств его защиты работает в соответствии с временной диаграм­мой (рисунок 7, б).

Рисунок 7 - Принципиальная электрическая схема системы «Кристалл» (а)

и времен­ная диаграмма ее работы (б) при управлении котлом

При подаче на схему напряжения срабатывает только реле KV5 через замкнутый контакт датчика РЕП, остальные реле сигнализации отключены. Переводя переключатель SA1 в нормальное предпусковое положение Н, включают реле блокировки KB и реле выдержки времени КТ2, которое своими контак­тами (на рис. 7, а не показаны) исключает ложное срабатыва­ние реле защиты KB1…KV6 из-за срабатывания датчиков вслед­ствие колебаний контролируемых параметров в период подготов­ки котла к пуску. Затем оператор кнопочными постами включает питательный насос, заполняющий барабан водой, дымосос, дутье­вой вентилятор, продувку топливопроводов (на рис.7 эти эле­менты не показаны).

По мере достижения указанными параметрами заданных зна­чений срабатывают датчики LE_B, LE_H, PE_Г, PE_В и включают соот­ветственно реле KV6, KV3 и KV2. Для розжига топки от запальни­ков переключатель SA1 переводят в положение П (Пуск), при ко­тором срабатывают реле выдержки времени KT1 но цепи К (из схемы управления дымососом) — KV2:1 — КV3:1 — KV6:1, элек­тромагнит УА1 клапана топлива на запальнике и электроискровой зажигатель 3. Одновременно отключаются реле KB и КТ2, но реле KB вновь включается замыкающими контактами КТ1:3.

Далее переключатель SA1 переводят в положение В (Включено) и вручную полностью открывают электромагнит УА2 отсечного клапана (см. рисунок 6) на топливопроводе. При этом замыкаются контакты SQ (см. рисунок 7). Одновременно срабатывает реле КТ2, которое с выдержкой времени снимает напряжение с пускового электромагнита УА1, и последний закрывается. На этом пуск за­канчивается.

Для нормального останова переводят переключатель в положе­ние О (Отключено). Аварийный останов происходит при срабаты­вании соответствующих устройств защиты. Например, при сниже­нии давления воздуха за дутьевым вентилятором размыкаются контакты РЕ_В датчика давления и реле KV2 отключается. Затем от­ключаются другие элементы схемы в последовательности, пока­занной на рисунке 7, б.

 

Регуляторы в системе «Кристалл» выполнены по функциональ­но-структурной схеме, показанной на рисунке 8, а.

а)б)

Рисунок 8 – Функционально-структурная схема регулятора системы «Кристалл» (а) и схема его гидравлических и пневматичес­ких узлов (б): 1 - поршень; 2, 4 - полости мембранной ко­робки; 3 - датчик; 5, 7 - сильфоны; 6 - дрос­сель; 8 - сливное отверстие

 

Регулятор состоит из датчика Д, задатчика Зд, электронного усилителя ЭУ, электрогидравлического реле ЭГР, пневматическо­го устройства обратной связи УОС и гидравлического исполни­тельного механизма ГИМ. Регулятор позволяет управлять параметрами по П-, И-, ПИ-законам регулирования. Усилитель ЭУ воспринимает сигнал разбаланса датчиков и задатчика. Сигнал разбаланса после усиления по­ступает на электрогидравличес­кое реле ЭГР, управляющее элек­трогидравлическим исполнитель­ным механизмов ГИМ.

При отсутствии рассогласова­ния обмотки электромагнитов УА1 и УА2 гидравлического реле (рисунок 8, б) отключены от элект­ронного усилителя. Связанные с их сердечниками клапаны опу­щены и перекрывают отверстия 8 для слива воды. Поршень 1 не­подвижен, так как давление с обеих его сторон одинаковое.

При появлении сигнала рас­согласования срабатывает один из электромагнитов ЭГР, напри­мер УА1, поднимая клапан. Ниж­няя полость исполнительного механизма соединяется со сли­вом 8, и поршень начинает пере­мещаться вниз под действием давления воды в верхней полости, воздействуя на регулирующие органы (РО). Одновременно перемещаются рычаги обратной свя­зи, сжимая сильфон 5 и растягивая сильфон 7. Вследствие этого давление внутри полости 2 мембранной коробки понижается, а снаружи в полости 4 — повышается, в результате чего сердечник дифференциально-трансформаторного датчика 3 смешается вниз и к усилителю ЭУ поступает сигнал от гибкой обратной связи.

Полости сильфонов 5 и 7 соединены регулируемым дросселем 6. Благодаря этому давления в полостях 2 и 4 постепенно вырав­ниваются, сердечник датчика 3 возвращается в исходное состоя­ние и интегральная составляющая сигнала исчезает. При откры­том дросселе 6 регулятор работает по ПИ-закону, а при закры­том — по П-закону, поскольку в последнем случае появляется же­сткая связь.

 

Систему автоматики «Курс» используют для автоматизации кот­лов тепличных комбинатов. Функциональная схема системы показана на рисунке 9.

Рисунок 9 - Функциональная схема автоматизации котла

типа АВ для тепличного комбината:

1, 10 - сигнализаторы давления воздуха; 2 - сигнализатор давления мазута; 3 – датчик температуры мазута; 4, 28, 29 - отсечные клапаны; 5, 11 - вентиляторы;

6 - регулирующий клапан жидкого топлива; 7, 17, 19, 30 - приборы контроля давления соответственно мазута, газов в топке, пара и газа для розжига котла; 8 - дроссельные заслонки; 9 - исполнительный меха­низм; 12 - трансформатор зажигания; 13 - фотодатчик; 14 - ионизационный датчик; 15 - за­пальник; 16 - конечный выключатель;

18, 20, 24 - датчики температуры соответственно воды, выпускных газов и газов в топке; 21 - сигнализатор температуры пара; 22, 26 - сигнализатор давления соответственно пара и воды; 23 - сигнализатор уровня воды; 25 - электронасос; 27 - регулятор давления газа; 31 - вентиль; 32 - сигнализатор давления газа до и после регу­лирующей заслонки;

33 - регулирующая заслонка

 

Она обеспечивает автоматический пуск и останов котла, предварительную вентиляцию топки, автоматичес­кий розжиг котла, позиционное автоматическое регулирование теплопроизводительности котла, автоматические блокировку и за­щиту при аварийных режимах, рабочую и аварийную сигнализа­ции. Возникновение ненормальных и аварийных режимов сопро­вождается звуковой сигнализацией.

Применение системы «Курс» обеспечивает полную автоматиза­цию котла, его надежную и экономичную работу без постоянного дежурного персонала. Система «Курс» работает в комплекте с об­щепромышленной контрольно-измерительной и регулирующей аппаратурой:

- сигнализаторами давления воздуха 1 и 10, мазута 2, пара 22, воды 26, газа 32 до и после регулирующей заслонки 33, сигнализатором 23 уровня воды, датчиками температуры мазута 3, воды 18, выпускных газов 20, газов в топке 24, сигнализатором 21 температуры пара, приборами контроля давлений мазута 7, газов в топке 17, пара 19 и газа для розжига 30.

Уровень воды в котле под­держивается при помощи электронасоса 25.

Газ подается в котел через регулятор 27 давления газа, отсечной клапан 28 и вентиль 31. При розжиге топки газ поступает из газо­вого баллона через отсечной клапан 29 и запальник 15. Воздух в топку подается вентиляторами 5 и 11. Резервное жидкое топливо (мазут) распыляется ротационной форсункой, имеющей общий электропривод с вентилятором 5. На трубопроводе жидкого топ­лива установлены отсечной 4 и регулирующий 6 клапаны. Газ вос­пламеняется в запальнике 15 от искры, получаемой на электродах от трансформатора зажигания 12. Наличие пламени в запальнике контролируется ионизационным датчиком 14, а в основной горел­ке — фотодатчиком 13. Плотность закрытия топки контролирует­ся конечным выключателем 16.

Процессом горения в топке управляют при помощи исполни­тельного механизма 9, воздействующего на положение газовой заслонки 33, или клапана 6 жидкого топлива и дроссельных засло­нок 8, изменяющих расход воздуха.

Управляющее устройство системы «Курс» состоит из отдельных блоков и панелей. Поступающая от датчиков информация обраба­тывается в блоках Б1 и Б2 и направляется на панель сигнализации и управления ПСУ, блок управления БУ, блок реле Р1 и блок уп­равления факелом БФ. Переключатели вида топлива, режима и резервного оборудования размещены в блоке переключателей БП. Электроснабжение всех цепей управления осуществляется от бло­ка питания БП.

Котел пускают, нажимая кнопку «Пуск» на панели системы «Курс» после заполнения котла водой и включения вентилятора, подающего воздух в топку. При этом исполнительный механизм 9 перемещает органы, регулирующие поступление топлива и возду­ха, в положение 100%-й нагрузки и начинается вентиляция топки и газоходов котла, которая продолжается 1…2 мин. По истечении этого времени от блока управления БУ поступает сигнал на испол­нительный механизм 9, осуществляющий перевод воздушной зас­лонки и регулирующего органа топлива в положение 20%-й на­грузки. Блок реле Р1 выдает сигнал на открытие нормально зак­рытого отсечного клапана 29 и закрытия продувочного клапана (на рис. 9 не показан). Одновременно от блока БФ включается трансформатор зажигания 12. При появлении пламени в запаль­нике 15 от ионизационного датчика 14 поступает в блок Б1 и реле Р1 сигнал на открытие отсечного клапана 28, подводящего газ к горелке. При успешном розжиге горелки сигнал от фото датчика 13 поступает через блоки Б2 и БУ на исполнительный механизм 9, который через 20…25 с перемещает регулирующие органы в положение 40%-й нагрузки. Запальник 15 отключается через 50…70 с. После этого котел переводят переключателем, установленным на панели системы «Курс», в режим автоматического регулирования параметров котла. На этом пуск котла заканчивается.

Автоматическая система регулирования обеспечивает переме­щение регулирующих органов в положения 40- и 100%-й нагрузки и автоматического отключения подачи воздуха и топлива. При максимальных значениях температуры воды или давления пара ис­полнительный механизм переходит из положения 100%-й нагруз­ки в положение 40%-й нагрузки, а при достижении максимальных предельно допустимых значений система при помощи отсечного клапана 28 или 4 прекращает подачу топлива. При этом исполни­тельный механизм занимает положение 20%-й нагрузки, пламя в топке гаснет и начинается послеостановочная вентиляция котла, которая автоматически отключается через 30...60 с. При снижении регулируемого параметра до предельного минимального значения котел автоматически включается в соответствии с изложенной выше последовательностью пуска.

Работу котла останавливают дистанционно с помощью кнопки «Стоп», расположенной на панели. Последовательность нормаль­ного останова аналогична описанному выше автоматическому от­ключению котла. Аварийное автоматическое отключение котла происходит в следующих ситуациях:

- при максимальном и минимальном предельных уровнях воды в котле;

- температуре воды выше 97 °С или давлении пара до 0,21 МПа (котел АПВ-2);

- давле­нии газа перед клапанами-отсекателями и перед горелкой ниже 1 кПа, а перед регулирующей заслонкой выше 35 кПа;

- давлении первичного воздуха ниже 1,1 кПа или вторичного ниже 0,15 кПа. При аварийном отключении повторный пуск котла возможен только после устранения причины останова.

Система «Курс» оснащена устройствами световой сигнализа­ции положения регулирующих органов, контроля всех параметров в нормальном и аварийном режимах, памяти причин аварии и об­щей звуковой аварийно-предупредительной сигнализации.

 

 

5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ПОДОГРЕВА ВОДЫ, ВОЗДУХА И ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА

 

Электронагревательные установки широко применяют в СХП благодаря их преимуществам, ос­новные из которых следующие:

- постоянная готовность к дей­ствию и исключение использования огневых котельных со специ­альными помещениями для котлов и хранилищ топлива, транс­портировки топлива и золы;

- возможность полной автоматизации процессов нагрева;

- улучшение санитарно-гигиенических условий обслуживающего персонала;

- облегчение в распределении теплоты по большим территориям;

- уменьшение себестоимости тепловой энергии и пожарной опасности.

 

Для подогрева воды используют установки:

- электродные прямо­го нагрева путем пропускания тока через воду;

- элементные косвен­ного нагрева при помощи тепловых электронагревательных эле­ментов (ТЭН);

- установки индукционного и диэлектрическо­го нагрева (последние в сельском хозяйстве применяют редко).

 

Элементные водонагреватели используют теплоту, выделяющу­юся при прохождении электрического тока через активный резис­тор (ТЭН). Некоторые конструкции (ВЭТ, УАП, САОС) рассчита­ны на аккумуляцию нагретой воды, а иные — проточного типа (ВЭП, ЭПВ). На рисунке 10 представлена схема автоматиза­ции аккумуляционного водонагревателя типа САЗС.

Рисунок 10 - Элементный водонагреватель СA3С (а)

и принципиальная электричес­кая схема управления им (б):

1 - циркуляционный насос; 2 - изоляци­онная вставка; 3 - трубопровод

горячей воды; 4 - термометр; 5 - шкаф управления; 6 - резервуар; 7 - блок электронагревателей; 8 - трубопровод холодной воды

 

Водонагреватель представляет собой металлический резервуар с хорошей тепловой изоляцией и расположенными в нижней его час­ти элементами ТЭН 7 (см. рисунок 10, а). Объем резервуара 0,4 или 0,8 м³, а мощность нагревателей соответственно 12 или 18 кВт.

Холодная вода из водопровода поступает в резервуар 6 через нижний трубопровод 8, а разбирается через верхний 3. В комплект САЗС входит циркуляционный насос 1, что позволяет водонагре­вателю работать в замкнутых системах автопоения животных, отопления и др.

Типовое решение по автоматизации таких нагревателей — при­менение двухпозиционного устройства контроля температуры УКТ (см. рисунок 10, б) с контактным (иногда бесконтактным) вы­ходом.

Нагреватель включают, нажимая кнопку SB2. При этом напря­жение подается на УКТ, основой которого является контактный термометр и реле К1. Если температура воды в корпусе нагревате­ля ниже заданной, включается реле К1 и контактами К1:2 подаёт­ся напряжение на терморегулятор ВК, который включает KM1 и нагревательные элементы EK1…EK3. Нагрев длится до выхода температуры воды на заданный уровень и размыкания контактов ВК.

В случае нарушения описанного алгоритма и аварийного подъема температуры до 95 °С устройство УКТ обесточивает реле К1 и нагреватель отключается.

Электродвигатель М циркуляционного насоса 1 включается пе­реключателем SA. Более мощные элементные нагреватели имеют две группы ТЭНов, расположенных одна над другой и управляе­мых раздельно. Это позволяет осуществить два режима: форсиро­ванный (работают обе группы) и аккумуляционный (работает только нижняя группа).

Электродные водонагреватели прямого нагрева характеризуются простотой устройства, большой скоростью нагрева и высоким КПД.

Они используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через воду. Мощность нагревателя регулируется специальными экранами, изменяющими активную площадь электродов. Типовое решение по автоматизации электродного во­донагревателя (КЭВЗ, ЭПЗ и т.д.) — применение двухпозиционного режима, т. е. аналогично элементному водонагревателю. Но­вое решение — использование автоматического регулятора непре­рывного действия для перемещения экранов с помощью исполни­тельного механизма.

Электродная группа водонагревателя состоит из трех фазных и трех подвижных электродов, выполненных из стальных труб. Диа­пазон плавного регулирования мощности 25…100 %.

Электродные водонагреватели используют в одном из трех ре­жимов:

- стабилизация температуры воздуха в отапливаемом помеще­нии;

- стабилизация температуры воды за котлом t_ВЫХ;

- стабилизация соотношения t_ВЫХ с наружной температурой t_НАР.

 

Нужный режим выбирают с помощью кнопочного переключа­теля на панели регулятора. В случае выбора режима стабилизации соотношения t_ВЫХ – t_НАР специальным переключателем выбирают также наклон температурного гра­фика t_ВЫХ = f (t_НАР). Такое представле­ние выходных сигналов позволяет совместно с исполнительным меха­низмом регулировать мощность электроводонагревателя по ПИ-закону.

Схема управления электроводонагревателем предусматривает защиту от КЗ, перегрузки (с помощью токового реле) и неполнофазного режима (с помощью блока защиты).

Защита от перегрева сначала уменьшает мощность нагревате­лей до 25 % номинальной, а затем отключает водонагреватель при температуре воды в выходном патрубке выше 100 °С.

Схема управления электроводонагревателем обеспечивает также дистанционное включение электроводонагревателя от внешнего ус­тройства (в том числе с учетом загрузки электросети), блокировку от включения при неработающем циркуляционном насосе, свето­вую сигнализацию режимов работы и аварийного отключения.

Электродные водонагреватели относятся к сложным и небезо­пасным установкам, поэтому к их конструкции и условиям эксп­луатации предъявляют особые требования.

Электрические парогенераторы используют в разнообразных ТП, требующих применения пара.

Пар реализуется во многих современных ТП, где предусмотрено уплотнение (грануляция) различных кормов и кормовых смесей, подогрев жидких компонентов (мелассы, жира и т. п.), вюдимых в кор­мовую смесь. Кроме кормопроизводства пар широко используют на молочных фермах для пастеризации молока в процессе его переработ­ки и получения горячей воды для санитарно-гигиенических нужд.

 

Электродные парогенераторы имеют своеобразную конструк­цию и интересные схемы автоматизации.

Цилиндрический корпус котла имеет в днище люк, закрывае­мый крышкой, служащий для монтажа пакета фазных электродов 2 (рисунок 11).

Рисунок 11 – Электродный паровой котел:

1 - регулятор уровня; 2 - электроды; 3 – вытеснительная камера; 4 - паровая камера;

5 – предохранительный клапан; 6 – электромагнитный клапан

 

К корпусу котла присоединяется поплавковый регу­лятор уровня 1 с патрубками для питания котла водой в автомати­ческом и ручном режимах. Внутри корпус котла разделен на две камеры: паровую 4 и вы­теснительную 3, сообщающиеся между собой через уравнитель­ный трубопровод с электромагнитным клапаном 6.

По мере работы котла вода испаряется, солесодержание ее растёт и электропроводность возрастает в несколько раз. В результате увеличиваются мощность котла, давление пара и температура. В этом случае регулятор давления PC закрывает клапан 6, разобщает паровую и вытеснительную камеры. Повышенным давлением часть воды из паровой камеры 4 перемешается в вытеснительную 3, электродные пластины 2 оголяются и мощность котла снижает­ся.

При большом снижении нагрузки давление пара растёт и элек­тродные пластины оголяются полностью, а котел переходит в ре­жим «горячего» резерва.

По мере понижения уровня в вытеснительной камере поплав­ковый регулятор обеспечивает подпитку котла водой.

Для предохранения корпуса котла от недопустимого повыше­ния давления на паровой и вытеснительной камерах устанавлива­ют предохранительные клапаны 5. В отдельных случаях электро­водонагреватели и (или) электродные паровые котлы объединяют в общую тепловую схему и размещают в специальном помещении, образуя электрокотельную. Электрические котельные реализуют идею комплексной электрификации централизованного тепло­снабжения: отопления, горячего водоснабжения, а иногда и вен­тиляции производственных помещений.

 

Схема автоматизации электрической котельной с аккумуляци­ей теплоты для теплоснабжения фермы с прилегающим жилым помещением представлена на рисунке 12.

 

Рисунок 12 – Функциональная схема автоматизации электрокотельной:

1 - электродные котлы; 2 - бак-аккумулятор горячей воды; 3 - сетевые насосы;

4 - водяной теплообменник системы горячего водоснабжения;

5, 6 - регулирующие клапаны; 7 - грязевик

 

Сетевая вода, нагреваясь в электродных котлах 1, поступает в бак-аккумулятор 2, откуда сетевыми насосами 3 перекачивается в подающую магистраль тепловой сети. Часть этой воды направля­ется в водяной теплообменник 4 для нагрева чистой водопровод­ной воды, поступающей затем в систему горячего водоснабжения. Температура нагрева поддерживается регулятором ТС, управляю­щим расходом греющей воды через теплообменник.

Подпитка тепловой сети водопроводной водой производится регулятором LC, поддерживающим уровень воды в баке-аккуму­ляторе.

Основу схемы автоматизации котельной составляют комплект­ные системы автоматизации отдельных водонагревателей, рас­смотренных ранее.

Суть дополнительных связей сводится к следу­ющему.

Программное реле времени обеспечивает работу электроко­тельной по заданному графику, исключающему включение котлов в работу в часы максимума нагрузки. В то же время при снижении температуры воды в тепловой сети до аварийно низкого уровня, при котором возможно замораживание теплопроводов, котлы ав­томатически вводятся в работу.

В схему включения котлов вводят устройства блокировки, ис­ключающие работу котлов в случае прекращения циркуляции воды (отключения сетевых насосов) и автоматически вводящие резервный насос взамен остановившегося.

С целью обеспечения безопасной эксплуатации электродные котлы устанавливают на изоляторах в защитных шкафах из метал­лической сетки. Корпуса котлов к нулевому проводу не присоеди­няют и не заземляют. Трубопроводы горячей и холодной воды соединяют с корпусом электродного котла посредством изолирую­щих вставок.

Для подогрева воздуха используют электрокалориферы, авто­матизация которых рассмотрена в ЛЕКЦИЯ 13-3 , ТЕМА 8, вопрос 4 – рисунок 10.

 

 

6. АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ СХ-ного ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

 

Газоснабжение сельских потребителей осуществляется от газо­вых сетей среднего давления (до 0,3 МПа). Внутрихозяйственные системы газоснабжения состоят из газорегуляторного пункта (ГРП), системы распределительных газопроводов и аппаратуры, обеспе­чивающих приём, учёт, дросселирование, раздачу газа потре­бителям.

Газорегуляторный пункт (рисунок 13) служит для понижения давления газа до требуемого по условиям эксплуатации уровня и для автоматической стабилизации этого параметра. Основная причина отклонения параметра от нормы — изменение количе­ства потребляемого газа.

Рисунок 13 - Схема газорегуляторного пункта:

1, 9 - клапаны; 2 - фильтр; 3 - предохранительно-запорный клапан; 4 - регулятор давления; 5, 7 - свечи; 6 - обводная линия; 8 - предохранительный сбросной клапан

 

Газ из питающей магистрали среднего давления поступает в корпус фильтра 2, где происходит его очистка от механических при­месей (песка, окалины и т. д.), и через предохранительно-запорный клапан 3, обеспечивающий защиту оборудования от недопустимо больших колебаний давления газа за ГРП. Далее газ подается к ре­гулятору давления 4 и затем к газосжигающим устройствам потре­бителя. Свеча 5 служит для продувки трубопроводов ГРП при включении оборудования. При резком повышении давления газа, например, при отключении части потребителей, срабатывает регу­лятор давления PC и избыток газа выпускается в атмосферу через предохранительный сбросной клапан 8 и свечу 7.

Если основное оборудование ГРП подлежит ремонту или про­филактическому обслуживанию, газоснабжение потребителей обес­печивается через обводную линию 6 при закрытых клапанах 1 и 9.

Правила безопасности в газовом хозяйстве предусматривают контроль давления на входе и выходе ГРП и измерение расхода газа.

Понижение давления газа и стабилизация этого параметра осуществляются пропорциональным регулятором давления типа РДУК (рисунок 14, а), объединяющего командный прибор «пи­лот» 6 и мембранный исполнительный механизм с регулирующим клапаном 5.

Увеличение (уменьшение) потребления газа приводит соответ­ственно к уменьшению (увеличению) давления газа в надмембранной полости прибора 6, соединенной с трубопроводом им­пульсной трубкой 9. При этом мембрана перемещается вверх (вниз) под действием пружины 8.

 

Рисунок 14 - Оборудование газорегуляторного пункта:

а — регулятор давления: 1, 4, 9 - импульсные трубки; 2 - исполнительный механизм;

3, 7 - мембраны; 5 - регулирующий клапан; 6 - командный прибор «пилот»; 8 – пружина задатчика; б — предохранительно-запорный клапан: 1 - импульсная трубка;

2 - пружина; 3 - коро­мысло; 4 - молоток; 5 - подмембранная полость; 6 - рычаг с грузом;

в — сбросной клапан: 1 - мембрана; 2 - пружина

 

Перемещение мембраны 7 и связанного с ней клапана прибора «пилот» приводит к увеличению (уменьшению) давления газа в импульсной трубке 1 и мембранной полости исполнительного ме­ханизма 2, перемещению мембраны 3 вверх (вниз) и соответствен­но открытию (закрытию) регулирующего клапана 5 на величину, пропорциональную отклонению давления газа.

Пропорциональный (П) закон регулирования обеспечивается жесткой обратной связью, охватывающей ИМ и выполненной в виде трубки 4, соединяющей выходной коллектор регулятора с надмембранной полостью ИМ. Действие обратной связи проявляется в том, что при перемещении клапана 5 изменяющееся давление в выходном коллекторе создает соответствующее усилие, направленное на­встречу воздействию мембраны 3 исполнительного механизма.

Параметр настройки П-регулятора (коэффициент пропорцио­нальности) устанавливается на заводе подбором соответствующих сечений дросселей и в процессе эксплуатации ГРП обычно не меняется.

Предохранительно-запорный клапан (рисунок 14, б) предназна­чен для автоматического прекращения подачи газа потребителю в случае аварийного отклонения давления от заданного уровня.

Подмембранная полость 5 клапана соединена трубкой 1 с вы­ходным коллектором ГРП. При аварийных отклонениях давление р_К вызывает перемещение мембраны и связанного с ней штока к повороту коромысла 3, правое плечо которого служит упором для молотка 4. Поворот коромысла освобождает молоток, который, падая, освобождает рычаг с грузом 6, закрывающий клапан и пре­кращающий подачу газа. С целью настройки клапана изменяют степень сжатия пружины 2.

Предохранительный сбросной клапан (рисунок 14, в) обеспечи­вает сброс в атмосферу избыточного давления газа в случае повы­шения его давления до недопустимых значений. Настраивают сбросной клапан, изменяя степень сжатия пружины 2, противо­действующей давлению газа на мембрану 1. При этом сбросной клапан должен сработать раньше предохранительно-запорного и предотвратить, таким образом, отключение ГРП и прекращение подачи газа.

7. АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛ.-ХОЗЯЙСТВА

 

Без автоматических устройств зашиты и блокировки, управления и регулирования, измерения и сигнализации человек не в со­стоянии быстро обнаружить и устранить повреждения, а также уп­равлять быстропротекающими технологическими процессами в электроснабжающих установках.

Благодаря автоматизации повышаются обеспечение беспере­бойного электроснабжения сельских потребителей и надежность работы электрооборудования, сокращаются количество обслужи­вающего персонала и эксплуатационные расходы, возрастают ка­чество электрической энергии и скорость управления технологи­ческими процессами, снижаются потери и себестоимость выраба­тываемой электроэнергии, улучшаются условия работы обслужи­вающего персонала.

В установках сельского электроснабжения широко применяют различные устройства автоматики энергосистем.

Автоматическая защита предохраняет электрические установ­ки от ненормальных (перегрузки, снижение или повышение на­пряжения и частоты) и аварийных (короткие замыкания, неполнофазные режимы, атмосферные перенапряжения и т. п.) режимов. Устройства защиты выполняют в виде плавких пре­дохранителей, тепловых расцепителей магнитных пускателей, тепловых и электромагнитных расцепителей автоматов и раз­личных реле.

Автоматическое секционирование сетей позволяет сохранить электроснабжение основной массы потребителей за счет автома­тического отключения поврежденного участка сети и части потре­бителей, питающихся от этого участка.

Автоматическое повторное включение (АПВ) обеспечивает со­хранность электроснабжения за счет автоматического отключения поврежденного участка на короткое время, за которое поврежде­ния самоустраняются. Обычно такие преходящие (неустойчивые) короткие замыкания наблюдаются в линиях электропередачи. Благодаря АПВ число перерывов в снабжении потребителей элек­трической энергией значительно снизилось. До 80 % общего числа потребителей, отключенных при возникновении коротких замы­каний, успешно автоматически повторно включаются в эксплуа­тацию. Это объясняется тем, что в период бестоковой паузы (от долей секунды до нескольких секунд) КЗ само­устраняются, поскольку электрическая прочность поврежденного элемента изоляции при кратковременном отключении в боль­шинстве случаев восстанавливается.

Устройства АПВ бывают одно-, дву- и трехкратными. Послед­ние дважды и трижды включают сети после аварийного отключе­ния линии защитой. Многократные устройства АПВ значительно сложнее однократных, поэтому их применение в сельском элект­роснабжении может быть оправдано лишь на ответственных уста­новках.

Автоматическое включение резерва (АВР) обеспечивает беспере­бойность электроснабжения посредством быстрого автоматичес­кого отключения релейной защитой поврежденного оборудования и включения резервного оборудования или источника электро­энергии.

Если АПВ повторно включает линию электропередачи, то АВР включает резервный источник электроэнергии (силовой транс­форматор, резервную электросеть или дизельную электростан­цию) при выходе из работы основного.

Устройства АВР относительно простые, и стоимость их незна­чительна, поэтому экономический эффект от их внедрения суще­ственно заметен. Устройства АВР эффективно используют при электроснабжении животноводческих комплексов, которые имеют часть потребителей первой и второй категорий.

Продолжительность действия устройств АПВ и АВР в общем случае ограничивается следующими условиями:

- время бестоковой паузы t_П должно быть больше времени деионизации среды t_Д в ме­сте короткого замыкания и меньше времени t_С, обеспечивающего самозапуск включенных двигателей после восстановления напря­жения: t_Д < t_П < t_С. Время t_П для АВР рекомендуется принимать рав­ным 0,5…1,5 с, для однократного АПВ — 0,5…2 с, для двукратного АПВ во втором цикле — 10…15 с.

При оперативном отключении источников электроснабжения устройства АПВ и АВР выводятся из работы.

Автоматическая частотная разгрузка (АЧР) источника электро­снабжения предотвращает чрезмерное снижение частоты, угрожа­ющее развитием аварии, путем принудительного автоматического отключения малоответственных потребителей при снижении час­тоты из-за дефицита мощности. Устройства АЧР при снижении частоты до 40…47 Гц (в зависимости от конкретных энергосистем) поочередно отключают неответственные потребители такой сум­марной мощностью, чтобы частота восстановилась до 48...49,5 Гц. Сельские электропотребители пока не оснащены устройствами АЧР, хотя для животноводческих комплексов они обязательны.

Автоматическое регулирование возбуждения генераторов и на­пряжения в сетях обеспечивает поддержание напряжения у элект­ропотребителя на заданном уровне. Для сельских потребителей допускается такое же отклонение напряжения, как и для промыш­ленных потребителей (± 5 %).

Заданное напряжение на шинах электростанций обеспечивает­ся регуляторами возбуждения генераторов, на шинах подстан­ций — устройствами автоматического переключения под нагруз­кой ответвлений силового трансформатора, в электросетях и непосредственно у электропотребителя — статическими конденсато­рами, которые одновременно используют как компенсаторы реактивной индуктивной мощности.

Устройства автоматики для автоматического пуска и останова электрогенерирующих агрегатов, автоматического включения ге­нераторов на параллельную работу, регулирования частоты и рас­пределения активной мощности между параллельно работающи­ми агрегатами применяют на дизельных, гидравлических и ветро­вых электростанциях сельскохозяйственного назначения, в том числе используемых в качестве резервных источников.

Кроме того, в установках сельского электроснабжения широко используются различного назначения автоматические устройства измерения, контроля и сигнализации, позволяющие обслуживаю­щему персоналу следить за режимами работы установок и быстро определять причину и нарушения нормального режима и место аварий.

 

 

8. АВТОМАТИЗАЦИЯ БЫТОВЫХ УСТАНОВОК И ОБОРУДОВАНИЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ

 

Бытовые установки и фермерское оборудование предназначены для удовлетворения потребностей человека, улучшения условий тру­да, повышения культуры и комфортности его жизненной деятельно­сти. В современных условиях уже трудно представить использование бытовой и фермерской техники без применения автоматических и микропроцессорных средств контроля, сигнализации, управления.