В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ КОЛОДЦА

Давление в рабочем пространстве печи зависит от количества подаваемого в печь газа, воздуха, количества получающихся продуктов сгорания и положе­ния шиберов отводящей системы, изменяющих сопротивление дымоотводящего тракта. Количество отводимого дыма и давление в печи регулируется с помощью одного или нескольких регулирующих шиберов в дымовом борове. Удаление продуктов сгорания производится с помощью дымососов. Поскольку большинство печей не являются герметичными объектами, величина давления в рабочем пространстве печи существенно влияет на ее работу. Если давление в печи ниже давления окружающего пространства, то осуществляется подсос холодного воздуха в печь, что приводит к снижению температуры и дополнительному расходу топлива. При существенном положительном перепаде давлений продукты сгорания будут в значительном количестве выбрасываться из печи в цех, что тоже нежелательно.

Следует учесть, что атмосферное давление существенно меняется, а перепад давлений вне и внутри печи должен быть невелик (миллиметры водяного столба). Потому даже при постоянном тепловом режиме может потребоваться корректировка положения шиберов, связанная с изменением наружного давления.

Т 1 р + 1

Т 2 р + 1

Δ Р

Δ Р 1

Δ Р 2

К 2

К 1

Q Д

Q Г + Q В

Если бы печь представляла собой замкнутый герметичный объем, то ее необходимо было бы рассматривать как астатический объект и моделировать по каналу регулирования давления в виде интегрирующего звена. В реальности изменение подачи газа и воздуха при неизменном положении шиберов или изменение положения шиберов при постоянной подаче газа и воздуха приводит к тому, что через некоторое время наступает новое равновесное состояние, т.е. процесс обладает свойством самовыравнивания. В связи с этим модель объекта по каналу регулирования давления можно представить следующим образом (рис. 16).

В модели учитывается, что увеличение расхода газа и воздуха увеличивает давление в печи, а увеличение сечения дымоотводящего тракта, т.е. открытие шиберов – уменьшает его. Коэффициенты и постоянные времени каналов различны.

Их значения зависят от конструкции печи, её объёма, конструкции дымоотводов, рекуператоров, через которые проходят продукты сгорания и тд. Точные значения этих параметров могут быть получены экспериментально на конкретном объекте.

Регулирование давления осуществляется шиберами, т.к. расход газа и воздуха задается в зависимости от заданной температуры и может быть принят постоянным. Изменение расхода топлива и воздуха для систем регулирования давления может рассматриваться как одно из возможных возмущений. На рис. 17 приведена одна из возможных моделей системы регулирования давления. Модель в программе АС 3.1 на рис. 17б (файл ris17.sa).

Для упрощения модели коэффициенты и постоянные времени по каналам приняты равными (К₁=К₂, Т₁=Т₂).

 

а)

б)

Рис. 17

 

 

В этой схеме исходное положение шибера X = 0 будет соответствовать полностью открытому тракту и его минимальному сопротивлению.

Параметром обозначено состояние, при котором дымососы работают при полностью открытом тракте, обеспечивая (с учетом знака на сумматоре) соответствующее разряжение, т.е. . При подаче на вход звена 6 суммарное воздействие приведет к уменьшению разряжения. Для того чтобы довести до нулевого значения или же сделать его положительным, регулятор давления с помощью исполнительного механизма начнет перемещать шибер от 0 к 1, увеличивая сопротивление проходу дыма. При этом установится на значении, соответствующем заданному . Здесь - регулируемая составляющая, - возмущение по внешнему давлению.

Будем считать максимальное разрежение соответствующим ∆Р= -1, а максимальное избыточное давление ∆Р=1. При ∆Р=-1 шибер открыт полностью, т.е. Х=0. Примем также, что при Х=0,25 ∆P=0, перепад давлений отсутствует, а при Х=0,5 ∆Р= 1. Эти допущения позволяют рассчитать параметры условной имитационной модели и проанализировать динамику процесса спомощью одной из программ моделирования. При Х=0, максимальной подаче газа и воздуха разрежение ∆Р= -1.

К = ∆Р/(Q_Д^*– (Q_{Г max}+Q_{В max})); Q_Д^*= 1,5(Q_{Г max}+Q_{В max}).

Из условия ∆Р= Х·γ –Q_Д^*К + (Q_{Г max}+ Q_{В max}) ·К получим выражение для параметра γ:

Расчет элементов модели и определение параметров регулятора давления можно провести, используя рекомендации по оптимизации регулирования расхода газа и температуры.

Используя для расчета данные предыдущих примеров, имеем ,

;

 

Приняв ∆Р=0 и Х=0,25, получим

. Примем Т=20с; К_М=1; Т_М=2с; Т_Д=1с. Тогда получим для ПИ-регулятора:

;

Результаты моделирования приведены на рис. 18. Моделировалось два режима:

1. Задание.

2. Задание.

График 1 отображает положение шибера, график 2 – давление.

 

 

Рис. 18