Автоматический регулятор

Автоматический регулятор – устройство, реагирующее на изменение регулируемого параметра объекта и автоматически управляющее процессами, выполняемыми для поддержания этого параметра в определенных пределах или для изменения его по определенному закону. В отличие от автоматического регулятора, ручным клапаном осуществляют те же задачи, но с помощью манипуляций человека. Далее по тексту для обоих этих устройств, если идет речь об общих свойствах, применен термин «регулирующий клапан». Объект регулирования, следовательно, и регулируемый участок может быть разветвленным. Через регулируемый участок проходит весь теплоноситель системы либо его часть, на которую воздействует клапан.

При изменении расхода теплоносителя происходит перераспределение располагаемого давления между конструктивными элементами участка, в том числе и регулирующим клапаном. По мере открывания регулирующего клапана на нем уменьшается гидравлическое сопротивление, что приводит, в свою очередь, к увеличению перепада давления на остальных элементах участка из-за увеличения расхода теплоносителя. Когда регулирующий клапан закрывается, то в остальных элементах участка уменьшается падение давления, поскольку расход теплоносителя стремится к нулю. Все располагаемое давление при этом теряется на регулирующем клапане. Таким образом, гидравлические характеристики элементов участка оказывают влияние друг на друга в процессе регулирования. Разность давления на регулирующем клапане не постоянна. Она, как правило, не равна статической разности давления, по которой его подбирают при проектировании теплового пункта.

Термин «авторитет клапана» является общепринятым за рубежом. Часто применяют термин «внешний авторитет клапана» [59]. В отечественной практике проектирования применяли термин «коэффициент искажения идеальной характеристики» [60], либо «величина соотношения» [61]. Во всех случаях физическая суть этих параметров одинакова. Данное уравнение является частным случаем. Оно пригодно лишь для клапанов, у которых расчетный расход теплоносителя совпадает с максимально возможным. Такое совпадение присуще регулятору теплового потока (для системы отопления) и регулятору температуры (для системы горячего водоснабжения) в тепловом пункте. Для ручных балансировочных клапанов и радиаторных терморегуляторов эти расходы практически никогда не совпадают, а максимальный расход через них в полностью открытом состоянии является неизвестной величиной.

Читайте также  Обратные клапаны

Поэтому в [5] получены уравнения для определения внешнего авторитета клапана при расчетном расходе теплоносителя, т. е. расходе, которым оперируют при проектировании. Внешний авторитет регулирующего клапана зависит от его гидравлической удаленности от насоса либо автоматического регулятора перепада давления. Примеры определения внешнего авторитета регулирующего клапана представлены на рис. 6.3. Самое низкое значение данного параметра у первого и второго клапана (рис. 6.3,а). Это вызвано тем, что регулируемым участком для первого регулирующего клапана (параметры для определения авторитета этого клапана на рис. 6.3 обозначены индексом «1») является вся система теплоснабжения, а для второго (параметры для определения авторитета этого клапана на рис. 6.3 обозначены индексом «2») – система отопления. Сопротивление указанных систем значительно превышает сопротивление соответствующих регулирующих клапанов, следовательно, а → 0. При таких схемах потери давления ∆Р на регулируемом участке принимают равными потерям давления в системе, т. е. давлению, развиваемому насосом.

Для того, чтобы а → 1, устанавливают регулятор перепада давления, ограничивающий объект регулирования с регулирующим клапаном от остальной части системы. Границы регулируемого участка в этом случае – точки отбора импульсов давления регулятором перепада давления, поскольку относительно этих точек автоматически поддерживается постоянный перепад давления. Примеры таких регулируемых участков для первого и второго регулирующих клапанов показаны на рис. 6.3,б,в. Но, установка общего регулирующего клапана системы за перепускной перемычкой не является лучшим проектным решением для системы отопления [5], поэтому этот клапан (второй) устанавливают до перепускной перемычки (рис. 6.3,г).

На практике такое решение реализуют двумя способами:

• стабилизируют давление на регулирующем клапане при помощи регулятора перепада давления. Схематически это показано для клапана 1;

• применяют комбинированный клапан, в корпусе которого конструктивно объединены регулирующий клапан и регулятор перепада давления.

Читайте также  Системы отопления

Особенностью определения внешних авторитетов регулирующих клапанов – третьего и четвертого водоразборных кранов системы горячего водоснабжения (параметры клапанов на рис. 6.3,д обозначены индексами «3» и «4») – является их расчет по отношению максимально возможного избыточного давления в начале регулируемого участка к избыточному давлению перед максимально открытым водоразборным краном. Это обусловлено тем, что система открыта и выход воды из регулируемого участка происходит при атмосферном давлении.

Гидравлический расчет систем и подбор регулирующих клапанов по внешнему авторитету нагляден и прост для манипулирования потерями давления при уравновешивании циркуляционных колец и обеспечения эффективного регулирования. Данный способ находит широкое применение в компьютерных расчетах. Однако при этом не уделяют должного внимания взаимовлиянию клапанов на регулируемом участке и достижению линейной зависимости между регулирующим воздействием и изменением регулируемого параметра.

В некоторой мере такое упрощение допустимо для систем с постоянным гидравлическим режимом. В системах с переменным гидравлическим режимом авторитеты регулирующих клапанов изменяются. Происходит искажение гидравлических характеристик этих клапанов. Поэтому для всех клапанов необходимо определять эффективную рабочую область потерь давления, в которой отклонение параметров системы будет находиться в контролируемых допустимых пределах. Изменение внешних авторитетов клапанов можно проанализировать по графикам на рис. 6.4. Первым клапаном является терморегулятор на отопительном приборе. Потери давления на нем обозначены индексом «т». Вторым – главный ручной балансировочный клапан у насоса. Потери давления на нем обозначены индексом «v2».