Автоматическое регулирование расхода

Необходимость регулирования расхода возникает при автоматизации большинства СВВ. АСР расхода, предназначенные для стабилизации возмущений по материальным потокам, являются неотъемлемой частью разомкнутых систем автоматизации. Часто эти АСР используют как внутренние контуры в каскадных системах регулирования других параметров. Для обеспечения заданного состава смесей или для поддержания материального и теплового балансов в аппаратах и сооружениях применяют системы регулирования соотношения расходов нескольких веществ в одноконтурных или каскадных АСР.

Системы регулирования расхода характеризуются двумя особенностями:

• • малой инерционностью собственно объекта регулирования;
• • наличием высокочастотных составляющих в сигнале изменения расхода, обусловленных пульсациями давления в трубопроводе, которые вызываются работой насосов или случайными колебаниями расхода при дросселировании потока через сужающие устройства.

Принципиальная схема объекта при регулировании расхода показана на рис. 52, где G_x — расход вещества через клапан, G₂ — расход вещества через расходомер. Обычно таким объектом является участок трубопровода между точкой измерения расхода (например, местом установки сужающего устройства) и регулирующим клапаном. Длина этого участка L определяется правилами установки сужающих устройств и регулирующих органов и составляет несколько метров. Время чистого запаздывания обычно составляет несколько долей секунды для газов и несколько секунд — для жидкостей. Ввиду малой инерционности такого объекта особые требования предъявляются к выбору средств автоматизации и методов расчета АСР расхода. В большинстве случаев инерционность цепей контроля и регулирования расхода соизмерима с инерционностью объекта и ее необходимо учитывать при расчете АСР расхода.

Рис. 52. Принципиальная схема объекта при регулировании расхода:

• 1 — измеритель расхода; 2 — регулирующий клапан;
• (?! — расход вещества через клапан; G₂ — то же через расходомер

При регулировании расхода применяют один из трех способов: дросселирование потока через регулируемый орган, устанавливаемый на трубопроводе (клапан, шибер, заслонка); изменение напора в трубопроводе с помощью регулируемого источника энергии (например, изменением числа оборотов двигателя насоса или угла поворота лопастей вентилятора); байпасирование, т.е. переброс избытка вещества из основного трубопровода в обводную линию.

Регулирование расхода после центробежного насоса осуществляется регулирующим клапаном, устанавливаемым на нагнетательном трубопроводе (рис. 53, а). Если для перекачивания ис-

Рис. 53. Схема регулирования расхода после центробежного (а) и поршневого (б) насосов:

/ — измеритель расхода; 2 — регулирующий клапан; 3 — регулятор расхода; 4 — насос

пользуют поршневой насос, применение подобной АСР недопустимо, так как при работе регулятора клапан может закрыться полностью, что приведет к разрыву трубопровода (или к помпажу, если клапан установлен на линии всасывания). В этом случае для регулирования расхода используют байпасирование потока (рис. 53, б).

В ряде случаев необходимо поддержание заданного соотношения расходов (например, «топливо—воздух»). Наиболее часто прибегают к регулированию соотношения двух веществ, которое осуществляется по одной из трех схем, описанных ниже. По первой схеме (рис. 54, а) при незаданной общей производительности расход одного вещества (7,, называемый «ведущим», может изменяться произвольно; второе вещество подается при постоянном соотношении а с первым так, что «ведомый» расход G₂ равен aG_{. Иногда вместо регулятора соотношения используются реле соот-

Рис. 54. Схема регулирования соотношения расходов при незаданной общей нагрузке:

1,2— измерители расходов; 3,6 — регуляторы соотношения; 4 — регулирующий клапан; 5 — регулятор расхода ношения и обычный регулятор для одной переменной (рис. 54, б). В этом случае выходной сигнал реле соотношения, устанавливающего заданный коэффициент соотношения а, подается в виде задания регулятору, обеспечивающему поддержание «ведомого» расхода.

Вторая схема (рис. 55, а) используется в технологических процессах, когда значение «ведущего» расхода задано. В этом случае кроме АСР соотношения расходов применяют также АСР «ведущего» расхода. По этой схеме в случае изменения задания по расходу G_x автоматически произойдет и изменение расхода G₂, причем в заданном соотношении с G_{. Третья схема (рис. 55, б) применяется в тех случаях, когда АСР соотношения расходов является внутренним контуром в каскадной системе регулирования третьего технологического параметра Y. При этом заданный коэффициент соотношения устанавливается внешним регулятором в зависимости от этого параметра так, что G₂ = a(Y)G_{. Особенность настройки каскадных АСР состоит в том, что на задание внутреннему регулятору устанавливают ограничение Х_рн < Х_р < Х_рв. Для АСР соотношения расходов это соответствует ограничению а_н < а < а_в. Если выходной сигнал внешнего регулятора выходит за пределы (Х_р н, Х_р в), то задание регулятору остается на предельно допустимом значении а, т.е. а_н или а_в.

Рис. 55. Схема регулирования соотношения расходов при заданной общей нагрузке (а) и коррекции коэффициента соотношения по третьему параметру (б):

• 1,2 — измерители расходов; 3 — регулятор соотношения;
• 4, 5 — регулирующие клапаны; 6 — регулятор расхода;
• 7 — технологический аппарат; 8 — измеритель температуры;
• 9 — регулятор температуры; 10 — устройство ограничения