V této části popíšeme hlavní prvky obsažené v řídicím systému, poskytneme jim technické charakteristiky a matematický popis. Podívejme se blíže na vyvíjený systém automatické regulace teploty. přiváděný vzduch procházející ohřívačem. Protože hlavním produktem přípravy je teplota vzduchu, lze v rámci diplomové práce zanedbat konstrukci matematických modelů a modelování cirkulačních procesů a proudění vzduchu. Také toto matematické zdůvodnění fungování samohybných děl lze zanedbat vzhledem k architektonickým zvláštnostem prostor – dochází k výraznému přílivu vnějšího nepřipraveného vzduchu do dílen a skladů prasklinami a mezerami. Proto je při jakémkoli průtoku vzduchu pro pracovníky v této dílně prakticky nemožný stav „hladovění kyslíkem“.
Zanedbáváme tedy konstrukci termodynamického modelu distribuce vzduchu v místnosti i matematický popis ACS na základě proudění vzduchu pro jejich neúčelnost. Zastavme se podrobněji u vývoje teploty přiváděného vzduchu ACS. Ve skutečnosti je tento systém systémem pro automatické nastavování polohy tlumiče PVO v závislosti na teplotě přiváděného vzduchu. Regulace je poměrným zákonem využívajícím metodu vyrovnávání hodnot.
Pojďme si představit hlavní prvky zahrnuté v ACS a představit jejich technické charakteristiky, které nám umožní identifikovat rysy jejich řízení. Při výběru zařízení a automatizačních nástrojů se řídíme jejich technickými listy a předchozími inženýrskými výpočty starého systému a také výsledky experimentů a testů.
Konvenční odstředivý ventilátor je kolo s pracovními lopatkami umístěnými ve spirálovém plášti, při jehož rotaci vzduch vstupující vstupem vstupuje do kanálků mezi lopatkami a vlivem odstředivé síly se pohybuje po těchto kanálcích, je shromažďován spirálním pouzdrem a směřuje k jeho výstupu. Plášť také slouží k přeměně dynamického tlaku na tlak statický. Pro zvýšení tlaku je za pláštěm umístěn difuzor. Na Obr. 4.1 ukazuje celkový pohled na odstředivý ventilátor.
Typické odstředivé kolo se skládá z lopatek, zadního disku, náboje a předního disku. K zadnímu disku je přinýtován, přišroubován nebo přivařen litý nebo soustružený náboj, určený k nasazení kola na hřídel. Čepele jsou k disku přinýtovány. Náběžné hrany lopatek jsou obvykle připevněny k přednímu kroužku.
Spirálová pouzdra jsou vyrobena z ocelového plechu a instalována na nezávislých podpěrách v blízkosti ventilátorů nízký výkon jsou připevněny k rámům.
Když se kolo otáčí, část energie dodané motoru se přenáší do vzduchu. Tlak vyvíjený kolem závisí na hustotě vzduchu, geometrický tvar lopatky a obvodová rychlost na špičkách lopatek.
Výstupní hrany lopatek odstředivého ventilátoru mohou být zakřivené dopředu, radiálně nebo dozadu. Donedávna byly hrany lopatek zakřiveny hlavně dopředu, protože to umožnilo zmenšit celkové rozměry ventilátorů. V dnešní době se často nacházejí oběžná kola s dozadu zahnutými lopatkami, protože to zlepšuje účinnost. fanoušek
Rýže. 4.1
Při kontrole ventilátorů je třeba mít na paměti, že výstupní (podél vzduchu) hrany lopatek, aby byl zajištěn vstup bez rázů, by měly být vždy ohnuty ve směru opačném ke směru otáčení kola.
Stejné ventilátory při změně rychlosti otáčení mohou mít různé průtoky a vyvíjet různé tlaky v závislosti nejen na vlastnostech ventilátoru a rychlosti otáčení, ale také na vzduchovodech, které jsou k nim připojeny.
Charakteristiky ventilátoru vyjadřují vztah mezi hlavními parametry jeho provozu. Kompletní charakteristika ventilátoru při konstantních otáčkách hřídele (n = konst) je vyjádřena závislostmi mezi přívodem Q a tlakem P, výkonem N a účinností Závislosti P(Q), N(Q) a T(Q). jsou obvykle postaveny na jedné grafice. Na jejich základě je vybrán ventilátor. Charakteristiky jsou sestaveny na základě testů. Na Obr. 4.2 ukazuje aerodynamické charakteristiky radiálního ventilátoru VTs-4-76-16, který se používá jako přívodní ventilátor na místě instalace
Rýže. 4.2
Výkon ventilátoru je 70 000 m3/h nebo 19,4 m3/s. Rychlost otáčení hřídele ventilátoru - 720 ot./min. nebo 75,36 rad/sec., výkon pohonu asynchronní motor ventilátor je 35 kW.
Ventilátor tlačí venkovní atmosférický vzduch do ohřívače. V důsledku výměny tepla mezi vzduchem a horká voda procházející trubkami výměníku tepla se procházející vzduch ohřívá.
Uvažujme schéma pro regulaci provozního režimu ventilátoru VTs-4-76 č. 16. Na Obr. 4.3 je dáno funkční schéma ventilátorová jednotka při regulaci rychlosti otáčení.
Rýže. 4.3
Přenosovou funkci ventilátoru lze reprezentovat jako faktor zesílení, který je určen na základě aerodynamických charakteristik ventilátoru (obr. 4.2). Koeficient zesílení ventilátoru v pracovním bodě je 1,819 m3/s (minimum možné, zjištěno experimentálně).
Rýže. 4.4
Experimentálně Bylo stanoveno, že pro implementaci požadovaných provozních režimů ventilátoru musí být do řídicího frekvenčního měniče dodávány následující hodnoty napětí (tabulka 4.1):
Tabulka 4.1 Provozní režimy přívodní ventilace
Zároveň pro zvýšení spolehlivosti elektromotoru ventilátorů jak přívodní, tak výfukové sekce není potřeba je nastavovat do provozních režimů s maximálním výkonem. Cílem experimentálního výzkumu bylo najít taková řídicí napětí, při kterých by byly dále vypočteny rychlosti výměny vzduchu.
Odtahovou ventilaci zastupují tři radiální ventilátory značek VTs-4-76-12 (výkon 28 000 m3/h při n=350 ot./min, výkon asynchronního pohonu N=19,5 kW) a VTs-4-76-10 (výkon 20 000 m3 /h při n=270 ot/min, výkon asynchronního pohonu N=12,5 kW). Podobně jako u přívodní ventilační větve pro výfukovou větev byly experimentálně získány hodnoty řídicích napětí (tab. 4.2).
Abychom předešli stavu „kyslíkového hladovění“ v pracovních dílnách, spočítáme rychlost výměny vzduchu pro zvolené provozní režimy ventilátoru. Musí splňovat podmínku:
Tabulka 4.2 Provozní režimy odsávací ventilace
Při výpočtu zanedbáme přiváděný vzduch přicházející zvenčí a také architekturu budovy (stěny, stropy).
Rozměry místností pro větrání: 150x40x10 m, celkový objem místnosti je Vroom 60000 m3. Potřebný objem přiváděného vzduchu je 66 000 m3/h (pro koeficient 1,1 byl zvolen jako minimální, jelikož se nepočítalo s přívodem vzduchu zvenčí). Je zřejmé, že zvolené provozní režimy přívodního ventilátoru uvedené podmínce vyhovují.
Celkový objem odsávaného vzduchu se vypočítá pomocí následujícího vzorce
Pro výpočet výfukové větve byly zvoleny režimy „nouzový výfuk“. Při zohlednění korekčního faktoru 1,1 (protože nouzový provozní režim je akceptován jako nejmenší možný) bude objem odpadního vzduchu roven 67,76 m3/h. Tato hodnota v rámci přípustných chyb a dříve přijatých rezervací splňuje podmínku (4.2), což znamená, že zvolené provozní režimy ventilátoru si poradí s úkolem zajistit výměnu vzduchu.
Motory ventilátorů mají také vestavěnou ochranu proti přehřátí (termostat). Když teplota motoru stoupne, kontakt relé termostatu zastaví elektromotor. Snímač diferenčního tlaku detekuje zastavení elektromotoru a vyšle signál do ovládacího panelu. Je nutné zajistit reakci samohybných děl na nouzové zastavení motory ventilátorů.
Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Michail SamoletovV moderním světě se již při projektování neobejdete bez matematického modelování proudění vzduchu ventilační systémy.
V moderním světě se již při návrhu ventilačních systémů neobejdete bez matematického modelování proudění vzduchu. Konvenční inženýrské techniky fungují dobře pro typické prostory a standardní řešení rozvodu vzduchu. Když se návrhář potýká s nestandardními objekty, měly by mu pomoci metody matematického modelování. Článek je věnován studiu distribuce vzduchu v chladném období v dílně na výrobu potrubí. Tato dílna je součástí továrního komplexu, který se nachází v ostře kontinentálním klimatu.
Ještě v 19. století byly získány diferenciální rovnice pro popis proudění kapalin a plynů. Zformulovali je francouzský fyzik Louis Navier a britský matematik George Stokes. Navier-Stokesovy rovnice patří mezi nejdůležitější v hydrodynamice a používají se při matematickém modelování mnoha přírodních jevů a technických problémů.
Za minulé roky ve stavebnictví se nashromáždilo velké množství geometricky a termodynamicky složitých objektů. Využití metod výpočetní dynamiky tekutin výrazně zvyšuje možnosti navrhování ventilačních systémů, což umožňuje s vysokou mírou přesnosti předpovídat rozložení rychlosti, tlaku, teploty a koncentrace komponent v libovolném místě budovy nebo kteréhokoli z jejích pokoje.
Intenzivní využívání metod výpočetní dynamiky tekutin začalo v roce 2000, kdy se objevily univerzální softwarové shelly (CFD balíčky), které umožňovaly najít numerická řešení systému Navier-Stokesových rovnic ve vztahu k objektu zájmu. Přibližně od této doby se BUREAU TECHNIKI zabývá matematickým modelováním ve vztahu k problémům ventilace a klimatizace.
V této studii byly provedeny numerické simulace pomocí STAR-CCM+, balíku CFD vyvinutého společností CD-Adapco. Výkon tohoto balíčku při řešení problémů s ventilací byl
mnohokrát testováno na místě různé složitosti od kancelářských prostor až po divadla a stadiony.
Problém je velmi zajímavý z hlediska návrhu i matematického modelování.
Venkovní teplota -31 °C. Místnost obsahuje objekty s významnými tepelnými příkony: kalicí pec, temperovací pec atd. Mezi vnějšími obvodovými konstrukcemi a vnitřními objekty generujícími teplo jsou tedy velké teplotní rozdíly. Proto nelze při modelování zanedbat příspěvek přenosu tepla sáláním. Další složitostí v matematické formulaci problému je, že několikrát za směnu je do místnosti přistaven těžký vlak o teplotě -31 °C. Postupně se zahřívá a ochlazuje vzduch kolem sebe.
Pro udržení požadované teploty vzduchu v dílně (v chladném období ne nižší než 15 °C) projekt zajišťuje ventilační a klimatizační systémy. Ve fázi návrhu byla vypočtena rychlost proudění a teplota přiváděného vzduchu nutná k dodržení požadovaných parametrů. Otázkou zůstalo, jak přivádět vzduch do dílenského objemu, aby bylo zajištěno co nejrovnoměrnější rozložení teploty v celém objemu. Modelování umožnilo v relativně krátké době (dva až tři týdny) vidět obrázek proudění vzduchu pro několik možností přívodu vzduchu a následně je porovnat.
ETAPA MATEMATICKÉHO MODELOVÁNÍ
K vyřešení problému zvažovaného v tomto článku byly dokončeny všechny fáze matematického modelování.
Pro porovnání účinnosti větrání byly zvoleny tři možnosti přívodu vzduchu: pod úhlem k vertikále 45°, 60° a 90°. Přívod vzduchu byl realizován ze standardních rozvodných mřížek vzduchu.
Teplotní a rychlostní pole získaná jako výsledek výpočtů při různých úhlech přívodu přiváděného vzduchu jsou uvedena na Obr. 1.
Po analýze výsledků byl jako nejúspěšnější ze zvažovaných variant větrání dílny zvolen úhel přívodu přiváděného vzduchu 90°. Při tomto způsobu podávání nevznikají v pracovní oblasti zvýšené otáčky a je možné dosáhnout poměrně rovnoměrného teplotního a rychlostního diagramu v celém objemu dílny.
Teplotní a rychlostní pole ve třech průřezy procházející přívodními mřížkami jsou znázorněny na Obr. 2 a 3. Rozložení teploty v celé místnosti je rovnoměrné. Pouze v oblasti, kde jsou soustředěny pece, jsou pozorovány vyšší teploty pod stropem. V pravém rohu místnosti nejdále od kamen je chladnější prostor. To je místo, kam vjíždějí studené kočáry z ulice.
Z Obr. 3 je jasně vidět, jak se šíří horizontální trysky přiváděného vzduchu. Při tomto způsobu přívodu má přívodní proud poměrně velký dosah. Tedy ve vzdálenosti 30 m od mřížky je rychlost proudění 0,5 m/s (na výstupu z mřížky je rychlost 5,5 m/s). Ve zbytku místnosti je pohyblivost vzduchu nízká, 0,3 m/s.
Ohřátý vzduch z kalicí pece vychyluje proud přiváděného vzduchu nahoru (obr. 4 a 5). Kamna velmi silně ohřívají vzduch kolem sebe. Teplota u podlahy je zde vyšší než ve střední části místnosti.
Teplotní pole a proudnice ve dvou sekcích horké dílny jsou znázorněny na Obr. 6.
Výpočty umožnily analyzovat účinnost různých způsobů přívodu vzduchu do dílny na výrobu trubek. Bylo zjištěno, že při přívodu horizontálním proudem se přiváděný vzduch šíří dále do místnosti, což přispívá k jejímu rovnoměrnějšímu ohřevu. V tomto případě nejsou v pracovní oblasti žádné oblasti s příliš vysokou pohyblivostí vzduchu, jak se to stává při přívodu přiváděného vzduchu pod úhlem dolů.
Použití metod matematického modelování v problémech ventilace a klimatizace je velmi slibným směrem, který umožňuje ve fázi projektu opravit řešení a zabránit potřebě opravit neúspěšné konstrukční řešení po uvedení zařízení do provozu. ●
Daria Denisikhina -
vedoucí katedry matematického modelování;
Maria Lukanina -
vedoucí inženýr katedry matematického modelování;
Michail Samoletov -
Výkonný ředitel MM-Technologies LLC
Práce zkoumá procesy modelování větrání a rozptylu jeho emisí v atmosféře. Simulace je založena na řešení Navier-Stokesovy soustavy rovnic, zákonů zachování hmoty, hybnosti a tepla. Jsou uvažovány různé aspekty numerického řešení těchto rovnic. Byl navržen systém rovnic, který umožňuje vypočítat hodnotu koeficientu turbulence pozadí. Pro hyposonickou aproximaci je navrženo řešení spolu s hydrogasdynamickými rovnicemi uvedenými v článku pro rovnici postavení ideálního reálného plynu a páry. Tato rovnice je modifikací van der Waalsovy rovnice a přesněji zohledňuje velikosti molekul plynu nebo páry a jejich interakci. Na základě podmínky termodynamické stability je získán vztah, který umožňuje vyloučit fyzikálně nemožné kořeny při řešení rovnice pro objem. Je provedena analýza známých výpočtových modelů a výpočtových balíčků dynamiky tekutin a plynů.
modelování
větrání
turbulence
rovnice přenosu tepla a hmoty
stavová rovnice
skutečný plyn
rozptyl
1. Berlyand M. E. Současné problémy atmosférická difúze a znečištění ovzduší. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 s.
2. Belyaev N. N. Modelování procesu disperze toxického plynu v podmínkách budovy // Bulletin DIIT. - 2009. - č. 26 - S. 83-85.
3. Byzová N. L. Experimentální studie atmosférická difúze a výpočty disperze nečistot / N. L. Byzova, E. K. Garger, V. N. Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985. - 351 s.
4. Datsyuk T. A. Modelování rozptylu emisí ventilace. - Petrohrad: SPBGASU, 2000. - 210 s.
5. Sauts A. V. Aplikace kognitivních grafických algoritmů a metod matematická analýza studovat termodynamické vlastnosti isobutanu R660A na linii saturace: Grant č. 2C/10: výzkumná zpráva (konečná) / GOUVPO SPBGASU; ruce Gorokhov V.L., Španělština: Sauts A.V. - Petrohrad, 2011. - 30 s.: ill. 30.- č.GR 01201067977.-Inv. č. 02201158567.
ÚvodPři projektování výrobních komplexů a unikátních zařízení musí být komplexně zdůvodněny otázky související se zajištěním kvality ovzduší a normovaných parametrů mikroklimatu. Vzhledem k vysokým nákladům na výrobu, instalaci a provoz vzduchotechnických a klimatizačních systémů jsou kladeny zvýšené nároky na kvalitu inženýrských výpočtů. Pro výběr racionálních konstrukčních řešení v oblasti větrání je nutné umět analyzovat situaci jako celek, tzn. identifikovat prostorový vztah dynamických procesů probíhajících uvnitř a v atmosféře. Posoudit účinnost větrání, která závisí nejen na množství vzduchu přiváděného do místnosti, ale také na přijatém schématu distribuce vzduchu a koncentrace škodlivé látky ve venkovním vzduchu v místech sání vzduchu.
Účel článku- použití analytických závislostí, pomocí kterých se provádějí výpočty množství škodlivých emisí, určují se rozměry kanálů, vzduchovodů, šachet a volba způsobu úpravy vzduchu atd. V tomto případě je vhodné použít softwarový produkt „Potok“ s modulem „VSV“. Pro přípravu výchozích dat je nutné mít k dispozici schémata navržených ventilačních systémů s uvedením délek sekcí a průtoků vzduchu na koncových sekcích. Vstupním údajem pro výpočet je popis ventilačních systémů a požadavků na něj. Pomocí matematického modelování se řeší následující otázky:
Pole rychlosti, tlaku, teploty, koncentrací v místnosti a atmosféře se tvoří pod vlivem mnoha faktorů, jejichž kombinaci je v metodách inženýrských výpočtů bez použití počítače poměrně obtížné zohlednit.
Aplikace matematického modelování v problémech ventilace a aerodynamiky je založena na řešení soustavy Navierových - Stokesových rovnic.
Pro modelování turbulentního proudění je nutné vyřešit soustavu rovnic zachování hmoty a Reynoldsových (zachování hybnosti):
(2)
Kde t- čas, X= X i , j , k- prostorové souřadnice, u=u i , j , k - složky vektoru rychlosti, R- piezometrický tlak, ρ - hustota, τ ij- součásti tenzoru napětí, s m- zdroj hmoty, s i- součásti pulzního zdroje.
Tenzor napětí je vyjádřen jako:
(3)
Kde s ij- tenzor rychlosti deformace; 5 ij- tenzor přídavných napětí vznikajících v důsledku přítomnosti turbulence.
Informace o teplotních polích T a soustředění Sškodlivých látek, je systém doplněn o následující rovnice:
rovnice zachování tepla
pasivní rovnice zachování nečistot S
(5)
Kde CR- součinitel tepelné kapacity, λ - součinitel tepelné vodivosti, k= k i , j , k- koeficient turbulence.
Základní koeficient turbulence k základy se určí pomocí soustavy rovnic:
(6)
Kde
k F
-
koeficient turbulence pozadí, k f = 1-15 m2/s; e = 0,1-04; 
Koeficienty turbulence se určují pomocí rovnic:
(7)
Na otevřená oblast při nízkém rozptylu hodnotu k z je určeno rovnicí:
k k = k 0 z /z 0 ; (8)
Kde k 0 - hodnota k k na vysoké z 0 (k 0 = 0,1 m 2 /s at z 0 = 2 m).
Na otevřená oblast rychlostní profil větru není deformován, tzn.
Při neznámé atmosférické stratifikaci v otevřeném prostoru lze určit profil rychlosti větru:
; (9)
kde z 0 je daná výška (výška korouhvičky); u 0 - rychlost větru ve výšce z 0 ; B = 0,15.
S výhradou podmínky (10), místní Richardsonovo kritérium Ri definováno jako:
(11)
Derivujme rovnici (9), srovnejme rovnice (7) a (8) a odtud vyjádříme k základny
(12)
Položme rovnítko mezi rovnice (12) a rovnice soustavy (6). Do výsledné rovnosti dosadíme (11) a (9) a v konečném tvaru dostaneme soustavu rovnic:
(13)
Termín pulsace, podle myšlenek Boussinesqa, je reprezentován jako:
(14)
kde μ t- turbulentní viskozita a další členy v rovnicích přenosu energie a složky přísad jsou modelovány následovně:
(15)
(16)
K uzavření soustavy rovnic dochází pomocí jednoho z níže popsaných modelů turbulence.
Pro turbulentní proudění studované ve ventilační praxi je vhodné použít buď Boussinesqovu hypotézu o malosti změn hustoty, nebo tzv. „hyposonickou“ aproximaci. Předpokládá se, že Reynoldsova napětí jsou úměrná časově zprůměrovaným rychlostem deformace. Zavádí se koeficient turbulentní viskozity, tento pojem je vyjádřen jako:
. (17)
Efektivní viskozitní koeficient se vypočítá jako součet molekulárních a turbulentních koeficientů:
(18)
„Hyposonická“ aproximace zahrnuje řešení spolu s výše uvedenými rovnicemi stavové rovnice pro ideální plyn:
ρ = p/(RT) (19)
Kde p - okolní tlak; R- plynová konstanta.
Pro přesnější výpočty lze hustotu nečistot určit pomocí upravené van der Waalsovy rovnice pro skutečné plyny a páry
(20)
kde jsou konstanty N A M- vzít v úvahu asociaci/disociaci molekul plynu nebo par; A- zohledňuje další interakce; b" - zohlednění velikosti molekul plynu; υ=1/ρ.
Izolace tlaku z rovnice (12) R a jeho rozlišením podle objemu (s přihlédnutím k termodynamické stabilitě) dostaneme následující vztah:
. (21)
Tento přístup umožňuje výrazně zkrátit dobu výpočtu ve srovnání s případem použití úplných rovnic pro stlačitelný plyn bez snížení přesnosti získaných výsledků. Pro výše uvedené rovnice neexistuje žádné analytické řešení. V tomto ohledu se používají numerické metody.
Pro řešení ventilačních problémů spojených s přenosem skalárních látek turbulentním prouděním se při řešení diferenciálních rovnic používá schéma štěpení fyzikálními procesy. Podle principů štěpení, konečnodiferenční integrace rovnic hydrodynamiky a konvekčně-difuzního transportu skalární látky v každém časovém kroku Δ t se provádí ve dvou fázích. V první fázi jsou vypočteny hydrodynamické parametry. Ve druhé fázi jsou řešeny difúzní rovnice na základě vypočtených hydrodynamických polí.
Vliv přenosu tepla na tvorbu pole rychlosti vzduchu je zohledněn pomocí Boussinesqovy aproximace: do pohybové rovnice je pro vertikální složku rychlosti zaveden další člen, který bere v úvahu vztlakové síly.
Existují čtyři známé přístupy k řešení problémů turbulentního pohybu tekutin:
Nejatraktivnější metodou z hlediska přesnosti získaných výsledků je bezesporu metoda přímého numerického modelování. Aktuálně však možnosti počítačová technologie zatím neumožňují řešení úloh s reálnou geometrií a čísly Re a s rozlišením vírů všech velikostí. Proto při rozhodování široký rozsah inženýrské problémy využívají numerická řešení Reynoldsových rovnic.
V současné době se pro simulaci ventilačních problémů úspěšně používají certifikované balíčky jako STAR-CD, FLUENT nebo ANSYS/FLOTRAN. Díky správně formulovanému problému a racionálnímu algoritmu řešení vám výsledný objem informací umožňuje vybrat si ve fázi návrhu nejlepší možnost, ale provádění výpočtů pomocí těchto programů vyžaduje odpovídající přípravu a jejich nesprávné použití může vést k chybným výsledkům.
Za „základní případ“ můžeme považovat výsledky obecně uznávaných metod výpočtu bilancí, které nám umožňují porovnat integrální hodnoty charakteristické pro uvažovaný problém.
Jeden z důležité body při použití univerzální softwarové systémy K vyřešení problémů s ventilací je třeba zvolit model turbulence. K dnešnímu dni velké množství různé modely turbulence, které se používají k uzavření Reynoldsových rovnic. Modely turbulence jsou klasifikovány podle počtu parametrů pro charakteristiky turbulence, jednoparametrové, dvouparametrové a tříparametrové.
Většina semiempirických modelů turbulence tak či onak využívá „hypotézu lokality mechanismu turbulentního přenosu“, podle níž je mechanismus turbulentního přenosu hybnosti zcela určen specifikací lokálních derivací průměrných rychlostí a fyzikální vlastnosti kapaliny. Tato hypotéza nebere v úvahu vliv procesů probíhajících daleko od daného bodu.
Nejjednodušší jsou jednoparametrové modely, které využívají koncept turbulentní viskozity „n t“ a předpokládá se, že turbulence je izotropní. Upravená verze modelu "n". t-92" se doporučuje pro modelování tryskových a oddělených proudů. Dobrou shodu s experimentálními výsledky dává také jednoparametrový model „S-A“ (Spalart - Almaras), který obsahuje transportní rovnici pro veličinu .
Nevýhoda modelů s jedinou transportní rovnicí je způsobena tím, že postrádají informace o rozložení stupnice turbulence L. Podle množství L jsou ovlivněny transportními procesy, metodami vzniku turbulence a disipací turbulentní energie. Definovat univerzální závislost L neexistuje. Rovnice pro stupnici turbulence Lčasto se ukáže, že je to právě rovnice, která určuje přesnost modelu, a tedy i rozsah jeho použitelnosti. V zásadě je rozsah použití těchto modelů omezen na relativně jednoduché smykové proudění.
U dvouparametrových modelů kromě stupnice turbulence L, použijte jako druhý parametr rychlost disipace turbulentní energie . Takové modely se nejčastěji používají v moderní výpočetní praxi a obsahují rovnice pro přenos energie turbulencí a rozptyl energie.
Známý model včetně rovnic pro přenos turbulentní energie k a rychlost disipace turbulentní energie ε. Modely jako " k- E" lze použít jak pro blízkostěnné toky, tak pro složitější oddělené toky.
Dvouparametrové modely se používají v nízko- a vysoko-reynoldsovských verzích. V prvním je přímo zohledněn mechanismus interakce mezi molekulárním a turbulentním transportem v blízkosti pevného povrchu. V high-Reynoldsově verzi je mechanismus turbulentního transportu v blízkosti pevné hranice popsán speciálními stěnovými funkcemi, které spojují parametry proudění se vzdáleností od stěny.
V současnosti mezi nejslibnější modely patří modely „SSG“ a „Gibson-Launder“, které využívají nelineární spojení mezi Reynoldsovým turbulentním tenzorem napětí a tenzorem průměrné rychlosti přetvoření. Byly vyvinuty pro zlepšení predikce oddělených toků. Protože počítají všechny komponenty tenzoru, vyžadují více počítačových zdrojů ve srovnání s dvouparametrovými modely.
U komplexních oddělených toků byly některé výhody odhaleny použitím jednoparametrových modelů „n t-92", "S-A" z hlediska přesnosti predikce parametrů průtoku a četnosti ve srovnání s dvouparametrovými modely.
Například program „STAR-CD“ umožňuje použití modelů jako „ k- e", Spalart - Almaras, "SSG", "Gibson-Launder", stejně jako velká vířivá metoda "LES" a metoda "DES". Poslední dvě metody jsou vhodnější pro výpočet pohybu vzduchu ve složitých geometriích, kde se objeví četné oddělené vírové oblasti, ale vyžadují velké výpočetní zdroje.
Výsledky výpočtu výrazně závisí na volbě výpočetní sítě. V současné době se pro konstrukci sítí používají speciální programy. Buňky mřížky mohou mít různé tvary a velikosti, které se nejlépe hodí pro řešení konkrétního problému. Nejjednodušší typ mřížky je, když jsou buňky shodné a mají krychlový resp obdélníkového tvaru. Univerzální výpočetní programy nyní používané v inženýrské praxi umožňují práci na libovolných nestrukturovaných sítích.
Pro provedení numerických simulačních výpočtů pro ventilační problémy je nutné specifikovat okrajové a počáteční podmínky, tzn. hodnoty závislých proměnných nebo jejich normální gradienty na hranicích výpočetní oblasti.
Specifikace s dostatečnou mírou přesnosti geometrických vlastností studovaného objektu. Pro tyto účely můžeme doporučit takové balíčky jako „SolidWorks“, „Pro/Engeneer“, „NX Nastran“ pro vytváření trojrozměrných modelů. Při konstrukci výpočetní sítě se počet buněk volí tak, aby bylo získáno spolehlivé řešení s minimální dobou výpočtu. Je třeba vybrat jeden ze semiempirických modelů turbulence, který je pro uvažovaný tok nejúčinnější.
V závěr Dodejme, že pro správnou formulaci okrajových podmínek problému a posouzení spolehlivosti výsledků je nutné dobré porozumění kvalitativní stránce probíhajících procesů. Modelování emisí z ventilace ve fázi návrhu zařízení lze považovat za jeden z aspektů informačního modelování zaměřeného na zajištění environmentální bezpečnosti zařízení.
Recenzenti:
Vážení členové certifikační komise, předkládám Vám svou závěrečnou kvalifikační práci, jejímž účelem je vývoj automatického řídicího systému pro přívodní a odsávací ventilaci výrobních dílen.
Je známo, že automatizace je jednou z nejdůležitější faktory růst produktivity práce v průmyslová produkce, zvyšování kvality produktů a služeb. Neustálé rozšiřování rozsahu automatizace je v této fázi jedním z hlavních rysů průmyslu. Vypracovávaný projekt diplomové práce je jedním z nápadů, jak převzít rozvíjející se koncept výstavby „inteligentních“ budov, tedy objektů, v nichž jsou podmínky lidského života řízeny technickými prostředky.
Hlavní úkoly řešené v návrhu jsou modernizace systému vzduchotechniky existující v místě realizace – výrobních dílen OJSC „VOMZ“ pro zajištění jeho účinnosti (úspora zdrojů energie a tepla, snížení nákladů na údržbu systému, snížení prostojů), udržení příjemné mikroklima a čistota vzduchu v pracovních prostorech, provozuschopnost a stabilita, spolehlivost provozu systému v nouzových/kritických režimech.
Problém uvažovaný v projektu diplomové práce je způsoben morální a technickou zastaralostí (opotřebováním) stávajícího systému řízení PPV. Distribuovaný princip uplatňovaný při výstavbě PVV vylučuje možnost centralizovaného řízení (monitorování spouštění a stavu). Neexistence jasného algoritmu pro spouštění/zastavování systému také činí systém nespolehlivým kvůli lidským chybám a nedostatek nouzových provozních režimů jej činí nestabilním ve vztahu k řešeným úkolům.
Závažnost problému tvorby diplomů je dána všeobecným nárůstem výskytu dýchacích cest a nachlazení u pracovníků, všeobecným poklesem produktivity práce a kvality výrobků v této oblasti. Vývoj nového samohybného děla pro PVV přímo souvisí s politikou kvality závodu (ISO 9000), stejně jako s programy modernizace zařízení závodu a automatizace systémů podpory života v dílnách.
Centrálním ovládacím prvkem systému je automatizační skříň s mikrokontrolérem a zařízením, vybraným na základě výsledků marketingového výzkumu (poster 1). Je jich mnoho tržní nabídky Zvolená výbava je však minimálně stejně dobrá jako její analogy. Důležitým kritériem byla cena, spotřeba energie a ochranné provedení zařízení.
Funkční schéma automatizace místa přívodu vzduchu je na obrázku 1. Při návrhu ACS byl jako hlavní zvolen centralizovaný přístup, který umožňuje, aby byl systém v případě potřeby mobilní pro realizaci podle smíšeného s možností dispečinku a propojení s jinými průmyslovými sítěmi. Centralizovaný přístup je vysoce škálovatelný a poměrně flexibilní - všechny tyto kvalitativní vlastnosti jsou určovány zvoleným mikrokontrolérem - WAGO I/O System, stejně jako implementací řídicího programu.
Při návrhu byly vybrány automatizační prvky - akční členy, snímače, kritérii výběru byla funkčnost, stabilita provozu v kritických režimech, rozsah měření parametrů/regulace, vlastnosti instalace, forma výstupu signálu, provozní režimy. Byly vybrány hlavní matematické modely a simulována činnost systému regulace teploty vzduchu s řízením polohy klapky třícestného ventilu. Simulace byla provedena v prostředí VisSim.
Pro regulaci byla zvolena metoda „vyrovnávání parametrů“ v oblasti řízených hodnot. Jako zákon řízení byl zvolen proporcionální, protože nejsou kladeny vysoké nároky na přesnost a rychlost systému a rozsah změn vstupních/výstupních veličin je malý. Funkce regulátoru jsou vykonávány jedním z portů regulátoru v souladu s řídicím programem. Výsledky simulace tohoto bloku jsou uvedeny v Posteru 2.
Operační algoritmus systému je znázorněn na obrázku 2. Řídící program, který implementuje tento algoritmus, se skládá z funkčních bloků, bloku konstant a jsou použity standardní a specializované funkce. Flexibilita a škálovatelnost systému je zajištěna jak programově (použití FB, konstant, návěští a přechodů, kompaktnost programu v paměti řadiče), tak i technicky (ekonomické využití I/O portů, záložní porty).
Software zajišťuje akce systému v nouzových režimech (přehřátí, porucha ventilátoru, podchlazení, ucpání filtru, požár). Algoritmus pro provoz systému v režimu požární ochrany je uveden na obrázku 3. Tento algoritmus zohledňuje požadavky norem na dobu evakuace a činnost zařízení požární ochrany v případě požáru. Obecně je použití tohoto algoritmu efektivní a ověřené testy. Vyřešil se i problém modernizace výfukové digestoře z hlediska požární bezpečnosti. Nalezená řešení byla přezkoumána a přijata jako doporučení.
Spolehlivost navrženého systému zcela závisí na spolehlivosti softwaru a regulátoru jako celku. Vyvinutý řídicí program byl podroben procesu ladění, ručnímu, strukturálnímu a funkčnímu testování. Pro zajištění spolehlivosti a dodržování záručních podmínek pro automatizační zařízení byly vybrány pouze doporučené a certifikované jednotky. Záruka výrobce na vybranou automatizační skříň je při dodržení záručních povinností 5 let.
Byla také vyvinuta zobecněná struktura systému, zkonstruováno hodinové schéma provozu systému, vygenerována tabulka zapojení a značení kabelů a instalační schéma ACS.
Ekonomické ukazatele projektu, mnou vypočítané v organizační a ekonomické části, jsou vyobrazeny na plakátu č. 3. Stejný plakát ukazuje časovou osu procesu návrhu. Pro posouzení kvality kontrolního programu byla použita kritéria v souladu s GOST RISO/IEC 926-93. Ekonomická efektivita výstavby byla posouzena pomocí SWOT analýzy. Je zřejmé, že navržený systém má nízké náklady (nákladová struktura - Poster 3) a poměrně rychlou dobu návratnosti (při výpočtu s použitím minimálních úspor). Můžeme tedy konstatovat, že vývoj je vysoce ekonomicky efektivní.
Dále byly vyřešeny otázky ochrany práce, elektrické bezpečnosti a šetrnosti systému k životnímu prostředí. Volba vodivých kabelů a vzduchových filtrů je opodstatněná.
Výsledkem práce je tak vypracován projekt modernizace, který je optimální ve vztahu ke všem uvedeným požadavkům. Tento projekt je doporučen k realizaci podle načasování modernizace zařízení závodu.
Pokud se potvrdí hospodárnost a kvalita projektu zkušební doba, plánuje se implementace úrovně expedice s využitím místní sítě podniku a modernizace větrání zbývajících výrobních prostor za účelem jejich spojení do jedné průmyslové sítě. V souladu s tím tyto fáze zahrnují vývoj dispečerského softwaru, vedení záznamů o stavu systému, chybách, nehodách (DB), organizaci automatizovaného pracoviště nebo kontrolního stanoviště (CP) Je možné distribuovat konstrukční řešení pro řešení problémů řízení vzducho-tepelné clony workshopy Je také možné vyřešit slabá místa stávajícího systému, jako je modernizace úpravárenských jednotek a také úprava sacích ventilů vzduchu s protimrazovým mechanismem.
anotace
Diplomový projekt obsahuje úvod, 8 oddílů, závěr, seznam použitých zdrojů, aplikace a skládá se ze 141 stran strojopisného textu s ilustracemi.
První část poskytuje přehled a analýzu potřeby návrhu automatického řídicího systému pro přívod a odvod ventilace (ACV PVV) výrobních dílen a marketingovou studii automatizačních skříní. jsou zvažovány standardní schémata ventilace a alternativní přístupy k řešení problémů návrhu promoce.
Druhá část obsahuje popis stávajícího FV systému na místě realizace - JSC VOMZ, jako technologického procesu. Vzniká zobecněné strukturální schéma automatizace pro technologický proces přípravy vzduchu.
Třetí část formuluje rozšířený technický návrh řešení konstrukčních problémů diplomové práce.
Čtvrtá část je věnována vývoji samohybných děl. Jsou vybrány prvky automatizace a řízení a je uveden jejich technický a matematický popis. Je popsán algoritmus pro regulaci teploty přiváděného vzduchu. Byl vytvořen model a byla provedena simulace provozu samohybných děl pro udržování teploty vzduchu v místnosti. Elektroinstalace byla vybrána a zdůvodněna. Byl sestaven hodinový cyklogram provozu systému.
Pátá část poskytuje technické specifikace programovatelného logického automatu (PLC) WAGO I/O System. K dispozici jsou tabulky zapojení senzorů a aktorů s PLC porty, vč. a virtuální.
Šestá část je věnována vývoji operačních algoritmů a psaní řídicího programu PLC. Volba programovacího prostředí má své opodstatnění. Jsou uvedeny blokové algoritmy pro zpracování systémem nouzové situace, blokové algoritmy funkčních bloků, které řeší problémy spouštění, řízení a regulace. Sekce obsahuje výsledky testování a ladění řídicího programu PLC.
Sedmá část pojednává o bezpečnosti a šetrnosti k životnímu prostředí projektu. Analýza nebezpečných a škodlivé faktory při provozu samohybných děl jsou poskytována řešení pro ochranu práce a zajištění ekologické šetrnosti projektu. Vyvíjí se systémová ochrana proti havarijním situacím vč. posílení systému z hlediska požární ochrany a zajištění stability provozu při nouzové situace. Je prezentováno vyvinuté funkční schéma automatizace se specifikacemi.
Osmý oddíl je věnován organizační a ekonomické studii proveditelnosti rozvoje. Je poskytnuta kalkulace nákladů, efektivity a doby návratnosti vývoje projektu vč. s přihlédnutím k realizační fázi. Odrážejí se fáze vývoje projektu, odhaduje se pracnost práce. Je provedeno posouzení ekonomické efektivity projektu pomocí SWOT analýzy vývoje.
V závěru jsou uvedeny závěry k diplomovému projektu.
Úvod
Automatizace je jedním z nejdůležitějších faktorů zvyšování produktivity práce v průmyslové výrobě. Trvalou podmínkou pro zrychlení tempa růstu automatizace je rozvoj technické prostředky automatizace. Technická automatizační zařízení zahrnují všechna zařízení obsažená v řídicím systému a určená k příjmu informací, jejich přenosu, ukládání a transformaci, jakož i k realizaci řídicích a regulačních vlivů na objekt technologického řízení.
Vývoj technologických prostředků automatizace je komplexní proces, který je založen na zájmech automatizované výroby spotřebitelů na jedné straně a na ekonomických možnostech výrobních podniků na straně druhé. Primární pobídkou pro rozvoj je zvýšení efektivity spotřebitelské výroby zaváděním nových technologií, které lze doporučit pouze tehdy, pokud se náklady rychle vrátí. Kritériem pro všechna rozhodnutí o vývoji a implementaci nových nástrojů by proto měl být celkový ekonomický efekt s přihlédnutím ke všem nákladům na vývoj, výrobu a implementaci. V souladu s tím je třeba pro vývoj a výrobu nejprve přijmout takové varianty technických prostředků, které poskytují maximální celkový efekt.
Neustálé rozšiřování rozsahu automatizace je v této fázi jedním z hlavních rysů průmyslu.
Zvláštní pozornost je věnována otázkám průmyslové ekologie a bezpečnosti práce. Při navrhování moderní technologie, zařízení a konstrukcí, je nutné zaujmout vědecky podložený přístup k rozvoji bezpečnosti a nezávadnosti práce.
Na moderní jeviště rozvoj národní ekonomika země, jedním z hlavních úkolů je zvýšit efektivitu společenské výroby založené na vědeckotechnickém procesu a plněji využít všechny rezervy. Tento úkol je neodmyslitelně spojen s problémem optimalizace konstrukčních řešení, jejichž účelem je vytvořit nezbytné předpoklady pro zvýšení efektivity kapitálových investic, snížení doby jejich návratnosti a zajištění co největšího nárůstu produkce za každý vynaložený rubl. Zvyšování produktivity práce, výrobu vysoce kvalitních produktů a zlepšování pracovních a odpočinkových podmínek pracovníků zajišťují vzduchové ventilační systémy, které vytvářejí potřebné mikroklima a kvalitu vnitřního ovzduší.
Cílem diplomového projektu je vyvinout automatický řídicí systém pro přívodní a odsávací ventilaci (ACV PVV) výrobních dílen.
Problém uvažovaný v diplomovém projektu je způsoben opotřebením stávajícího PVV automatizačního systému v JSC Vologda Optical-Mechanical Plant. Systém je navíc navržen distribuovaným způsobem, což eliminuje možnost centralizované správy a monitorování. Jako objekt realizace bylo vybráno místo vstřikování (kategorie B pro požární bezpečnost) a přilehlé prostory - areál CNC obráběcích strojů, plánovací a expediční kancelář a sklady.
Cíle diplomového projektu byly formulovány na základě studie současného stavu samohybných děl a na základě analytického posudku uvedeného v části 3 „Technický návrh“.
Použití řízeného větrání otevírá nové možnosti řešení výše uvedených problémů. Vyvíjený automatický řídicí systém musí být optimální z hlediska plnění určených funkcí.
Jak je uvedeno výše, význam vývoje je způsoben jak zastaralostí stávajících samohybných děl, tak nárůstem počtu opravárenské práce o ventilačních „cestách“ a také obecný nárůst výskytu dýchacích cest a nachlazení u pracovníků, tendence ke zhoršování pohody během dlouhých hodin práce a v důsledku toho všeobecný pokles produktivity práce a kvalitu výrobků. Je důležité upozornit na skutečnost, že stávající samohybná děla nejsou spojena s požární automatikou, což je pro tento typ výroby nepřijatelné. Vývoj nového samohybného děla pro PVV přímo souvisí s politikou kvality závodu (ISO 9000), stejně jako s programy modernizace zařízení závodu a automatizace systémů podpory života v dílnách.
Diplomový projekt využívá internetové zdroje (fóra, elektronické knihovny, články a publikace, elektronické portály), dále technickou literaturu požadované oblasti a texty norem (GOST, SNIP, SanPiN). Také vývoj ACS PVV se provádí s ohledem na návrhy a doporučení specialistů na základě stávajících instalačních plánů, kabelových tras a systémů vzduchovodů.
Za zmínku stojí, že problém nastolený v projektu diplomové práce se vyskytuje téměř ve všech starých továrnách vojensko-průmyslového komplexu převybavování dílen je jedním z nejdůležitějších úkolů z hlediska zajištění kvality výrobků pro konečného spotřebitele. Návrh diplomu tak bude odrážet nashromážděné zkušenosti s řešením podobných problémů v podnicích s podobným typem výroby.
1. Analytický přehled
1.1 Obecná analýza potřeba navrhnout samohybná děla pro PVV
Nejdůležitějším zdrojem úspor paliv a energetických zdrojů vynakládaných na dodávky tepla do velkých průmyslové budovy s významnou spotřebou tepelné a elektrické energie, je zvýšení účinnosti systému přívodní a odsávací ventilace(PVV) založené na využití moderních pokroků výpočetní a řídicí techniky.
K ovládání ventilačního systému se obvykle používají místní automatizační prostředky. Hlavní nevýhodou takové regulace je, že nezohledňuje skutečnou vzduchovou a tepelnou bilanci budovy a reál počasí: venkovní teplota vzduchu, rychlost a směr větru, atmosférický tlak.
Proto pod vlivem místních automatizačních prostředků systém ventilace vzduchu zpravidla nepracuje v optimálním režimu.
Účinnost systému přívodního a odtahového větrání lze výrazně zvýšit, pokud je prováděno optimální řízení systémů založené na použití komplexu vhodného hardwaru a softwaru.
Utváření tepelného režimu lze reprezentovat jako interakci rušivých a regulačních faktorů. K určení regulačního působení jsou zapotřebí informace o vlastnostech a množství vstupních a výstupních parametrů a podmínkách pro proces přenosu tepla. Vzhledem k tomu, že cílem řízení vzduchotechnických zařízení je zajistit požadované vzduchové podmínky v pracovním prostoru budov s minimálními náklady na energii a materiál, bude možné pomocí počítače najít optimální variantu a vyvinout vhodné kontrolní akce. na tomto systému. Výsledkem je, že počítač s vhodnou sadou hardwaru a softwaru tvoří automatizovaný systém pro řízení teplotních podmínek budov (ACS). Zároveň také stojí za zmínku, že počítač lze chápat jako ústřednu pro PVV a dálkový ovladač pro sledování stavu PVV, jakož i jednoduchý počítač s programem pro modelování samohybných děl, zpracování výsledků a na jejich základě operativní řízení.
Automatický řídicí systém je kombinací řídicího objektu (řízeného technologického procesu) a řídicích zařízení, jejichž vzájemné působení zajišťuje automatický tok procesu v souladu s daným programem. Technologický postup je v tomto případě chápán jako sled operací, které je nutné provést, aby se z výchozích surovin získal hotový výrobek. V případě PVV je hotovým výrobkem vzduch v obsluhované místnosti se stanovenými parametry (teplota, složení plynu atd.), surovinami venkovní a odpadní vzduch, chladiva, elektřina atd.
Fungování systému samohybného děla, jako každého řídicího systému, by mělo být založeno na principu zpětné vazby (FS): vývoj řídicích akcí na základě informací o objektu získaných pomocí senzorů instalovaných nebo distribuovaných na objektu.
Každý konkrétní ACS je vyvinut na základě dané technologie zpracování vstupního proudu vzduchu. Často je systém přívodu a odvodu ventilace spřažen s klimatizačním (přípravným) systémem, což se odráží i v návrhu řídicí automatiky.
Při použití samostatných zařízení nebo kompletní technologické instalace vzduchotechnické systémy ACS jsou dodávány již zabudované v zařízení a již vybavené určitými ovládacími funkcemi, které jsou obvykle podrobně popsány v technické dokumentaci. V tomto případě musí být nastavení, údržba a provoz takových řídicích systémů prováděny přesně v souladu se specifikovanou dokumentací.
Analýza technická řešení moderní PVV od předních výrobců ventilační zařízení ukázal, že výkonné funkce lze rozdělit do dvou kategorií:
Řídící funkce určené vzduchotechnickou technikou a zařízením;
Doplňkové funkce, které jsou většinou servisními funkcemi, jsou prezentovány jako firemní know-how a nejsou zde diskutovány.
V obecný pohled hlavní technologické funkce regulace nasávání vzduchu lze rozdělit do následujících skupin (obr. 1.1)
Rýže. 1.1 - Hlavní technologické funkce řízení PVV
Popišme, co se rozumí funkcemi PVV uvedenými na Obr. 1.1.
1.1.1 Funkce „ovládání a registrace parametrů“
V souladu s SNiP 2.04.05-91 jsou povinné kontrolní parametry:
Teplota a tlak ve společném přívodním a vratném potrubí a na výstupu z každého výměníku tepla;
Teplota venkovního vzduchu, přiváděný vzduch za výměníkem tepla a také teplota v místnosti;
Normy maximálních přípustných koncentrací škodlivých látek ve vzduchu nasávaném z místnosti (přítomnost plynů, zplodin hoření, netoxického prachu).
Ostatní parametry v systémech přívodu a odvodu ventilace jsou řízeny na vyžádání Technické specifikace na zařízení nebo podle provozních podmínek.
Dálkové ovládání slouží k měření hlavních parametrů technologického procesu nebo parametrů podílejících se na realizaci dalších řídících funkcí. Takové řízení se provádí pomocí snímačů a měřicích převodníků s výstupem (v případě potřeby) měřených parametrů na indikátor nebo obrazovku řídicího zařízení (ústředna, monitor počítače).
K měření dalších parametrů se obvykle používají místní (přenosné nebo stacionární) přístroje - indikační teploměry, tlakoměry, přístroje pro spektrální analýzu složení vzduchu atd.
Použitím místních ovládacích zařízení není porušen základní princip řídicích systémů - princip zpětné vazby. V tomto případě se implementuje buď za pomoci osoby (obsluha nebo personál údržby), nebo pomocí řídicího programu „napevno zapojeného“ do paměti mikroprocesoru.
1.1.2 Funkce „provozní a programové řízení“
Je důležité implementovat takovou možnost, jako je „startovací sekvence“. Aby bylo zajištěno normální spuštění FV systému, je třeba vzít v úvahu následující:
Předběžné otevření vzduchových klapek před spuštěním ventilátorů. Je to způsobeno tím, že ne všechny klapky v zavřeném stavu vydrží tlakový rozdíl vytvářený ventilátorem a doba úplného otevření klapky elektropohonem dosahuje dvou minut.
Oddělení startovacích časů elektromotoru. Asynchronní elektromotory mohou mít často vysoké startovací proudy. Pokud jsou současně spuštěny ventilátory, pohony vzduchových klapek a další pohony, pak vlivem velkého zatížení elektrické sítě budovy výrazně poklesne napětí a elektromotory se nemusí spustit. Proto je třeba rozběh elektromotorů, zejména těch s vysokým výkonem, časově rozložit.
Předehřev ohřívače. Pokud nebudete ohřívač vody předehřívat, může při nízkých venkovních teplotách fungovat protimrazová ochrana. Proto je při spouštění systému nutné otevřít klapky přívodního vzduchu, otevřít třícestný ventil ohřívač vody a ohřívač ohřívat. Obvykle se tato funkce aktivuje, když je venkovní teplota nižší než 12 °C.
Opačná možnost je „stop sekvence“ Při vypínání systému je třeba vzít v úvahu následující:
Zpoždění pro zastavení ventilátoru přiváděného vzduchu v instalacích s elektrickým ohřívačem. Po odstranění napětí z elektrického ohřívače byste jej měli nějakou dobu chladit, aniž byste vypínali ventilátor přívodního vzduchu. Jinak topné těleso ohřívače (tepelné elektrický ohřívač- topné těleso) může selhat. U stávajících návrhových úkolů diplomové práce není tato možnost důležitá z důvodu použití ohřívače vody, ale je také důležité si ji poznamenat.
Na základě zvolených provozních a softwarových možností ovládání je tak možné předložit typický harmonogram zapínání a vypínání zařízení FV zařízení.
Rýže. 1.2 - Typický cyklogram provozu samohybných děl pro vzduchem poháněné vzduchové systémy s ohřívačem vody
Celý tento cyklus (obr. 1.2) musí systém odpracovat automaticky a navíc musí být zajištěno individuální spouštění zařízení, které je nutné při seřizování a údržbě.
Funkce ovládání programu, jako je změna režimu „zima-léto“, jsou neméně důležité. Realizace těchto funkcí je zvláště důležitá v moderních podmínkách nedostatku energetických zdrojů. V regulačních dokumentech má implementace této funkce poradní charakter - „pro veřejné, administrativní, bytové a průmyslové budovy je zpravidla nutné zajistit programovou regulaci parametrů, které zajistí snížení spotřeby tepla“.
V nejjednodušším případě tyto funkce umožňují buď vypnout přívod vzduchu v určitém okamžiku, nebo snížit (zvýšit) nastavenou hodnotu regulovaného parametru (například teploty) v závislosti na změnách tepelné zátěže v obsluhované místnosti. .
Efektivnější, ale také obtížněji implementovatelné je softwarové ovládání, které zajišťuje automatické změny struktury nasávání vzduchu a algoritmu jeho fungování nejen v tradičním režimu „zima-léto“, ale i v přechodových režimech. Analýza a syntéza struktury PVV a algoritmu pro její fungování se obvykle provádějí na základě jejich termodynamického modelu.
V tomto případě je hlavní motivací a kritériem pro optimalizaci zpravidla snaha zajistit pokud možno minimální spotřebu energie s omezením kapitálové výdaje, rozměry atd.
1.1.3 Funkce „ochranné funkce a blokování“
Ochranné funkce a blokování společné pro automatizační systémy a elektrická zařízení (ochrana proti zkratu, přehřátí, omezení pohybu atd.) jsou stanoveny meziresortními regulačními dokumenty. Takové funkce jsou obvykle realizovány samostatnými zařízeními (pojistky, proudové chrániče, koncové spínače atd.). Jejich použití je upraveno pravidly pro výstavbu elektrických instalací (PUE), pravidly požární bezpečnost(PPB).
Ochrana proti mrazu. Funkce automatické ochrany proti mrazu by měla být zajištěna v oblastech s návrhovou teplotou venkovního vzduchu pro chladné období minus 5°C nebo nižší. První topné výměníky (ohřívač vody) a rekuperátory (pokud existují) podléhají ochraně.
Typicky se ochrana proti zamrznutí výměníků tepla provádí na základě senzorů nebo senzorových relé teploty vzduchu za zařízením a teploty chladicí kapaliny ve vratném potrubí.
Nebezpečí zamrznutí předpovídá teplota vzduchu před zařízením (tn<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.
Během mimoprovozních hodin by u systémů chráněných proti mrazu měl ventil zůstat mírně otevřený (5-25 %) se zavřenou klapkou venkovního vzduchu. Pro větší spolehlivost ochrany při vypnutém systému je někdy implementována funkce automatické regulace (stabilizace) teploty vody ve vratném potrubí.
1.1.4 Funkce „ochrana technologických zařízení a elektrických zařízení“
1. Kontrola znečištění filtru
Kontrola znečištění filtru se posuzuje podle poklesu tlaku na něm, který je měřen snímačem diferenčního tlaku. Senzor měří rozdíl tlaku vzduchu před a za filtrem. Přípustná tlaková ztráta na filtru je uvedena v jeho pasu (pro manometry prezentované na továrních vzduchových trasách podle technického pasu - 150-300 Pa). Tento rozdíl se nastavuje při nastavování systému na diferenciální čidlo (nastavená hodnota čidla). Po dosažení nastavené hodnoty je ze senzoru přijat signál indikující, že filtr je extrémně zaprášený a že je třeba jej opravit nebo vyměnit. Pokud není filtr vyčištěn nebo vyměněn do určité doby (obvykle 24 hodin) po spuštění prachového alarmu, doporučuje se zajistit nouzové vypnutí systému.
Doporučuje se instalovat podobná čidla na ventilátory. Pokud dojde k poruše ventilátoru nebo hnacího řemenu ventilátoru, systém musí být zastaven v nouzovém režimu. Takové snímače jsou však často z ekonomických důvodů opomíjeny, což značně ztěžuje diagnostiku systému a hledání závad v budoucnu.
2. Další automatické zámky
Kromě toho musí být zajištěno automatické blokování pro:
Otevírání a zavírání ventilů venkovního vzduchu při zapínání a vypínání ventilátorů (klapek);
Otevírací a uzavírací ventily ventilačních systémů propojených vzduchovými kanály pro úplnou nebo částečnou zaměnitelnost v případě poruchy jednoho ze systémů;
Uzavírání ventilů ventilačních systémů pro prostory chráněné plynovými hasicími zařízeními, když jsou vypnuty ventilátory ventilačních systémů těchto prostor;
Zajištění minimálního průtoku venkovního vzduchu v systémech s proměnným průtokem atd.
1.1.5 Regulační funkce
Regulační funkce - automatické udržování nastavených parametrů - jsou z definice zásadní pro systémy přívodu a odvodu ventilace pracující s proměnným průtokem, recirkulací vzduchu a ohřevem vzduchu.
Tyto funkce jsou prováděny pomocí uzavřených regulačních smyček, ve kterých je explicitně přítomen princip zpětné vazby: informace o objektu přicházející ze senzorů jsou řídicími zařízeními převáděny na řídicí akce. Na Obr. Obrázek 1.3 ukazuje příklad smyčky regulace teploty přiváděného vzduchu v potrubním klimatizačním zařízení. Teplota vzduchu je udržována ohřívačem vody, kterým prochází chladicí kapalina. Vzduch procházející ohřívačem se ohřívá. Teplota vzduchu za ohřívačem vody je měřena čidlem (T), následně je její hodnota odeslána do porovnávacího zařízení (CD) naměřené hodnoty teploty a nastavené teploty. V závislosti na rozdílu mezi požadovanou teplotou (Tset) a naměřenou hodnotou teploty (Tism) generuje řídicí zařízení (P) signál, který ovlivňuje pohon (M - elektrický pohon třícestného ventilu). Elektrický pohon otevírá nebo zavírá třícestný ventil do polohy, kdy chyba:
e = Tust - Tism
bude minimální.
Rýže. 1.3 - Okruh regulace teploty přiváděného vzduchu ve vzduchovodu s vodním výměníkem: T - čidlo; US - srovnávací zařízení; R - regulační zařízení; M - pohon
Konstrukce automatického řídicího systému (ACS) na základě požadavků na přesnost a další parametry jeho činnosti (stabilita, kmitání atd.) tedy spočívá ve volbě jeho konstrukce a prvků, jakož i stanovení parametry regulátoru. Obvykle to provádějí specialisté na automatizaci využívající klasickou teorii řízení. Uvedu pouze, že nastavení regulátoru je určeno dynamickými vlastnostmi objektu řízení a zvoleným zákonem řízení. Zákon regulace je vztah mezi vstupními (?) a výstupními (Uр) signály regulátoru.
Nejjednodušší je poměrný zákon regulace, ve kterém? a Uр jsou vzájemně propojeny konstantním koeficientem Kp. Tento koeficient je nastavovacím parametrem takového regulátoru, který se nazývá P-regulátor. Jeho realizace vyžaduje použití nastavitelného výztužného prvku (mechanického, pneumatického, elektrického atd.), který může fungovat jak s použitím dodatečného zdroje energie, tak bez něj.
Jednou z odrůd P-regulátorů jsou polohové regulátory, které implementují proporcionální regulační zákon na Kp a generují výstupní signál Uр, který má určitý počet konstantních hodnot, například dvě nebo tři, což odpovídá dvěma nebo třem- polohové regulátory. Takové regulátory se někdy nazývají reléové regulátory kvůli podobnosti jejich grafických charakteristik s charakteristikami relé. Parametrem nastavení pro takové regulátory je hodnota mrtvé zóny De.
V technologii automatizace vzduchotechnických systémů našly dvoupolohové regulátory pro svou jednoduchost a spolehlivost široké uplatnění při regulaci teploty (termostaty), tlaku (presostaty) a dalších parametrů procesního stavu.
Regulátory zapnuto-vypnuto se také používají v automatických ochranných systémech, blokovacích zařízeních a spínacích režimech zařízení. V tomto případě jsou jejich funkce vykonávány senzorovými relé.
Přes naznačené výhody P-regulátorů mají velkou statickou chybu (při malých hodnotách Kp) a tendenci k samokmitání (při velkých hodnotách Kp). Proto se s vyššími požadavky na regulační funkce automatizačních systémů z hlediska přesnosti a stability používají složitější zákony řízení, například zákony PI a PID.
Teplotu ohřevu vzduchu lze také regulovat pomocí P-regulátoru, který funguje na principu vyrovnávání: zvyšte teplotu, když je její hodnota nižší než nastavená hodnota, a naopak. Tento výklad zákona našel uplatnění i v systémech, které nevyžadují vysokou přesnost.
1.2 Analýza stávajících standardních schémat automatizace ventilace výrobních dílen
Existuje celá řada standardních implementací automatizace systému přívodu a odvodu ventilace, každá z nich má řadu výhod a nevýhod. Podotýkám, že i přes přítomnost mnoha standardních schémat a vývoje je velmi obtížné vytvořit automatický řídicí systém, který by byl flexibilní v nastavení vzhledem k výrobě, kde je implementován. Navrhnout tedy systém automatického řízení vzduchotechniky, důkladnou analýzu stávající konstrukce větrání, analýzu technologických procesů výrobního cyklu, jakož i analýzu požadavků na ochranu práce, ekologii, elektro a požární ochranu. je vyžadována bezpečnost. Navíc jsou často navržené samohybné zbraně specializované ve vztahu k jejich oblasti použití.
V každém případě jsou následující skupiny obvykle považovány za typická počáteční data ve fázi počátečního návrhu:
1. Obecné údaje: územní umístění objektu (město, okres); typ a účel objektu.
2. Informace o budově a prostorách: plány a řezy udávající všechny rozměry a výšky vzhledem k úrovni terénu; označení kategorií prostor (na architektonických plánech) v souladu s normami požární bezpečnosti; dostupnost technických oblastí s uvedením jejich velikosti; umístění a vlastnosti stávajících ventilačních systémů; charakteristiky nosičů energie;
3. Údaje o technologickém postupu: výkresy technologického projektu (plány) s vyznačením umístění technologického zařízení; specifikace zařízení udávající instalované kapacity; charakteristika technologického režimu - počet pracovních směn, průměrný počet pracovníků na směnu; provozní režim zařízení (současný provoz, faktory zatížení atd.); množství škodlivých emisí do ovzduší (MPC škodlivých látek).
Výchozí údaje pro výpočet automatizace systému PVV jsou:
Výkon stávajícího systému (výkon, výměna vzduchu);
Seznam parametrů vzduchu podléhajících regulaci;
Regulační limity;
Automatizace provozu při příjmu signálů z jiných systémů.
Provedení automatizačního systému je tedy navrženo na základě úkolů, které mu byly přiděleny, s přihlédnutím k normám a pravidlům, jakož i obecným počátečním datům a diagramům. Vypracování schématu a výběr zařízení pro automatický ventilační systém se provádí individuálně.
Uveďme stávající standardní schémata řídicích systémů přívodního a odtahového větrání a charakterizujme některá z nich z hlediska možnosti jejich využití pro řešení problematiky diplomového projektu (obr. 1.4 - 1.5, 1.9).
Rýže. 1.4 - ACS pro ventilaci s přímým prouděním
Tyto automatizační systémy našly aktivní využití v továrnách, továrnách a kancelářských prostorách. Řídicím objektem je zde automatizační skříň (ovládací panel), upevňovacími zařízeními jsou kanálová čidla, řídicí účinek je vyvíjen na motory ventilátorů a motory klapek. K dispozici je také ACS pro ohřev/chlazení vzduchu. Při pohledu do budoucna lze poznamenat, že systém zobrazený na obr. 1.4a je prototypem systému, který musí být použit v místě vstřikování plastů Vologda Optical-Mechanical Plant OJSC. Chlazení vzduchu ve výrobních prostorách je vzhledem k objemu těchto prostor neefektivní a ohřev je předpokladem pro správnou funkci samohybných děl.
Rýže. 1.5- Větrání ACS s výměníky tepla
Konstrukce samojízdných řídicích systémů pro ohřívače vzduchu využívající výměníky tepla (rekuperátory) umožňuje řešit problémy s nadměrnou spotřebou energie (u elektrických ohřívačů) a problémy s emisemi do životního prostředí. Smyslem rekuperace je, že vzduch, který je nenávratně odváděn z místnosti, si při teplotě nastavené v místnosti vyměňuje energii s příchozím venkovním vzduchem, jehož parametry se zpravidla výrazně liší od nastavených. Tito. V zimě odváděný teplý odpadní vzduch částečně ohřívá venkovní přiváděný vzduch a v létě chladnější odpadní vzduch částečně ochlazuje přiváděný. V nejlepším případě dokáže rekuperace snížit energetické náklady na zpracování přiváděného vzduchu o 80 %.
Technicky se rekuperace v přívodním a odtahovém větrání provádí pomocí rotačních výměníků tepla a systémů s mezilehlým chladivem. Získáme tak zisk jak v ohřevu vzduchu, tak ve snížení otevírání klapek (pro motory, které klapky řídí, je povolena delší doba nečinnosti) - to vše dává celkový zisk z hlediska úspory energie.
Systémy rekuperace tepla jsou slibné a aktivně se zavádějí místo starých ventilačních systémů. Je však třeba poznamenat, že takové systémy stojí dodatečné kapitálové investice, ale jejich návratnost je relativně krátká, zatímco ziskovost je velmi vysoká. Také absence konstantních emisí do životního prostředí zvyšuje environmentální výkonnost takové organizace automatizace PVV. Činnost systému s rekuperací tepla ze vzduchu (recirkulace vzduchu) je zjednodušeně znázorněna na obr. 1.6.
Rýže. 1.6 - Provoz systému výměny vzduchu s recirkulací (rekuperací)
Křížové neboli deskové rekuperátory (obr. 1.5 c, d) se skládají z desek (hliník), které představují soustavu kanálů pro proudění dvou proudů vzduchu. Stěny kanálů jsou společné pro přívod a odvod vzduchu a snadno se přenášejí. Díky velké výměnné ploše a turbulentnímu proudění vzduchu v kanálech je dosaženo vysokého stupně zpětného získávání tepla (přestupu tepla) při relativně nízkém hydraulickém odporu. Účinnost deskových rekuperátorů dosahuje 70 %.
Rýže. 1.7 - Organizace výměny vzduchu samohybných děl pro PVV na bázi deskových rekuperátorů
Využívá se pouze citelné teplo odpadního vzduchu, protože Přiváděný a odváděný vzduch se nijak nemísí a kondenzát vznikající při ochlazování odpadního vzduchu je zadržován separátorem a odváděn drenážním systémem z odtokové vany. Aby nedocházelo k zamrzání kondenzátu při nízkých teplotách (do -15°C), jsou vytvořeny příslušné požadavky na automatizaci: musí zajistit periodické zastavování přívodního ventilátoru nebo odvádění části venkovního vzduchu do obtokového kanálu s obtokem kanálů rekuperátoru . Jediným omezením při použití této metody je povinné křížení přívodní a výfukové větve v jednom místě, což v případě jednoduché modernizace ACS přináší řadu úskalí.
Rekuperační systémy s mezichladicí kapalinou (obr. 1.5 a, b) jsou dvojice výměníků tepla propojených uzavřeným potrubím. Jeden výměník tepla je umístěn ve výfukovém potrubí a druhý v přívodním potrubí. V uzavřeném okruhu cirkuluje nemrznoucí glykolová směs, která přenáší teplo z jednoho výměníku tepla do druhého, přičemž v tomto případě může být vzdálenost mezi jednotkou přívodu vzduchu a jednotkou výfuku poměrně značná.
Účinnost zpětného získávání tepla touto metodou nepřesahuje 60 %. Náklady jsou poměrně vysoké, ale v některých případech to může být jediná možnost rekuperace tepla.
Rýže. 1.8 - Princip rekuperace tepla pomocí mezichladicího média
Rotační výměník (rotační výměník, rekuperátor) - je rotor s kanály pro horizontální průchod vzduchu. Část rotoru je ve výfukovém kanálu a část je v přívodním kanálu. Rotující rotor přijímá teplo z odpadního vzduchu a předává ho přiváděnému vzduchu, přičemž se přenáší jak citelné, tak latentní teplo a také vlhkost. Účinnost zpětného získávání tepla je maximální a dosahuje 80 %.
Rýže. 1.9 - ACS PVV s rotačním rekuperátorem
Omezení použití této metody je dáno především tím, že až 10 % odpadního vzduchu se mísí se vzduchem přiváděným, což je v některých případech nepřijatelné nebo nežádoucí (pokud je vzduch výrazně znečištěný) . Konstrukční požadavky jsou podobné jako u předchozí verze – odsávací a přívodní stroje jsou umístěny na jednom místě. Tato metoda je dražší než první a je méně často používána.
Obecně platí, že systémy s obnovou jsou o 40–60 % dražší než podobné systémy bez obnovy, ale provozní náklady se budou výrazně lišit. Ani při dnešních cenách energií nepřesáhne doba návratnosti rekuperačního systému dvě topné sezóny.
Rád bych poznamenal, že na úsporu energie mají vliv i řídicí algoritmy. Vždy je však třeba vzít v úvahu, že všechny ventilační systémy jsou navrženy pro určité průměrné podmínky. Například rychlost proudění venkovního vzduchu byla stanovena pro jeden počet osob, ale ve skutečnosti může být v místnosti i méně než 20 % akceptované hodnoty, v tomto případě bude vypočítaná rychlost proudění venkovního vzduchu jasná nadměrný provoz ventilace v nadměrném režimu povede k nepřiměřené ztrátě energetických zdrojů. V tomto případě je logické zvážit několik provozních režimů - například zima/léto. Pokud je automatizace schopna zavést takové režimy, úspory jsou zřejmé. Další přístup je spojen s regulací proudění venkovního vzduchu v závislosti na kvalitě plynového prostředí uvnitř, tzn. Automatizační systém obsahuje analyzátory škodlivých plynů a volí hodnotu průtoku venkovního vzduchu tak, aby obsah škodlivých plynů nepřekročil maximální přípustné hodnoty.
1.3 Průzkum trhu
V současné době jsou na trhu automatizace pro přívod a odvod ventilace široce zastoupeni všichni přední světoví výrobci vzduchotechnických zařízení a každý z nich se specializuje na výrobu zařízení v určitém segmentu. Celý trh s ventilačními zařízeními lze rozdělit do následujících oblastí použití:
Domácí a poloprůmyslové použití;
Průmyslové účely;
Větrací zařízení pro „speciální“ účely.
Vzhledem k tomu, že projekt diplomové práce zkoumá návrh automatizace napájecích a výfukových systémů průmyslových areálů, je pro porovnání navrženého vývoje s těmi dostupnými na trhu nutné vybrat podobné stávající automatizační balíčky od známých výrobců.
Výsledky marketingové studie stávajících balení samohybných děl PVV jsou uvedeny v příloze A.
V důsledku marketingového výzkumu bylo tedy prozkoumáno několik nejběžněji používaných samohybných děl od různých výrobců a studiem jejich technické dokumentace byly získány následující informace:
Složení odpovídajícího balení samohybného děla PVV;
Registr regulačních parametrů (tlak ve vzduchovodech, teplota, čistota, vlhkost vzduchu);
Značka programovatelného automatu a jeho vybavení (software, příkazový systém, principy programování);
Dostupnost spojení s jinými systémy (je zajištěna komunikace s požární automatikou, je podporována lokální síťová protokoly);
Ochranné provedení (elektrická bezpečnost, požární bezpečnost, ochrana proti prachu, odolnost proti hluku, ochrana proti vlhkosti).
2. Popis ventilační sítě výrobní dílny jako objektu automatického řízení
Obecně lze na základě výsledků analýzy stávajících přístupů k automatizaci systémů ventilace a přípravy vzduchu, jakož i na základě analytických přehledů standardních schémat dojít k závěru, že úkoly zvažované v projektu diplomové práce jsou relevantní. v současné době je aktivně zvažován a studován specializovanými projekčními kancelářemi (SKB).
Chtěl bych poznamenat, že existují tři hlavní přístupy k implementaci automatizace ventilačního systému:
Distribuovaný přístup: implementace automatizace dmychadel na základě místního spínacího zařízení, každý ventilátor je řízen odpovídajícím zařízením.
Tento přístup se používá k navrhování automatizace relativně malých ventilačních systémů, u kterých se nepředpokládá další rozšiřování. Je nejstarší. Mezi výhody přístupu patří například to, že v případě havárie na jedné z větví řízeného větrání systém nouzově zastaví pouze tento spoj/úsek. Tento přístup je navíc relativně jednoduchý na implementaci, nevyžaduje složité řídicí algoritmy a zjednodušuje údržbu zařízení ventilačního systému.
Centralizovaný přístup: implementace automatizace ventilace vzduchu na bázi skupiny logických ovladačů nebo programovatelného logického ovladače (PLC), celý ventilační systém je řízen centrálně v souladu se zadaným programem a daty.
Centralizovaný přístup je spolehlivější než distribuovaný. Veškerá kontrola PVV je rigidní a provádí se na základě programu. Tato okolnost klade další požadavky jak na zápis programového kódu (je třeba vzít v úvahu mnoho podmínek, včetně akcí v nouzových situacích), tak na speciální ochranu řízení PLC. Tento přístup našel uplatnění pro malé administrativní a průmyslové komplexy. Vyznačuje se flexibilním nastavením, schopností škálovat systém do rozumných mezí a také schopností mobilní kombinace systému podle smíšeného organizačního principu;
Smíšený přístup: používá se při návrhu velkých systémů (velký počet řízených zařízení s enormním výkonem), jde o kombinaci distribuovaného a centralizovaného přístupu. Obecně tento přístup předpokládá hierarchii úrovní v čele s řídicím počítačem a podřízenými „mikropočítači“, čímž tvoří globální řídicí produkční síť ve vztahu k podniku. Jinými slovy, tento přístup je distribuovaný-centralizovaný přístup se systémovým dispečinkem.
Z hlediska řešeného problému v návrhu diplomové práce je nejvýhodnější centralizovaný přístup k implementaci automatizace PVV. Vzhledem k tomu, že systém je vyvíjen pro malá výrobní zařízení, je možné tento přístup použít i pro další zařízení s cílem jejich následného spojení do jediného systému samohybných děl.
Rozvaděče ventilace jsou často vybaveny rozhraním, které umožňuje sledování stavu ventilačního systému s informacemi zobrazenými na monitoru počítače. Je však vhodné poznamenat, že tato implementace vyžaduje další komplikace řídicího programu, školení specialisty, který sleduje stav a operativní rozhodnutí na základě vizuálně získaných dat z pollingových senzorů. V nouzových situacích navíc vždy existuje neodmyslitelný faktor lidské chyby. Proto je implementace této podmínky spíše doplňkovou možností k návrhu automatizačního balíčku PVV.
2.1 Popis stávajícího automatického řídicího systému přívodního a odsávacího větrání výrobních dílen
Pro zajištění základního principu větrání výrobních dílen, kterým je udržení parametrů a složení vzduchu v přijatelných mezích, je nutné přivádět čistý vzduch do míst pracovníků s následnou distribucí vzduchu po celé místnosti.
Níže na Obr. 2.1 je znázorněna ilustrace typického systému přívodu a odvodu ventilace, který je podobný tomu, který je k dispozici na místě realizace.
Větrací systém výrobního zařízení se skládá z ventilátorů, vzduchovodů, zařízení pro sání venkovního vzduchu, zařízení pro čištění přiváděného a odváděného vzduchu a zařízení pro ohřev vzduchu (ohřívač vody).
Návrh stávajících systémů přívodu a odvodu ventilace byl proveden v souladu s požadavky SNiP II 33-75 „Vytápění, větrání a klimatizace“, jakož i GOST 12.4.021-75 „SSBT. Větrací systémy. Všeobecné požadavky“, který specifikuje požadavky na instalaci, uvedení do provozu a provoz.
Čištění znečištěného vzduchu vypouštěného do ovzduší je prováděno speciálními zařízeními - odlučovači prachu (používané v oblasti výroby vstřikovacích forem), vzduchovými filtry atd. Je třeba vzít v úvahu, že odlučovače prachu nevyžadují další kontrolu a jsou aktivuje se při zapnutí odsávací ventilace.
Čištění vzduchu odsátého z pracovního prostoru lze také provádět v pracho-sedimentačních komorách (pouze pro hrubý prach) a elektrických odlučovačích (pro jemný prach). Čištění vzduchu od škodlivých plynů se provádí pomocí speciálních absorpčních a dekontaminačních látek, včetně těch, které se aplikují na filtry (ve filtračních článcích).
Rýže. 2.1 - Systém přívodu a odvodu větrání výrobní dílny 1 - zařízení nasávání vzduchu; 2 - ohřívače pro vytápění; 3- přívodní ventilátor; 4 - hlavní vzduchové potrubí; 5 - větve vzduchového potrubí; 6 - přívodní trysky; 7 - lokální odsávání; 8 a 9 - magisterské studium. potrubí odpadního vzduchu; 10 - odlučovač prachu; 11 - odtahový ventilátor; 12 - šachta pro vypouštění vyčištěného vzduchu do atmosféry
Automatizace stávajícího systému je poměrně jednoduchá. Technologický proces větrání je následující:
1. začátek pracovní směny - je spuštěn systém přívodu a odvodu ventilace. Ventilátory jsou poháněny centralizovaným startovacím zařízením. Jinými slovy, ovládací panel se skládá ze dvou spouštěčů – pro start a nouzové zastavení/vypnutí. Směna trvá 8 hodin - s hodinovou přestávkou, to znamená, že systém je v pracovní době v průměru 1 hodinu nečinný. Navíc je takovéto „propojené“ řízení ekonomicky neefektivní, protože vede k nadměrné spotřebě energie.
Je třeba poznamenat, že není potřeba, aby odsávací ventilace fungovala neustále, je vhodné ji zapnout, když je vzduch znečištěný, nebo například, když je potřeba odvést přebytečnou tepelnou energii z pracovního prostoru.
2. Otevírání klapek nasávání vzduchu je rovněž řízeno místním spouštěcím zařízením vzduch s parametry prostředí (teplota, čistota) je nasáván do vzduchovodů přívodním ventilátorem z důvodu rozdílu tlaků.
3. Vzduch odebraný z vnějšího prostředí prochází ohřívačem vody, je ohříván na přípustné hodnoty teploty a je čerpán do místnosti vzduchovodem přes přívodní trysky. Ohřívač vody zajišťuje výrazné ohřívání vzduchu, ohřívač je ovládán ručně odborníkem na elektroinstalaci. Během léta je topení vypnuté. Jako chladivo se používá teplá voda přiváděná z vnitropodnikové kotelny. Neexistuje žádný systém automatického řízení teploty vzduchu, což má za následek velké plýtvání zdroji.
Vlastnosti použití řídicího systému pro instalaci přívodního větrání na bázi ovladače MC8.2. Základní funkce ovladače. Příklad specifikace pro automatizaci instalace přívodního větrání pro okruh založený na MC8.2.
praktické práce, přidáno 25.05.2010
Srovnávací analýza technických charakteristik typických konstrukcí chladicích věží. Prvky vodovodních systémů a jejich klasifikace. Matematický model procesu recyklace vody, výběr a popis automatizačních zařízení a řízení.
práce, přidáno 09.04.2013
Základy fungování automatického řídicího systému přívodního a odtahového větrání, jeho konstrukce a matematický popis. Technologické procesní zařízení. Výběr a výpočet regulátoru. Studium stability ATS, ukazatele její kvality.
práce v kurzu, přidáno 16.02.2011
Popis procesu tepelné a vlhkostní úpravy výrobků na bázi cementového betonu. Automatizované řízení procesu ventilace parní komory. Výběr typu diferenčního tlakoměru a výpočet omezovacího zařízení. Měřicí obvod automatického potenciometru.
práce v kurzu, přidáno 25.10.2009
Mapa technologické cesty pro zpracování šnekového kola. Výpočet přídavků a maximálních rozměrů pro zpracování produktu. Vývoj řídicího programu. Zdůvodnění a výběr upínacího přípravku. Výpočet větrání průmyslových prostor.
práce, přidáno 29.08.2012
Charakteristika navrženého komplexu a volba technologie výrobního procesu. Mechanizace zásobování vodou a napájení zvířat. Technologický výpočet a výběr zařízení. Systémy větrání a vytápění vzduchu. Výpočet výměny vzduchu a osvětlení.
práce v kurzu, přidáno 12.01.2008
Systém přívodního větrání, jeho vnitřní struktura a vztah prvků, posouzení výhod a nevýhod použití, požadavky na vybavení. Energeticky úsporná opatření, automatizace řízení energeticky účinných ventilačních systémů.
práce v kurzu, přidáno 04.08.2015
Vývoj technologického schématu pro automatizaci elektricky vyhřívané podlahy. Výpočet a výběr prvků automatizace. Analýza požadavků v regulačním schématu. Stanovení základních ukazatelů spolehlivosti. Bezpečnostní opatření při instalaci automatizačního zařízení.
práce v kurzu, přidáno 30.05.2015
Zařízení pro technologický proces katalytického reformování. Vlastnosti trhu s automatizačními zařízeními. Výběr komplexního řídicího počítače a zařízení pro automatizaci pole. Výpočet a výběr nastavení regulátoru. Automatizační technické prostředky.
práce, přidáno 23.05.2015
Technologický popis strukturního diagramu projektu automatizace procesu zpracování nasycených uhlovodíkových plynů. Studie funkčního schématu automatizace a zdůvodnění výběru přístrojového vybavení pro instalaci. Matematický model regulační smyčky.
Predikce tepelného režimu v obsluhovaných oblastech je multifaktoriální úkol. Je známo, že tepelný režim se vytváří pomocí systémů vytápění, větrání a klimatizace. Při návrhu otopných soustav se však nebere v úvahu vliv proudění vzduchu vytvářeného jinými systémy. Částečně je to způsobeno tím, že vliv proudění vzduchu na tepelný režim může být při standardní mobilitě vzduchu v obsluhovaných prostorech nevýznamný.
Použití systémů sálavého vytápění vyžaduje nové přístupy. To zahrnuje nutnost dodržovat normy ozáření člověka na pracovištích a brát v úvahu distribuci sálavého tepla po vnitřních plochách uzavřených konstrukcí. Při sálavém vytápění jsou totiž tyto povrchy převážně ohřívány, které naopak uvolňují teplo do místnosti konvekcí a sáláním. Díky tomu je udržována požadovaná vnitřní teplota vzduchu.
Zpravidla jsou pro většinu typů prostor spolu s topnými systémy vyžadovány ventilační systémy. Při použití plynových sálavých topných systémů tedy musí být místnost vybavena ventilačními systémy. Minimální výměnu vzduchu v místnostech s uvolňováním škodlivých plynů a par stanovuje SP 60.13330.12. Vytápění, větrání a klimatizace je minimálně jednou a ve výšce nad 6 m - minimálně 6 m 3 na 1 m 2 podlahové plochy. Kromě toho je výkon ventilačních systémů dán také účelem prostor a je vypočítán z podmínek asimilace emisí tepla nebo plynu nebo kompenzace místního odsávání. Přirozeně by mělo být také kontrolováno množství výměny vzduchu pro stav asimilace produktů spalování. Kompenzaci objemu odváděného vzduchu provádějí přívodní ventilační systémy. V tomto případě se významnou měrou podílí na vytváření tepelného režimu v obsluhovaných prostorech přívodní proudy a jimi přiváděné teplo.
Metoda a výsledky výzkumu
Existuje tedy potřeba vyvinout přibližný matematický model komplexních procesů přenosu tepla a hmoty probíhajících v místnosti během sálavého vytápění a větrání. Matematický model je soustava rovnic vzduch-tepelná bilance pro charakteristické objemy a povrchy místnosti.
Systémové řešení umožňuje určit parametry vzduchu v obsluhovaných prostorách pro různé možnosti umístění sálavých topných zařízení s přihlédnutím k vlivu vzduchotechnických systémů.
Uvažujme sestavení matematického modelu na příkladu výrobního zařízení vybaveného sálavým systémem vytápění bez dalších zdrojů tepla. Tepelné toky z emitorů jsou distribuovány následovně. Konvektivní proudy stoupají do horní zóny pod stropem a přenášejí teplo na vnitřní povrch. Sálavá složka tepelného toku zářiče je vnímána vnitřními plochami vnějších obvodových konstrukcí místnosti. Tyto povrchy zase předávají teplo konvekcí do vnitřního vzduchu a vyzařováním na ostatní vnitřní povrchy. Část tepla je předávána vnějšími uzavíracími konstrukcemi do venkovního vzduchu. Schéma výpočtu prostupu tepla je na Obr. 1a.
Uvažujme sestavení matematického modelu na příkladu výrobního zařízení vybaveného sálavým systémem vytápění bez dalších zdrojů tepla. Konvektivní proudy stoupají do horní zóny pod stropem a přenášejí teplo na vnitřní povrch. Sálavá složka tepelného toku zářiče je vnímána vnitřními plochami vnějších obvodových konstrukcí místnosti
Dále se budeme zabývat konstrukcí diagramu cirkulace vzduchu (obr. 1b). Přijměme uspořádání výměny vzduchu „doplňováním“. Vzduch je dodáván v množství M ve směru k obsluhované zóně a je odstraňována z horní zóny průtokem M v = M atd. Na úrovni horní části obsluhované oblasti je rychlost proudění vzduchu v proudu M p. Ke zvýšení průtoku vzduchu v přívodním proudu dochází v důsledku odpojení cirkulujícího vzduchu od proudu.
Zaveďme podmíněné hranice toků – povrchy, na kterých mají rychlosti pouze složky, které jsou k nim normální. Na Obr. lb jsou hranice toku znázorněny přerušovanou čarou. Poté zvýrazníme vypočítané objemy: obslužný prostor (prostor s neustálou přítomností osob); objemy přívodního paprsku a stěnové konvektivní proudění. Směr stěnového konvekčního proudění závisí na poměru teplot vnitřního povrchu vnějších obvodových konstrukcí a okolního vzduchu. Na Obr. Obrázek 1b ukazuje diagram s klesající stěnou konvekčního proudění.
Tedy teplota vzduchu v servisní oblasti t wz vzniká jako výsledek směšování vzduchu z přívodních trysek, stěnového konvekčního proudění a konvekčního tepla z vnitřních povrchů podlahy a stěn.
S přihlédnutím k vypracovaným schématům výměny tepla a proudění vzduchu (obr. 1) sestavíme rovnice bilance teplo-vzduch pro přidělené objemy:
Tady S— tepelná kapacita vzduchu, J/(kg °C); Q od je výkon plynového sálavého topného systému, W; Q s a Q* c - přenos tepla konvekcí z vnitřních povrchů stěny v rámci obsluhované oblasti a stěny nad obsluhovanou oblastí, W; t strana, t c a t wz — teploty vzduchu v přívodním proudu na vstupu do pracovního prostoru, ve stěnovém konvekčním proudění a v pracovním prostoru, °C; Q tp - tepelná ztráta místnosti, W, rovna množství tepelných ztrát vnějšími obvodovými konstrukcemi:
Rychlost proudění vzduchu v přívodním proudu na vstupu do obslužného prostoru se vypočítá pomocí závislostí získaných M. I. Grimitlinem.
Například u rozdělovačů vzduchu, které vytvářejí kompaktní trysky, je průtok v trysce roven:
Kde m— koeficient útlumu rychlosti; F 0 — plocha průřezu vstupní trubky rozdělovače vzduchu, m 2 ; X— vzdálenost od rozvaděče vzduchu ke vstupu do obsluhovaného prostoru, m; NA n je neizotermický koeficient.
Proud vzduchu v konvektivním proudění u stěny je určen:
Kde t c je teplota vnitřního povrchu vnějších stěn, °C.
Rovnice tepelné bilance pro hraniční plochy mají tvar:
Tady Q c , Q*C, Q pl a Q pt - přenos tepla konvekcí z vnitřních povrchů stěny v rámci obsluhovaného prostoru - stěny nad obsluhovaným prostorem, podlaha, resp. krytina; Q tp.s, Q* tp.s, Q tp.pl, Q tp.pt - tepelné ztráty přes odpovídající konstrukce; W S, W*C, W pl, W pt - sálavé tepelné toky z emitoru přicházející na tyto povrchy. Přenos tepla konvekcí je určen známou závislostí:
Kde m J je koeficient stanovený s přihlédnutím k poloze povrchu a směru tepelného toku; F J – plocha, m2; Δ t J je teplotní rozdíl mezi povrchem a okolním vzduchem, °C; J— index typu povrchu.
Ztráta tepla Q tJ lze vyjádřit jako
Kde t n — teplota venkovního vzduchu, °C; t J – teplota vnitřních povrchů vnějších obvodových konstrukcí, °C; R A R n - tepelný odpor a prostup tepla vnějšího plotu, m 2 °C/W.
Byl získán matematický model procesů přenosu tepla a hmoty při kombinovaném působení sálavého vytápění a větrání. Výsledky řešení umožňují získat hlavní charakteristiky tepelného režimu při navrhování systémů sálavého vytápění budov pro různé účely vybavených ventilačními systémy.
Sálavé teplo proudí z zářičů sálavých otopných soustav Wj jsou vypočteny prostřednictvím vzájemných radiačních ploch metodou pro libovolnou orientaci zářičů a okolních ploch:
Kde S 0 je emisivita absolutně černého tělesa, W/(m 2 K 4); ε IJ je snížený stupeň emisivity povrchů zapojených do výměny tepla já A J; H IJ je oblast vzájemného záření povrchů já A J m2; T I je průměrná teplota sálavého povrchu, určená z tepelné bilance radiátoru, K; T J je teplota povrchu přijímajícího teplo, K.
Dosazením výrazů pro tepelné toky a rychlosti proudění vzduchu v tryskách získáme soustavu rovnic, které jsou přibližným matematickým modelem procesů přenosu tepla a hmoty při sálavém ohřevu. K řešení systému lze použít standardní počítačové programy.
Byl získán matematický model procesů přenosu tepla a hmoty při kombinovaném působení sálavého vytápění a větrání. Výsledky řešení umožňují získat hlavní charakteristiky tepelného režimu při návrhu systémů sálavého vytápění budov pro různé účely vybavených ventilačními systémy.
