способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре
Классы МПК: | F22D5/30 в зависимости от уровня воды и одновременно от расхода или давления пара |
Автор(ы): | Максимов Ю.Я. |
Патентообладатель(и): | Курский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-01-20 публикация патента:
27.05.1999 |
Способ может быть использован в области автоматического управления технологическими объектами энергетических установок для автоматического регулирования уровня жидкости (воды и пр.). Суммируют расходы входящих в резервуар и выходящих из него сред. Сопоставляют между собой суммы расходов входящих в резервуар и выходящих из него сред, полученную в результате сопоставлений разность в виде сигнала подают на регулятор, вырабатывающий по первому заданному закону первый дополнительный сигнал, воздействующий на регулирующий клапан и обеспечивающий соблюдение нулевого значения разности расходов. Одновременно измеряют небалансное количество рабочих сред, образующее отклонение текущего значения уровня от заданного, даже при равенстве сумм расходов входящих в резервуар и выходящих из него сред, по формуле
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084t.gif)
где G - небалансное количество рабочих сред; Q(t) - изменение разности сумм расходов входящих и выходящих рабочих сред во времени; t - длительность небаланса сумм расходов. Сигнал, пропорциональный небалансному количеству, подают на регулятор. Последний вырабатывает по второму заданному закону второй дополнительный сигнал, воздействующий на регулирующий клапан и обеспечивающий идеальное соблюдение материального баланса, то есть равенство нулю небалансного количества рабочей среды и равенство текущего и заданного значений уровня рабочей среды в резервуаре. Такой способ позволит повысить качество автоматического регулирования и расширить функциональные возможности. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084t.gif)
где G - небалансное количество рабочих сред; Q(t) - изменение разности сумм расходов входящих и выходящих рабочих сред во времени; t - длительность небаланса сумм расходов. Сигнал, пропорциональный небалансному количеству, подают на регулятор. Последний вырабатывает по второму заданному закону второй дополнительный сигнал, воздействующий на регулирующий клапан и обеспечивающий идеальное соблюдение материального баланса, то есть равенство нулю небалансного количества рабочей среды и равенство текущего и заданного значений уровня рабочей среды в резервуаре. Такой способ позволит повысить качество автоматического регулирования и расширить функциональные возможности. 2 ил.
Формула изобретения
Способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, заключающийся в том, что измеряют текущее значение уровня рабочей среды в резервуаре, расходы входящих в резервуар сред и расходы выходящих из резервуара сред, сопоставляют текущее значение уровня с его заданным значением, формируют сигнал, пропорциональный разности между текущим и заданным значениями уровня, подают его на регулятор, отличающийся тем, что дополнительно суммируют расходы входящих в резервуар и выходящих из него сред, сопоставляют между собой суммы расходов входящих в резервуар и выходящих из него сред, полученную в результате сопоставлений разность в виде сигнала подают на регулятор, вырабатывающий по первому заданному закону первый дополнительный сигнал, воздействующий на регулирующий клапан и обеспечивающий соблюдение нулевого значения разности сумм расходов, одновременно измеряют небалансное количество рабочих сред, образующее отклонение текущего значения уровня от заданного даже при равенстве сумм расходов входящих в резервуар и выходящих из него сред, по формуле![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084-9t.gif)
где G - небалансное количество рабочих сред;
Q(t) - изменение разности сумм расходов входящих и выходящих рабочих сред во времени;
t - длительность небаланса суммы расходов, сигнал, пропорциональный небалансному количеству, подают на регулятор, вырабатывающий по второму заданному закону второй дополнительный сигнал, воздействующий на регулирующий клапан и обеспечивающий идеальное соблюдение материального баланса, то есть равенство нулю небалансного количества рабочей среды и равенство текущего и заданного значений уровня рабочей среды в резервуаре.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области автоматического управления технологическими объектами энергетических установок и может быть использовано для автоматического регулирования уровня жидкости (воды и др.)Широко известны способы автоматического регулирования уровня в резервуаре по сигналу рассогласования текущего и заданного значений уровня с коррекцией сигналов по положению регулирующего органа, по расходу рабочих сред (пара, воды) [1, 2] и других параметров [3]. Наиболее близким по технической сущности является способ автоматического регулирования питания барабанного котла [4], заключающийся в дополнительном использовании разности напоров рабочей среды на входе и выходе экономайзера. Использование в известных способах напора в качестве корректирующего параметра не учитывает того, что расход рабочей среды зависит не только от напора, но и от поперечного сечения трубопроводов, проходного сечения результирующих клапанов и других параметров и, таким образом, не обеспечивает идеальное соблюдение материального баланса в резервуаре. Способ [4] неприемлем для различных рабочих сред, например, для подогревателей котлов, в которых поступающей средой является пар, а выходной средой - конденсат, то есть вода. Технической задачей изобретения является повышение качества автоматического регулирования, расширение функциональных возможностей. Задача решена предлагаемым способом, сущность которого заключается в том, что регулирование уровня в резервуаре производят стабилизацией равенства сумм расходов входящих в резеруар и выходящих из него рабочих сред. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен упрощенный разрез резервуара, в котором регулируется уровень рабочей среды, а на фиг. 2 - изменение во времени параметров, характеризующих процесс регулирования. Пусть в резервуар (фиг. 1) поступает рабочая среда V, например пар, через регулирующий клапан 2, а выходит рабочая среда W, например конденсат, через регулирующий клапан 3, расходы поступающей и выходящей сред при этом одинаковы, то есть. QV=QW=Q0. (1)
Под "расходом" понимается отношение массы рабочей среды, перемещаемой через поперечное сечение трубопровода, к промежутку времени, за который это перемещение происходит, и может измеряться, например, в кг/с. Уровень среды W в резервуаре 1 в начальный момент времени t=0 равен H0 и равен заданному Hзад. В этот же момент времени происходит скачкообразное изменение, например увеличение, расхода рабочей среды V на величину
Q=Q1-Q0, (2)
где Q0 - начальное значение расходов рабочих сред V и W,
Q1 - конечное значение расхода рабочей среды V. Изменение уровня H будет происходит по следующему закону
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084-3t.gif)
где t - текущее значение времени;
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/964.gif)
S - площадь поперечного сечения резервуара,
и отражено на фиг. 2, в виде прямой линии 1. Увеличение уровня начнется в момент времени, равный времени запаздывания. Под "временем запаздывания" понимается время, равное сумме времени транспортного запаздывания [5] и времени технологического запаздывания, затраченное на какие-то технологические процессы, например на время превращения пара в конденсат и его стекания по стенкам резервуара. При существующих способах [1, 2, 3, 4] регулирование уровня начнется с момента времени tн, когда отклонение текущего значения уровня H от заданного, равное
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131027/916.gif)
достигнет зоны нечувствительности +
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131046/948.gif)
Qвх=Qвых, (5)
где tк - время, затраченное на регулирование разности сумм расходов. С момента времени tс уровень H=Hк=const будет стабилизирован (кривая 3). Этим будет достигнуто соблюдение материального баланса в резервуаре, то есть сумма расходов входящих рабочих сред будет равна сумме расходов выходящих рабочих сред:
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084-4t.gif)
где
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084-5t.gif)
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084-6t.gif)
i - порядковый номер входящей рабочей среды;
j - порядковый номер выходящей рабочей среды;
к - общее количество входящих рабочих сред;
l - общее количество выходящих рабочих сред,
и разность сумм расходов
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084-7t.gif)
будет равна нулю. Регулирование разности Q сумм расходов входящих в резервуар Qвх и выходящих из него Qвых сред производят следующим образом. Изменяют расходы Qtвх входящих в резервуар сред и расходы Qjвых выходящих из него сред. Суммируют отдельно расходы Qвх входящих и расходы Qвых выходящих сред. Вычисляют разность Q сумм Qвх входящих в резервуар сред и сумм Qвых расходов выходящих сред. Сигнал, пропорциональный разности расходов Q, подают на регулятор, который вырабатывает 1-ый регулирующий сигнал по первому установочному закону, и подают выработанный регулятором сигнал на регулирующий клапан, обеспечивающий равенство сумм расходов входящих и выходящих из резервуара сред, то есть равенство нулю левых и правых частей уравнения (2, 7). Если разность Q сумм расходов положительна и в качестве регулирующего выбран клапан 2 входящей в резервуар среды V, то последний прикрывают. При отрицательной разности Q клапан 2 приоткрывают. В качестве регулирующего клапан 2 выбирается в том случае, когда необходима стабилизация расхода выходящих сред. Если в качестве регулирующего выбран клапан 3 выходящей из резервуара среды W, то при положительной разности Q сумм расходов клапан 3 приоткрывают, а при отрицательной разности Q сумм расходов клапан 3 прикрывают. Однако, несмотря на стабилизацию уровня и равенство сумм расходов в результате регулирования разности сумм расходов, текущее значение уровня в общем случае не будет равно заданному значению уровня из-за того, что на регулирование разности расходов затрачено время tк, за которое в резервуар поступило небалансное количество рабочей среды G, которое оказалось лишним и которое привело к увеличению уровня от H0 до Hк, так как в интервале времени 0<t
![способ автоматического регулирования уровня рабочей среды в резервуаре, патент № 2131084](/images/patents/340/2131084/2131084-8t.gif)
где Q(t) - изменение разности сумм расходов во времени. Поскольку в рассматриваемом случае небалансное количество G оказалось в резервуаре лишним, его следует считать положительным. При наличии неточностей в системах измерений и регулирования дальнейшее изменение уровня может происходить по кривой 6 (фиг. 2) и отклонение уровня от заданного может достигнуть зоны нечуствительности регулятора уровня в момент времени tнн. Для того чтобы уровень рабочей среды W привести к первоначальному заданному Hзад с наилучшим качеством регулирования, необходимо убрать из резервуара небалансное количество рабочей среды W, в данном случае лишнее, положительное. А поскольку это мгновенно сделать невозможно, удаление небалансного количества G осуществляют по предлагаемому способу путем выработки второго регулирующего сигнала по второму установленному закону и подают выработанный сигнал на регулирующий клапан 2 входящей среды V или на регулирующий клапан 3 входящей рабочей среды W. Тогда изменение небалансного количества G во времени будет происходить по кривой 7, а уровня - по кривой 8. Если выработанный сигнал подан на регулирующий клапан 3, то последний должен быть приоткрыт таким образом, чтобы обеспечить не только равенство (6), но и удаление небалансного количества G рабочей среды V, вычисленного и измеренного по формуле (7) в максимально короткий срок до момента времени tнб. Если же расход выходящей среды Q должен быть постоянным, то выработанный сигнал подают на регулирующий клапан 2 входящей среды V. Последний должен быть прикрыт так, чтобы обеспечить равенство (6) и чтобы измеренное небалансное лишнее количество G рабочей среды W было бы удалено как можно быстрее при определенном неизменном состоянии клапана 3. Аналогичным образом поступают при недостатке рабочей среды W в резервуаре, то есть при QW>QV, отрицательном количестве G, отрицательной разности Q сумм расходов и когда H<H, только выработанные сигналы должны быть противоположного знака, а воздействия на регулирующие клапаны - обратные. Тогда, если выработанный сигнал подан на клапан 3, то последний прикрывают таким образом, чтобы обеспечить равенство (6), а также добавление небалансного дефицитного в этом случае количества G рабочей среды V, вычисленное и измеренное по формуле (8) в максимально короткий срок. Если же расход выходящей среды Q должен быть постоянным, выработанный сигнал подают на регулирующий клапан 2 входящей среды V. Последний должен быть приоткрыт таким образом, чтобы обеспечить равенство (6) и добавить как можно быстрее дефицитное небалансное количество G среды W, выполнив условие равенства нулю небалансного количества G. Библиографический список
1. АС. 1645757 (СССР) МПК F 22 D 5/26. 2. АС. 623052 (СССР) МПК F 22 D 5/26. 3. АС. 720250 (СССР) МПК F 22 D 5/26. 4. АС. 1652749 (СССР) МПК F 22 D 5/26. 5. В.А.Бесекерский, Е.П. Попов. Теория автоматического регулирования. М. : Наука, 1975, 708 с.