CC BY
33
УДК 697.34
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОТОПИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Ю.Н. Денисенко, ГМ. Калягин, Д.М. Крамар, В.И. Панферов, В.М. Токарев
Приводятся данные о конструктивной и функциональных структурах разработанной установки, предназначенной для экспериментального исследования влияния режимов отпуска теплоты на процессы, протекающие в системе отопления и определения характеристик отопительных приборов.
Установка представляет собой действующую автономную систему отопления закрытого типа (рис. 1) с принудительной циркуляцией, содержащую все основные компоненты современных систем отопления.
Основные компоненты автономной системы отопления собраны на настольной панели, внешний вид которой спереди изображен на рис. 1, а вид сзади на рис. 2. Принципиальная схема системы отопления приведена на рис. 3. Последовательная работа автоматизированной установки, по ходу движения теплоносителя, описана ниже.
В системе используется расширительный бак 2 мембранного типа (объемом 8 литров), позволяющий компенсировать изменение объема теплоносителя при его нагреве и охлаждении. Избыточное давление в контуре и температуру теплоносителя на выходе из теплогенератора 1 можно наблюдать по шкалам манометрического термометра 3. При повышении давления в системе выше установленного срабатывает предохранительный клапан 4,
открывая выход воде в специальный сосуд 32, расположенный на задней стенке панели.
Для выпуска воздуха из системы используются автоматический клапан поплавкового типа 5 и краны «Маевского» - 13, установленные на отопительных приборах (ОП1 и 0112) 12.
Из теплогенератора теплоноситель подается на трехходовый кран КР1 - 7. На другой вход КР1 поступает холодный теплоноситель с «обратной» ветви системы. В зависимости от положения рукоятки крана 7, температура теплоносителя на его выходе (возмущающее воздействие) может оперативно изменяться в пределах от максимального до минимального значения. Эта возможность предусмотрена для исследования характеристик автоматического регулятора, представляющего собой узел смешения (УС) 6 - трехходовой клапан с электроприводом «ЕБВЕ», установленный в контуре системы отопления. Электропривод УС управляется ПЭВМ (персональный компьютер с монитором клавиатурой мышью и платой ввода-вывода
Рис. 1. Внешний вид установки спереди
і “ ■ 1 1 Рис. 2. Внешний вид установки сзади
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ
Рис. 3. Интерфейс управляющей программы. «Окно функциональной схемы»
Инженерное оборудование зданий и сооружений
информации). Параметры регулятора УС оперативно устанавливаются из управляющей программы, интерфейс которой изображен на рис. 3. Предусмотрено также ручное управление регулятором из управляющей программы.
Температура теплоносителя на входе и выходе из УС измеряется датчиками ТЕ1 - 10 и ТЕ2 - 11 и отображается на экране монитора Для регистрации температуры теплоносителя используются термопреобразователи сопротивления типа ТС004 (ТЕ1 - ТЕ7).
На выходе из УС теплоноситель подается к ОП1 и 0112, каждый из которых может быть подключен по параллельной или последовательной схемам. Для исследования таких режимов работы используются: ручной регулятор 14, перемычка 15 с калиброванными ограничительными шайбами и отключающий перемычку кран 16. Схема включения отопительных приборов 12 в систему определяется положением трехходовых кранов КР2 - 9 и КРЗ - 8.
Вход отопительного прибора ОП1 всегда подключен к верхней точке подачи теплоносителя. Выход ОП1 в зависимости от положения трехходового крана КРЗ подключается к входу трехходового крана КР2 (положение 1) или к «обратной» магистрали (положение 2).
Температура теплоносителя в различных точках системы измеряется проточными термометрами сопротивления 10 - 11, 17-21 с унифицированным выходом и выводится на монитор ПЭВМ (см. рис. 3 и 4). Показания обновляются один раз в секунду. Поскольку температура изменяется относительно медленно, то рядом с текущим значением температуры выводится изменение температуры за последние 10 секунд. В случае если процесс установился, то изменение будет близко к нулю. Наблюдение за изменением значений температур позволяет оценить динамику процесса и сделать вывод об установившемся режиме.
Датчик 11 (ТЕ2) измеряет температуру теплоносителя на выходе из УС. Она же равна температуре теплоносителя в верхней точке «подачи».
Датчик 17 (ТЕЗ) измеряет температуру теплоносителя собственно на выходе из ОП1, без учета теплоносителя протекающего через перемычку 15. Датчик 18 (ТЕ4) измеряет температуру теплоносителя на выходе из ОП1, с учетом теплоносителя протекающего через перемычку 15. Она же равна температуре теплоносителя на входе в «нижний» отопительный прибор ОП2 при последовательном включении с ОП1.
Сисгем$аи«яе*« ГПрдпжол| Л «бое
Рис. 4. Интерфейс управляющей программы. «Окно протокола работы»
Датчик 19 (ТЕ5) измеряет температуру теплоносителя на выходе из ОП2 («нижнего» при последовательном включении), без учета теплоносителя протекающего через перемычку 15. Датчик 20 (ТЕ6) измеряет температуру на выходе из ОП2 (нижнего при последовательном включении), с учетом теплоносителя протекающего через перемычку 15. Она же равна температуре теплоносителя на выходе обоих отопительных приборов при последовательном включении. При параллельном включении показания ТЕЗ и ТЕ4 равны, соответственно равны и регистрируемые значения температур по датчикам ТЕ5 и ТЕ6 вследствие их последовательного включения.
Датчик 21 (ТЕ7) измеряет температуру окружающего воздуха в отапливаемом помещении.
Далее теплоноситель, прошедший через отопительные приборы проходит через крыльчатый модернизированный счетчик-расходомер «ВСКМ 90-15» -24, предназначенный для измерения «общего» расхода теплоносителя, устанавливаемый посредством вентиля 23 (при этом возмущающее воздействие определятся ручными вентилями 14). Расходомер 24 выполнен на базе счетчика горячей воды и дополнен устройством электронно-оптического съема информации. Цена импульса соответствует расходу 11,11 грамма теплоносителя. После фильтра 25 теплоноситель поступает на вход циркуляционного насоса 22 - «ОКШТОРОБ ЦРв 25-40 В». Проточный фильтр 25, установленный непосредственно перед циркуляционным насосом для очистки теплоносителя от всевозможных частиц, которые могут вывести насос из строя. Используемый циркуляционный насос 22 имеет три скорости вращения. Переключение производится рукояткой расположенной непосредственно на насосе. Необходимый для экспериментов расход теплоносителя устанавливается регулятором 23 и переключателем циркуляционного насоса.
На панели стенда расположены также шаровой кран со штуцером, проточный фильтр и обратный клапан 26, используемые при заправке стенда теплоносителем. Здесь же, в нижней точке системы, установлен кран для слива теплоносителя из системы со сливным шлангом 27.
Установка может комплектоваться сосудом для хранения, заправки или слива теплоносителя, а также насосом 28 с подвесом и шлангом для заправки системы под давлением.
На панели стенда расположен пульт управления 29, в котором находятся (слева направо):
- устройство защитного отключения (УЗО);
-автомат включения/выключения теплогенератора;
- автомат включения/выключения циркуляционного насоса, цепей питания датчиков и автоматического регулятора температуры;
- автомат включения/выключения сдвоенной розетки 220 В для подключения системного блока ПЭВМ и монитора (расположена на задней стенке панели);
-автомат включения/выключения одинарной розетки 220 В для подключения заправочного насоса 28 (расположена на задней стенке панели).
Питание стенда осуществляется через однофазную розетку с защитным проводником, рассчитанную на ток не менее 15 А.
В режиме реального времени на экране монитора отображаются результаты работы управляющей программы (см. рис. 3). Для удобства ее интерфейс выполнен в виде контура установки со всеми компонентами и органами управления, с опциональным вводом/отображением входных и выходных параметров на мониторе.
Схема подключения отопительных приборов определяется состоянием трехходовых кранов КР2 и КР1, которые в начале работы со стендом необходимо установить в требуемое положение.
Затем, для приведения управляющей программы и схемы на экране в соответствие состоянию стенда, с помощью мыши на экране монитора следует установить нижнее положение соответствующих указателей. Для каждой конкретной схемы соединения отопительных приборов на экране автоматически стрелками указывается направление движения теплоносителя и обновляется задание на вычисление мощности ОП1 и ОП2. Рядом с датчиками температуры отображается текущее значение температуры и ее приращение за последнюю минуту эксперимента. Вся информация обновляется ежесекундно.
Рядом с расходомером на мониторе выводится текущее значение расхода теплоносителя. Значение расхода теплоносителя усредняется за последние 20 секунд эксперимента.
С окна на рис. 3 производится также управление исполнительным УС. Выбор значения заданной температуры на выходе регулятора и зоны неопределенности производится с раскрывающихся окон.
С помощью кнопок «АВТО» и «РУЧНОЕ» можно установить соответствующий режим работы регулятора. В режиме «АВТО» текущее значение команд управления отображается положением переключателя находящегося рядом. Этим же переключателем производится управление регулятором в ручном режиме. Переключатель имеет три положения «ВВЕРХ», «ВНИЗ» и нейтральное. При переходе из автоматического режима в ручной, по умолчанию выдается команда «СТОП».
При работе программы автоматически производится расчет и вывод на экран текущей тепловой мощности Оь и 0,2 отопительных приборов ОП1 и ОП2 по формуле
б/ = с^(*вх ~^вых ) ’
где с =4,187 кДж/(г-°С) - удельная теплоемкость теплоносителя; в - расход теплоносителя, г/сек; /вх и /вых - температуры на входе и выходе из отопительного прибора, °С. Регистрация последних производится посредством датчиков ТЕ2 - ТЕ5,
Инженерное оборудование зданий и сооружений
соответственно автоматически для конкретного способа подключения, относительно чего и определяется текущее значение МОЩНОСТИ 0! .
Все измеряемые, рассчитываемые параметры установки и команды управления непрерывно фиксируются в ПЭВМ и по окончании работы могут быть сохранены в файл, либо просматриваться в виде протокола (см. рис. 4). Так для просмотра на экран могут быть выведены одновременно до 5 графиков. Выбор цвета и параметра выводимого этим цветом может производиться в пяти раскрывающихся окнах. После выбора цветов и параметров выводимых на экран необходимо нажать кнопку «Принять».
Для удобства наблюдений на вкладке «Показания» можно ввести минимальную и максимальную границы значений отображаемых параметров в абсолютных единицах. График параметра выходящий за границы отображения в этом случае будет ограничен.
После ввода значений на вкладке «Показания» необходимо нажать кнопку «Принять». Нажав кнопку «Начать просмотр» можно перейти к наблюдению процессов в режиме реального времени, и наоборот («Остановить просмотр»). Для возможности просмотра «истории» предыдущего характера изменения процесса необходимо нажать кнопку «В режим просмотра», и с помощью горизонтальной полосы прокрутки «откатить» время в требуемое значение.
В строке состояний всегда обозначен источник отображаемых показаний «Данные со стенда» или «Данные с файла».
Программа позволяет сохранить всю информацию эксперимента в файл. По мере накопления файлов, ненужные могут быть удалены любым файловым менеджером.
Во вкладке «Лабораторные работы» содержится методический материал, позволяющий проводить практические исследования по курсам «Отопление», «Теплотехнические измерения и приборы» и «Автоматизация систем теплоснабжения» с использованием данного комплекса, а именно следующий ряд основных процедур:
-экспериментальное определение номинальной мощности отопительного прибора, его удельных характеристик;
- реализация качественно-количественного метода регулирования мощности отопительного прибора;
- экспериментальное исследование качества автоматического регулирования температуры теплоносителя и получаемого при этом качества переходного процесса;
-исследование тепловых характеристик отопительной установки при подключении приборов по параллельной/последовательной схеме.
При дополнительной комплектации (использование переходных фитингов) возможно подключение любого типа отопительных приборов с возможностью проведения тепло-гидравлических испытаний для определения всех необходимых характеристик, в частности, для оценки номинальной мощности (номинального теплового потока) в соответствии с ГОСТ 20849-94 и ГОСТ 8690-94.
