ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ

Для поддержания заданных значений параметров теплоносителя, поступающего в системы отопления, горячего водоснабжения и к тех­нологическому оборудованию промышленных предприятий, для обеспе­чения нормального режима работы оборудования тепловых пунктов и систем, использующих теплоноситель, для уменьшения численности об­служивающего персонала тепловые пункты оснащаются автоматически­ми регуляторами.

По виду энергии, перемещающей регулирующий орган, регуляторы делятся на регуляторы, работающие без постороннего источника энер­
гии (регуляторы прямого действия), и регуляторы, работающие с ис­пользованием постороннего источника энергии (гидравлические, пнев­матические, электрические), т. е. регуляторы непрямого действия.

Регуляторы прямого действия просты в конструктивном отношении и надежны в эксплуатации, что объясняет их широкое применение для поддержания постоянного давления или перепада давлений воды на тепловых пунктах небольшой и средней мощности. Однако регуляторы прямого действия имеют меньшую чувствительность, чем регуляторы непрямого действия, и могут быть установлены на трубопроводах dy^ClOO мм.

Регуляторы непрямого действия рекомендуется применять при ав­томатизации объектов со сложными динамическими характеристиками, так как они обеспечивают более широкий диапазон регулирования, возможность введения обратной связи и осуществление многоимпульс­ного регулирования.

Наиболее распространенными регуляторами прямого действия яв­ляются регуляторы давления и перепада давления (расхода) сильфон - но-пружинные РД и РР, грузовой регулятор давления и универсальный регулятор перепада давления (расхода) и давления УРРД (все конст­рукции разработаны ОРГРЭС).

Регулятор расхода PP. При изменении давлений в подающем и об­ратном трубопроводах тепловой сети, вызванном различными причи­нами (изменение расхода воды в тепловой сети, включение и отключе­ние отдельных абонентов), меняются перепады давления на вводах в здания, что вызывает изменение расхода воды, поступающей в систе­мы отопления. При центральном качественном регулировании отпуска тепла такое изменение расхода воды в системах отопления зданий при­водит к отклонению температуры внутри помещений от расчетного зна­чения. Для поддержания постоянного перепада давления на вводах в системы отопления (а следовательно, для стабилизации температуры

Внутри отапливаемых помещений) устанавливают регулятором расхо­да РР (рис. 3.8).

Регулятор расхода РР поддер­живает постоянный перепад давле­ния на регулируемом участке (меж­ду регулятором и местом присоеди-

Д;

Нения импульсной трубки). Регулируемый участок должен иметь значи­тельное гидравлическое сопротивление. В качестве регулируемого участ­ка могут быть использованы сопло элеватора или специально устанавли­ваемая диафрагма.

Давление воды непосредственно за регулятором, действуя на плос­кую поверхность клапана 2 снизу, стремится прикрыть егої, но этому усилию противодействует, во-первых, усилие от действия давления с внешней стороны сильфона 3, равное давлению воды в месте присоеди­нения импульсной трубки 4, и, во-вторых, усилие растянутой пружины 7. Эти противоположные усилия уравновешиваются при некотором подъеме клапана, обеспечивающем заданный перепад давления. Иначе говоря, на клапан действует разность давлений, равная потере давле­ния в регулируемом участке. Усилие от этой разности давлений, при­жимающее клапан к седлу 6, уравновешивается усилием пружины при некотором подъеме клапана.

При увеличении разности давлений на абонентском вводе в началь­ный момент увеличивается расход воды, проходящей по регулируемо­му участку. Это приводит к увеличению перепада, измеряемого регу­лятором. Усилие, создаваемое разностью давлений, окажется больше усилия пружины, и клапан будет подниматься, прикрывая отверстие в седле.

При уменьшении разности давлений на абонентском вводе в началь­ный момент уменьшаются расход воды и перепад давлений в регули­руемом участке, клапан будет опускаться, пропуская больший расход воды, пока не установится первоначальный расход воды через отопи­тельную систему.

Изменение регулируемого перепада производится путем изменения натяжения пружины, причем увеличению натяжения пружины соответ­ствует увеличение расхода воды, а уменьшению натяжения пружины — уменьшение расхода.

В регуляторах РР, так же как и в регуляторах РД, эффективная площадь сильфона подобрана примерно равной площади клапана, вследствие чего регулятор практически разгружен от давления со стороны входа воды.

В настоящее время выпускаются регуляторы РР с условным диа­метром от dY — 25 мм до d, y = 100 мм, рекомендуемым расходом воды от 0,6 до 22 кг/с, поддерживаемым перепадом давлений перед системой отопления от 0,2 до 8 МПа.

На рис. 3.9 приведены типовые схемы включения регулятора PP.

Регуляторы расхода РР используются также в качестве регулирую­щих органов регуляторов расхода непрямого действия.

Зона нечувствительности регуляторов РР — 0,005 МПа.

Неравномерность регулирования от 0,128 МПа (для РР-25) до 0,054 МПа (для РР-100).

Регулятор давления РД. Регулятор давления прямого действия РД служит для поддержания в заданных пределах давления воды «до себя». Устанавливают его на обратном трубопроводе системы отопле­ния для предотвращения ее опорожнения, если давление в обратной магистрали тепловой сети, к которой присоединяется система отопле­ния, ниже статического давления системы отопления. В случае прекра­щения циркуляции воды регулятор давления закрывается полностью, предохраняя систему отопления от опорожнения.

Конструкция регулятора РД «до себя» отличается от конструкции регулятора расхода РР только положением клапана. Регулятор расхо­да РР является «нормально открытым», т. е открытым при отсутствии движения воды, а регулятор РД — «нормально закрытым».

На рис. 3.10,а приведена схема включения регулятора давления РД при поддержании давления «до себя». Давление р01 до регулятора

Рир. 3.10. Схемы включения регулятора РД

А — при поддержание давления «до себя»; б — при поддержа» нии давления «после себя»; 1 — клапан; 2 — седло; 3 — пружи» на; 4 — сильфон

Действуя на клапан 1 снизу, создает усилие, поднимающее клапан 1 вверх, но этому проти­водействует усилие растянутой пружины 3, притягивающей клапан к седлу 2. Пружина подбирается с таким расчетом, чтобы ее натя­жение преодолевалось давлением, на 0,03— 0,05 МПа большим заданного давления воды до регулятора.

В случае снижения давления роі до регу­лятора уменьшается усилие, создаваемое этим давлением на клапан, который под действием пружины начинает опускаться, уменьшая сток до тех пор, пока не восстановится равнове­сие сил. Если давление воды р0 до регулятора возрастает, то клапан будет подниматься, уменьшая сопротивление проходу воды, до восста­новления равновесия сил. Благодаря наличию сильфона 3, имеющего такую же площадь, как и клапан, подвижная система регулятора раз­гружена от давления р02 за ним, следовательно, работа регулятора за­висит только от давления до него и усилия пружины.

Зона нечувствительности регуляторов от 0,01 до 0,018 МПа, реко­мендуемый расход воды для РД-50 от 0 до 3,3 кг/с, для РД-80 от 3,3 до 12,5 кг/с. При изменении расхода от 0 до максимального значения неравномерность регулятора составляет 0,08 МПа.

Регулятор РД может быть использован и как регулятор давления «после себя». На рис. 3.11,6 приведена схема включения регулятора давления РД при поддержании постоянного давления после себя. В этом случае давление после регулятора рп2, действуя на клапан 1 сни­зу, создает усилие, прижимающее клапан 1 к седлу 2. При увеличении давления рп2 после регулятора выше заданного значения усилие, созда­ваемое давлением на клапан снизу, увеличивается и становится боль­ше усилия растянутой пружины. Клапан 1 прижимается к седлу 2, уменьшая сток, давление после регулятора снижается до восстановле­ния равновесия сил.

Так же как в предыдущей схеме, сильфон 3, имеющий площадь, равную площади клапана 1, разгружает подвижную систему регулято­ра от давления рш на входе — усилие от этого давления не участвует в равновесии сил.

Регулятор давления РД для поддержания давления «после себя» устанавливают перед системами отопления при избыточных перепадах давлений в точках присоединения к тепловой сети и высоком давлении в подающем трубопроводе. Необходимость в установке таких регулято­ров возникает, как правило, при присоединении систем отопления к го­ловным участкам магистралей.

Универсальный регулятор перепада давления (расхода) и давления прямого действия УРРД конструкции ОРГРЭС. Такой регулятор ис­пользуют для поддержания давления до себя, после ^себя, а также для поддержания перепада давлений (расхода воды) на абонентских вводах.

Достоинством регулятора является возможность сборки различных по назначению регуляторов прямого действия из унифицированных деталей. Кроме того, регулятор может быть использован в качестве регулирующего органа в регуляторах непрямого действия. Регулируемое давление устанавливается путем натяжения пружины, а также приме-

Рис 3 11 Схемы вариантов сборки рег> чятотэа УРРД

А—при поддержании давления «до себя», б — при поддержании давления «после себя», в — при поддер­жании перепада давлений

1 Рої

Неиия пружин различной жесткости. Раз­грузка затвора (золотника) ог давления воды до и после него достигается путем применения разгрузочного сильфона, эф­фективная площадь которого равна эф­фективной площади золотника.

Сила, развиваемая мембраной испол­нительного устройства под действием ре­гулируемого давления или перепада дав­лении, уравновешивается усилием пружи­ны. Регулятор может быть собран по схеме «нормально открыт» и «нормально закрыт».

Схемы вариантов сборки регулятора приведены на рис. 3.11.

При регулировании давления р01 пе­ред регулятором (рис. 3.11,а) импульс­ная линия 6 соединяет точку регулируе­мого давления с подмембранной зоной. Клапан 1 устанавливается сверху (со стороны сильфона 3). При отсутствии движения воды в трубопроводе регулиру­ющий клапан 1 под действием пружины 4 будет находиться в закрытом состоя­нии («нормально закрыт»). При движении воды давление ро1 до регулятора выше давления ро2 после регулятора. Сильфон 3 разгру­жает клапан 1 от давления р0г. Давление р0ь действуя на клапан сни­зу, создает усилие, поднимающее клапан, этому противодействует уси­лие растянутой пружины 4. Кроме того, сверху на клапан через шток 7 действует усилие, создаваемое мембраной 5. Если давление до регуля­тора становится ниже установленной величины, то мембрана 5 опуска­ется вниз, прижимая клапан 1 к седлу 2, уменьшая сток до тех пор, пока не восстановится равновесие сил. При увеличении давления до ре­гулятора мембрана 5 поднимается вверх, усилие, создаваемое мемб­раной, становится больше силы упругости пружины и клапан с по­мощью штока 7 поднимается вверх, увеличивая сток воды. Давление Рої снижается до заданной величины.

При поддержании давления после регулятора (рис. 3.11,6) импульс­ная трубка 6 соединяет точку регулируемого давления с нижней каме­рой мембраны 5, а клапан 1 устанавливается снизу (со стороны пру­жины 4). У собранного таким образом регулятора при отсутствии дав­ления воды в трубопроводе под действием пружины 4 регулирующий клапан 1 находится в открытом положении («нормального открыт»).

Для регулирования перепада давлений (расхода воды) (рис. 3.11, в) клапан 1 устанавливается так же, как в предыдущем варианте, снизу; подмембранная зона соединяется с началом регулируемого уча­стка, а надмембранная зона — с концом регулируемого участка импульсными трубками 6. Усилие, развиваемое мембраной 5 под дей­ствием перепада давлений, уравновешивается усилием пружины 4. Если регулируемое давление или перепад давлений отклоняется от заданно­го значения, тогда под действием усилия мембраны 5 клапан 1 откры-

Бается или закрывается, что ведет к восстановлению значения регули­руемого параметра.

В настоящее время регуляторы типа УРРД серийно выпускаются заводом «Теплоприбор» г. Улан-Удэ с условным проходом от dy= = 25 мм до dy = 80 мм, условной пропускной способностью от 1,68 до 16,8 кг/с при Ар = 0,1 МПа. Температура регулируемой среды до 180°С, неравномерность регуляторов давления 12—20% верхнего предела на­стройки.

Гидравлические регуляторы непрямого действия. В тех случаях, когда сложная динамическая характеристика объекта регулирования не позволяет использовать более простые и надежные в работе регу­ляторы прямого действия, применяют регуляторы непрямого действия, имеющие меньшую ошибку регулирования. Кроме того, выпускаемые в настоящее время регуляторы прямого действия имеют ограниченную пропускную способность (максимальный диаметр условного прохода dy=100 мм), что не позволяет использовать их при автоматизации теп­ловых пунктов большой мощности.

Регуляторы давления непрямого действия системы ОРГРЭС при­меняют для поддержания заданного значения давления в узлах сни­жения давления пара (после редукционных клапанов и редукционно- охладительных установок); для защиты от повышения давления в кон - денсатных баках; для поддержания уровня конденсата в конденсатных баках, в баках-деаэраторах, в баках-аккумуляторах горячей воды; для поддержания давления и перепада давлений воды на абонентских вво­дах водйных тепловых сетей.

Регуляторы температуры непрямого действия используют для под­держания заданного значения температуры воды после водоводяных и пароводяных подогревателей, температуры воды после узлов смеше­ния при непосредственном водоразборе из тепловой сети, температуры конденсата после охладителей.

Гидравлические регуляторы непрямого действия состоят из двух ча­стей: измерительно-управляющего прибора (реле) и исполнительно-ре­гулирующего устройства.

В тех случаях, когда регулятор используется для поддержания за­данного давления, перепада давлений или уровня жидкости в качестве измерительно-управляющего прибора используется обычно реле РД-За ОРГРЭС, где чувствительным элементом является узел сильфонов, а управляющим (усилительным) элементом — устройство, выполненное по принципу «сопло-заслонка».

Простейшее управляющее устройство дроссельного типа (типа «соп­ло-заслонка») показано нарис. 3.12, а. Сопло вместе с заслонкой пред­ставляет собой дроссель с переменным сечением прохода. Рабочая среда, подаваемая под начальным давлением рраб, проходит через дрос­сель постоянного сечения, а затем через зазор между соплом и заслон­кой вытекает в атмосферу (расход С? сл). Размер зазора определяется положением заслонки, которая связана с чувствительным элементом устройства (сильфоном, биметаллической пластинкой), реагирующим на изменение регулируемого параметра.

Давление среды в междроссельной камере ру зависит от величины зазора и изменяется от ру=рраб при полностью закрытом сопле до ру=0 при значительной величине зазора (zCJI=0,3 мм). Это давление в виде импульса GIIM передается по соединительной трубке исполни­тельному механизму, поэтому носит название управляющего.

Управляющее устройство иногда выполняется по схеме с двумя дросселями переменного сечения (рис. 3.12,6).

В качестве исполнительно-регулирующих устройств гидравлических регуляторов непрямого действия используются односедельные регули­рующие клапаны с мембранным приводом РК-1, УРРД, РР и т. д.

А)

PpaS^

5)

Рис. 3.12. Управляющее уст­ройство дроссельного типа а — схема устройства с одним дросселем переменного сечения; б—схема устройства с двумя дроеселямн переменного сечення

А - односильфонной сборки; б — трехеильфоиной сбор­ки; 1 — регулируемый параметр; 2 — выход рабочей во­ды; 3 —вход рабочей воды; 4 — к регулирующему клапану

Реле давления РД-За конструкции ОРГРЭС (рис. 3.13) является усилительно-управляющим звеном гидравлических регуляторов непря­мого действия. Прибор предназначен для поддержания заданного дав­ления, расхода, уровня и перепада давлений.

Для поддержания давления и уровня в открытых емкостях приме­няется прибор РД-За односильфонной сборки, для поддержания пере­пада давлений ' и уровня в закрытых емкостях — трехеильфоиной сборки.

Реле РД-За воспринимает регулируемый параметр (давление воды) и преобразует его в командное давление, которое воздействует на ис­полнительный орган регулятора. Рабочим агентом реле является вода, очищенная от растворенных и взвешенных веществ. Давление рабоче­го агента до 0,6 МПа, температура до 70°С.

Реле состоит из следующих основных узлов: корпуса, управляюще­го клапанка, импульсного элемент^ и настроечной пружины. В качест­ве импульсных элементов релейного устройства служат сильфоны. Размеры и число сильфонов выбирают в зависимости от конкретной схемы регулирования и величины регулируемых параметров.

Односильфонная сборка реле предназначена для регулирования давления в определенной одной точке трубопровода («до себя» или «после себя»), Трехсильфонная сборка обеспечивает возможность диф­ференцированного способа забора импульсов давления при регулирова­нии расхода, уровня жидкости или перепада давлений.

Импульсные давления подводятся во внутреннюю или наружную полости импульсной части реле.

Усилия от импульсных давлений на сильфоны действуют на голов­ку управляющего клапанка.

В качестве регулирующего устройства в сочетании с реле РД-За применяется обычно регулирующий клапан РК-1.

Принцип работы регулятора РД-За для случая регулирования им давления «после себя» при односильфонной односопловой сборке с нормально закрытым соплом следующий (рис. 3.14). При работе регу­лятора усилие пружины 1 прибора РД-За уравновешивает усилие на сильфон 2 от регулируемого давления при некотором подъеме клапан­ка 3, которому соответствует определенное управляющее давление ру.

Рис. З 14 Схема регулятора давле­ния непрямого действия для под дер­жания давления «после себя»

Х

К

Х

L

P,

Оно передается по соединительной линии 4 в надмембранную камеру 5 привода регулирующего клапана РК с «нормально открытым золотни­ком» 6. Усилие на мембрану уравновешивается усилием на золотник и усилием пружины 7 при некотором подъеме золотника, которому при постоянном давлении до и после клапана соответствует определенный расход воды. Если регулируемое давление возрастет, то это давление, воздействуя на сильфон прибора РД-За, переместит систему вместе со штоком в сторону увеличения хода заслонки. Это вызовет увеличение управляющего давления р7, вследствие чего под действием пружины мембранный привод перемещается вниз и уменьшает подъем золотни­ка регулирующего клапана. Новому положению золотника будет соот­ветствовать пониженный расход воды, при котором наступает новое установившееся состояние.

Регулируемой средой при использовании прибора РД-За могут быть вода, пар, воздух. Давление регулируемой среды до 1,6 МПа, диапазон регулирования давления от 0,04 до 1,6 МПа. Пределы на­стройки прибора, МПа: 0,01—0,1; 0,04—0,16; 0,06—0,25; 0,16—0,6; 1 — 1,6. Зона пропорциональности прибора до 3% предельного значения давления.

Прибор РД-За серийно выпускается заводом «Теплоприбор» (г. Улан-Удэ).

Измерительно-управляющее устройство ТРБ. Для поддержания постоянной температуры горячей воды, выходящей из водоподогрева - телей, используется измерительно-управляющее устройство ТРБ (би­металлическое термореле) (рис. 3.15) в комплекте с исполнительно - регулирующим органом PP. На рис. 3.16 приведена схема регулятора температуры воды с измерительно-управляющим устройством ТРБ-2 и регулирующим органом PP.

Термореле имеет латунную гильзу 1, помещаемую в поток регули­руемой горячей воды. В дно гильзы заделаны три биметаллические пластины 2 различной діиньї. Одна из этих пластин соединена с метал­лической пластиной, на конце которой имеется клапан 3, расположен­ный против сопла 4. Необходимый зазор между соплом и клапаном термореле устанавливается с помощью регулирующего устройства вра­щением маховика

Регулятор температуры является регулятором дроссельного типа и работает со сливом рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости 5 используется сетевая вода из подающего трубопровода, которая охлаж­дается водой в охладителе.

При температуре горячей воды, равной заданной, сопло прибора ТРБ-2 находится в приоткрытом состоянии и через него происходит слив воды. Этому сливу отвечает некоторое значение управляющего давления в сильфонной камере клапана РР, при котором клапан про­пускает расход сетевой воды, необходимый для поддержания заданной температуры. В случае повышения температуры горячей воды выше заданного значения биметаллические пластины прибора ТБР-2 изги­баются и отводят управляющий клапан 3 от сопла 4. В результате увеличения слива воды падает управляющее давление в сильфонной камере, и регулирующий клапан РР начинает прикрываться, сокращая расход сетевой воды до такой величины, при которой устанавливается первоначальная температура горячей воды.

При понижении температуры воды процесс регулирования протека­ет в обратном порядке.

Регуляторы температуры типа ТРБ выпускаются Московским заво­дом сантехоборудования для теплосети Мосэнерго.

Терморегулятор жидкостной ТРЖ (рис. 3.17) является гидравли­ческим регулятором непрямого действия и предназначается для под­держания постоянной температуры воды, поступающей в системы го­рячего водоснабжения при не­посредственном водоразборе из тепловой сети. Терморегулятор состоит из термореле и регу­лирующего клапана смешения типа РКС.

Чувствительный элемент термореле, выполненный по принципу манометрического термометра, состоит из ребри­стого термобаллона 8, запол-

Ненного минеральным маслом. Термобаллон устанавливается в по­токе смешанной воды. Верхним подвижным дном термобаллона явля­ется сильфон 7, в котором расположен подвижной шток 6, перемещаю­щий двуплечий рычаг 4. На конце рычага между напорным и сливным соплами 2 и 5 имеется клапанок 3. Сетевая вода из подающего трубо­провода, используемая в качестве рабочего агента, подается к напор­ному соплу, прикрываемому шариковым клапанком, и попадает в ка­меру рабочего давления. Эта камера трубкой соединена с мембранной камерой регулирующего клапана РКС. Подающая и обратная вода тепловой сети подаются в соответствующие патрубки смесительного клапана, поток смешанной воды направляется в систему горячего во доснабжения. При повышении температуры смешанной воды пронехо-" дит увеличение объема жидкости термобаллона, вследствие чего кла­панок 3 прикрывает напорное сопло 2 и открывает сливное сопло 5 Давление на мембрану регулятора снижается, регулирующий клапан усилием пружины прикрывается, уменьшая подачу воды из подающего трубопровода.

Схемой терморегулятора предусматривается подача горячей воды в ВерХНИЙ Патрубок, обратной — В НИЖНИЙ При УСЛОВИИ, «ТО /?под>Робр-

Конструкция регулирующего клапана выбрана так, что регулирует­ся подача только горячей воды, подача холодной (обратной) воды не регулируется.

Регулятор температуры ТРЖ выпускается серийно условным диа­метром й? у=40 мм.