Modelarea matematică a ventilației plantelor. Model matematic al regimului termic al încăperilor cu încălzire radiantă Model matematic al sistemelor de ventilație

Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Mihail Samoletov

V lumea modernă este deja imposibil de făcut fără modelarea matematică fluxul de aer în proiectarea sistemelor de ventilație.

În lumea modernă, este deja imposibil să se facă fără modelarea matematică a fluxului de aer la proiectarea sistemelor de ventilație. Tehnicile de inginerie convenționale sunt potrivite pentru spații tipice și soluții standard prin distribuție aeriană. Atunci când un designer se confruntă cu obiecte non-standard, metodele de modelare matematică ar trebui să-i vină în ajutor. Articolul este dedicat studiului distribuției aerului în sezonul rece în magazinul de producție de țevi. Acest atelier face parte dintr-un complex de fabrici situat într-un climat puternic continental.

În secolul al XIX-lea, ecuatii diferentiale pentru a descrie fluxul de lichide și gaze. Au fost formulate de fizicianul francez Louis Navier și de matematicianul britanic George Stokes. Ecuațiile Navier-Stokes sunt printre cele mai importante în hidrodinamică și sunt utilizate în modelarea matematică a multor fenomene naturale și probleme tehnice.

Pe anul trecut a acumulat o mare varietate de obiecte complexe din punct de vedere geometric și termodinamic în construcție. Utilizarea metodelor de calcul al dinamicii fluidelor mărește semnificativ posibilitățile de proiectare a sistemelor de ventilație, făcând posibilă prezicerea cu un grad ridicat de precizie a distribuțiilor vitezei, presiunii, temperaturii, concentrației componentelor în orice punct al unei clădiri sau în oricare dintre incintele sale .

Utilizarea intensivă a metodelor de dinamică a fluidelor de calcul a început în 2000, când au apărut software-uri universale (pachete CFD), ceea ce a făcut posibilă găsirea de soluții numerice la ecuațiile Navier - Stokes în raport cu obiectul de interes. De atunci, „BURO TEKHNIKI” s-a angajat în modelarea matematică în legătură cu problemele de ventilație și aer condiționat.

Descrierea sarcinii

În acest studiu, simulările numerice au fost efectuate folosind STAR-CCM +, un pachet CFD dezvoltat de CD-Adapco. Operabilitate acest pachet atunci când rezolvarea problemelor de ventilație a fost
A fost testat în mod repetat pe obiecte de complexitate variabilă, de la sediul birourilor la sălile de teatru și stadioane.

Problema este de mare interes atât din punct de vedere al proiectării cât și al modelării matematice.

Temperatura aerului exterior -31 ° C. Există obiecte cu un aport semnificativ de căldură în cameră: cuptorul de stingere, cuptorul de călire etc. Astfel, există diferențe mari de temperatură între structurile exterioare de închidere și obiectele interne generatoare de căldură. În consecință, contribuția transferului de căldură radiativă nu poate fi neglijată în simulare. O dificultate suplimentară în formularea matematică a problemei constă în faptul că un tren greu cu o temperatură de -31 ° C este adus în clădire de mai multe ori pe schimb. Se încălzește treptat, răcind aerul din jurul său.

Pentru a menține temperatura aerului necesară în volumul atelierului (în sezonul rece cel puțin 15 ° C), proiectul prevede sisteme de ventilație și aer condiționat. În etapa de proiectare, au fost calculate debitul și temperatura aerului furnizat necesare pentru menținerea parametrilor solicitați. Întrebarea a rămas - cum să furnizați aer volumului atelierului pentru a asigura cea mai uniformă distribuție a temperaturii pe tot volumul. Modelarea a făcut posibilă pentru o perioadă relativ scurtă de timp (două până la trei săptămâni) să se vadă tiparul fluxului de aer pentru mai multe opțiuni de alimentare cu aer și apoi să le compare.

ETAPE DE MODELARE MATEMATICĂ

• Construirea unei geometrii solide.
• Împărțirea spațiului de lucru în celule ale grilei de calcul. Ar trebui să se prevadă în avans pentru zonele în care va fi necesară o rafinare suplimentară a celulei. Când construiți o rețea, este foarte important să găsiți un punct de mijloc în care dimensiunea celulei este suficient de mică pentru a obține rezultate corecte, în timp ce numărul total de celule nu va fi atât de mare încât să trageți timpul de calcul într-un interval de timp inacceptabil. Prin urmare, construirea rețelelor este o artă întreagă care vine odată cu experiența.
• Stabilirea limitei și a condițiilor inițiale în conformitate cu declarația de problemă. Este necesară înțelegerea specificului sarcinilor de ventilație. Un rol important în pregătirea calculului îl joacă alegerea potrivita modele de turbulență.
• Selectarea unui model fizic adecvat și a unui model de turbulență.

Rezultatele simularii

Pentru a rezolva problema luată în considerare în acest articol, au fost parcurse toate etapele modelării matematice.

Pentru a compara eficiența ventilației, au fost alese trei opțiuni de alimentare cu aer: în unghiuri cu verticala de 45 °, 60 ° și 90 °. Aerul a fost furnizat de la grilele standard de distribuție a aerului.

Câmpuri de temperatură și viteză calculate la diferite unghiuri de alimentare alimentare cu aer sunt prezentate în Fig. 1.

După analiza rezultatelor, unghiul de alimentare cu aer de alimentare egal cu 90 ° a fost ales ca cea mai reușită dintre opțiunile luate în considerare pentru ventilația atelierului. Cu această metodă de hrănire, nu se creează viteze crescute în zonă de muncăși este posibil să se obțină o imagine destul de uniformă a temperaturii și a vitezei pe tot volumul atelierului.

Decizia finala

Câmpuri de temperatură și viteză în trei secțiuni transversale trecerea prin grilele de alimentare sunt prezentate în Fig. 2 și 3. Distribuția temperaturii în cameră este uniformă. Numai în zona în care sunt concentrate cuptoarele sunt mai multe valori ridicate temperatura sub tavan. Există o zonă mai rece în colțul din dreapta al camerei cel mai îndepărtat de cuptoare. Aici intră vagoanele reci de pe stradă.

Smochin. 3 se vede clar cum se propagă jeturile orizontale ale aerului furnizat. Cu această metodă de alimentare, jetul de alimentare are un interval suficient de lung. Deci, la o distanță de 30 m de rețea, viteza curentă este de 0,5 m / s (la ieșirea din rețea, viteza este de 5,5 m / s). În restul camerei, mobilitatea aerului este redusă, la nivelul de 0,3 m / s.

Aerul încălzit din cuptorul de întărire deviază fluxul de aer de alimentare în sus (Fig. 4 și 5). Soba încălzește foarte mult aerul din jur. Temperatura la podea este mai mare aici decât în ​​mijlocul camerei.

Câmpul de temperatură și raționalizarea în două secțiuni ale magazinului fierbinte sunt prezentate în Fig. 6.

concluzii

Calculele au făcut posibilă analiza eficacității căi diferite alimentarea cu aer a atelierului de conducte. S-a constatat că, atunci când este alimentat cu un flux orizontal, aerul de alimentare se răspândește mai departe în cameră, contribuind la încălzirea mai uniformă a acestuia. Acest lucru nu creează zone cu prea multă mobilitate a aerului în zona de lucru, așa cum se întâmplă atunci când aerul de alimentare este furnizat într-un unghi în jos.

Utilizarea metodelor de modelare matematică în problemele de ventilație și aer condiționat este o direcție foarte promițătoare, permițând în etapa de proiectare să corecteze soluția, pentru a preveni necesitatea corectării soluțiilor de proiectare nereușite după punerea în funcțiune a obiectelor. ●

Daria Denisikhina - Șef catedră „Modelare matematică”;
Maria Lukanina - Inginer șef al Departamentului „Modelare matematică”;
Mihail Samoletov - Director executiv al LLC „MM-Technologies”

Dragi membri ai comisiei de atestare, vă prezint atenția absolvirea munca de calificare, al cărui scop este dezvoltarea unui sistem control automat alimentarea și evacuarea aerului ateliere de producție.

Se știe că automatizarea este unul dintre cei mai importanți factori în creșterea productivității muncii în producția industrială, creșterea calității produselor și serviciilor. Extinderea constantă a domeniului automatizării este una dintre principalele caracteristici ale industriei în această etapă. Proiectul de absolvire care se dezvoltă este una dintre ideile de moștenire a conceptului în curs de dezvoltare a construirii clădirilor „inteligente”, adică a obiectelor în care condițiile vieții umane sunt controlate prin mijloace tehnice.

Principalele sarcini rezolvate în proiectare sunt modernizarea sistemului de aerisire existent la locul de implementare - atelierele de producție ale VOMZ OJSC - pentru a asigura eficiența acestuia (economisirea consumului de resurse de energie și căldură, reducerea costurilor de întreținere a sistemului, reducerea timpilor de nefuncționare), menținerea unui microclimat confortabil și a purității aerului în zonele de lucru, operabilitate și stabilitate, fiabilitatea sistemului în moduri de urgență / critice.

Problema luată în considerare în proiectul de diplomă se datorează perimării morale și tehnice (uzurii) sistemului de control existent al PVA. Principiul distribuit utilizat în construcția IOP exclude posibilitatea controlului centralizat (pornirea și monitorizarea stării). Lipsa unui algoritm clar pentru pornirea / oprirea sistemului face, de asemenea, sistemul nesigur din cauza eroare umana, iar absența modurilor de funcționare de urgență este instabilă în raport cu sarcinile care se soluționează.

Relevanța problemei proiectării diplomelor se datorează creșterea generală morbiditatea căilor respiratorii și răcelile lucrătorilor, o scădere generală a productivității muncii și calitatea produselor din această zonă. Dezvoltarea unui nou ACS PVV este direct legată de politica de calitate a instalației (ISO 9000), precum și de programele pentru modernizarea echipamentelor instalației și automatizarea sistemelor de susținere a vieții plantelor.

Elementul central de control al sistemului este un dulap de automatizare cu un microcontroler și echipamente, selectat în funcție de rezultatele cercetărilor de marketing (afișul 1). Există multe oferte de piață, dar echipamentul selectat este cel puțin la fel de bun ca și omologii săi. Un criteriu important a fost costul, consumul de energie și performanța de protecție a echipamentului.

Schema funcțională a automatizării IWS este prezentată în desenul 1. Abordarea centralizată a fost aleasă ca principală în proiectarea ACS, ceea ce face posibilă aducerea sistemului, dacă este necesar, la implementarea conform abordării mixte, ceea ce presupune posibilitatea expedierii și conexiunilor cu alte rețele industriale. Abordarea centralizată este extrem de scalabilă, suficient de flexibilă - toate aceste proprietăți de calitate sunt determinate de microcontrolerul ales - sistemul WAGO I / O, precum și de implementarea programului de control.

Pe parcursul proiectării, au fost selectate elemente de automatizare - actuatori, senzori, criteriul de selecție a fost funcționalitatea, stabilitatea de funcționare în modurile critice, domeniul de măsurare / control al parametrului, caracteristicile instalării, forma de ieșire a semnalului, modurile de Operațiune. Principalul modele matematiceși a simulat funcționarea sistemului de control al temperaturii aerului cu controlul poziției clapetei supapei cu trei căi. Simularea a fost efectuată în mediul VisSim.

Pentru reglare, a fost aleasă metoda „echilibrării parametrului” în zona valorilor controlate. Se alege legea controlului proporțional, deoarece nu există cerințe ridicate pentru precizia și viteza sistemului, iar intervalele valorilor de intrare / ieșire sunt mici. Funcțiile regulatorului sunt îndeplinite de unul dintre porturile controlerului în conformitate cu programul de control. Rezultatele simulării acestui bloc sunt prezentate în posterul 2.

Algoritmul sistemului este prezentat în desenul 2. Programul de control care implementează acest algoritm constă din blocuri funcționale, se utilizează un bloc de constante, funcții standard și specializate. Flexibilitatea și scalabilitatea sistemului este asigurată atât programatic (folosind FB-uri, constante, etichete și tranziții, compactitatea programului în memoria controlerului), cât și tehnic (utilizarea economică a porturilor I / O, porturi de rezervă).

Software-ul asigură acțiunile sistemului în modurile de urgență (supraîncălzire, defecțiune a ventilatorului, supraîncălzire, înfundarea filtrului, incendiu). Algoritmul funcționării sistemului în modul de protecție împotriva incendiilor este prezentat în desenul 3. Acest algoritm ia în considerare cerințele standardelor pentru timpul evacuării și acțiunile sistemului de protecție împotriva incendiilor în caz de incendiu. În general, aplicarea acestui algoritm este eficientă și dovedită prin teste. S-a rezolvat și sarcina de modernizare a hotei de evacuare din punct de vedere al siguranței la incendiu. Soluțiile găsite au fost revizuite și acceptate ca recomandări.

Fiabilitatea sistemului proiectat depinde în totalitate de fiabilitate softwareși de la controler în ansamblu. Programul de control dezvoltat a fost supus unui proces de depanare, testare manuală, structurală și funcțională. Pentru a asigura fiabilitatea și respectarea garanției pentru echipamentele de automatizare, au fost selectate numai unitățile recomandate și certificate. Garanția producătorului pentru dulapul de automatizare selectat, sub rezerva respectării obligațiilor de garanție, este de 5 ani.

De asemenea, a fost dezvoltată o structură generalizată a sistemului, a fost construită o ciclogramă de ceas a funcționării sistemului, un tabel de conexiuni și marcarea cablurilor, s-a format o diagramă de instalare ACS.

Indicatorii economici ai proiectului, calculați de mine în partea organizațională și economică, sunt afișați pe afișul nr. 3. Același poster afișează o diagramă de benzi a procesului de proiectare. Pentru a evalua calitatea programului de control, au fost utilizate criteriile conform GOST RISO / IEC 926-93. Evaluarea eficienței economice a dezvoltării a fost efectuată utilizând o analiză SWOT. Este evident că sistemul proiectat are un cost redus (structura costurilor - poster 3) și o perioadă de recuperare destul de rapidă (atunci când se calculează folosind economiile minime). Astfel, putem concluziona despre eficiența economică ridicată a dezvoltării.

În plus, au fost rezolvate problemele legate de protecția muncii, siguranța electrică și respectarea mediului a sistemului. Alegerea cablurilor conductoare, a filtrelor pentru conductele de aer a fost confirmată.

Astfel, ca urmare a executării teză a fost dezvoltat un proiect de modernizare care este optim în raport cu toate cerințele stabilite. Acest proiect este recomandat pentru implementare în conformitate cu condițiile de modernizare a echipamentului instalației.

În cazul în care eficiența și calitatea proiectului sunt confirmate de perioada de încercare, se planifică implementarea nivelului de expediere utilizând rețeaua locală a întreprinderii, precum și modernizarea ventilației celorlalte instalații de producție pentru a le combina într-o singură rețea industrială. În consecință, aceste etape includ dezvoltarea software-ului de dispecer, păstrarea jurnalelor de stare a sistemului, erori, accidente (DB), organizarea unei stații de lucru automate sau a unei stații de control (KPU). Este posibil să se distribuie soluții de proiectare pentru rezolvare probleme de control al perdelelor aerotermice ale atelierelor. De asemenea, este posibil să se rezolve punctele slabe ale sistemului existent, cum ar fi modernizarea unităților de tratare, precum și rafinarea supapelor de admisie a aerului cu un mecanism antigel.

adnotare

Proiectul de diplomă include o introducere, 8 capitole, o concluzie, o listă a surselor utilizate, anexe și are 141 de pagini de text dactilografiat cu ilustrații.

Prima secțiune oferă o imagine de ansamblu și o analiză a necesității de a proiecta un sistem de control automat pentru alimentarea și ventilarea prin evacuare (ACS PVV) a magazinelor de producție, un studiu de marketing al dulapurilor de automatizare. Considerat scheme tipice ventilație și abordări alternative pentru rezolvarea problemelor de proiectare a diplomelor.

A doua secțiune descrie sistemul PVV existent la locul de implementare - OJSC "VOMZ", ca proces tehnologic... Se formează o diagramă bloc generalizată a automatizării pentru procesul tehnologic de preparare a aerului.

În a treia secțiune, este formulată o propunere tehnică extinsă pentru rezolvarea problemelor de proiectare a diplomelor.

A patra secțiune este dedicată dezvoltării ACS PVV. Se selectează elementele de automatizare și control, sunt prezentate descrierile lor tehnice și matematice. Este descris algoritmul pentru controlul temperaturii aerului de alimentare. S-a format un model și s-a realizat modelarea operației ACS PVV pentru a menține temperatura aerului în cameră. Cablare electrică selectată și justificată. Ciclograma ceasului sistemului este construită.

A cincea secțiune conține specificații controler logic programabil (PLC) WAGO I / O System. Tabelele de conexiuni ale senzorilor și dispozitivelor de acționare cu porturi PLC, incl. și virtual.

A șasea secțiune este dedicată dezvoltării algoritmilor pentru funcționarea și scrierea programului de control PLC. Alegerea mediului de programare a fost confirmată. Sunt prezentate algoritmii de bloc pentru procesarea situațiilor de urgență de către sistem, algoritmii de blocuri ai blocurilor funcționale care rezolvă problemele de pornire, control și reglare. Această secțiune include rezultatele testării și depanării programului de control PLC.

A șaptea secțiune discută despre siguranța și sustenabilitatea proiectului. Se efectuează analiza factorilor periculoși și dăunători în timpul funcționării ACS PVV, se oferă soluții privind protecția muncii și asigurarea respectării mediului înconjurător a proiectului. Se dezvoltă protecția sistemului împotriva situațiilor de urgență, inclusiv consolidarea sistemului în ceea ce privește protecția împotriva incendiilor și asigurarea stabilității de funcționare atunci când Situații de urgență... Fundamentalul dezvoltat schema funcțională automatizare cu specificații.

A opta secțiune este dedicată fundamentării organizaționale și economice a dezvoltării. Calculul prețului de cost, eficienței și perioadei de rambursare a dezvoltării proiectului, incl. luând în considerare stadiul implementării. Etapele dezvoltării proiectului sunt reflectate, intensitatea muncii lucrului este estimată. Se oferă o evaluare a eficienței economice a proiectului utilizând analiza SWOT a dezvoltării.

În concluzie, sunt prezentate concluziile privind proiectul de diplomă.

Introducere

Automatizarea este unul dintre cei mai importanți factori în creșterea productivității muncii în producția industrială. O condiție continuă pentru accelerarea ritmului de creștere al automatizării este dezvoltarea mijloacelor tehnice de automatizare. Mijloacele tehnice de automatizare includ toate dispozitivele incluse în sistemul de control și proiectate să primească informații, să le transmită, să le stocheze și să le transforme, precum și pentru implementarea acțiunilor de control și de reglementare asupra obiectului de control tehnologic.

Dezvoltarea mijloacelor tehnologice de automatizare este un proces complex, care se bazează pe interesele producției automatizate a consumatorilor, pe de o parte, și pe capacitățile economice ale întreprinderilor producătoare, pe de altă parte. Impulsul principal pentru dezvoltare este creșterea eficienței producției - consumatori, prin introducerea tehnologie nouă poate fi fezabil numai dacă costul este recuperat rapid. Prin urmare, criteriul pentru toate deciziile privind dezvoltarea și implementarea de noi fonduri ar trebui să fie efectul economic total, luând în considerare toate costurile de dezvoltare, producție și implementare. În consecință, pentru dezvoltare, producția ar trebui luată, în primul rând, acele opțiuni pentru mijloace tehnice care oferă efectul maxim maxim.

Extinderea constantă a domeniului automatizării este una dintre principalele caracteristici ale industriei în această etapă.

O atenție deosebită este acordată problemelor ecologiei industriale și siguranței muncii. La proiectare tehnologie moderna, echipamente și structuri, este necesară abordarea științifică a dezvoltării siguranței și inofensivității muncii.

În stadiul actual de dezvoltare economie nationala una dintre principalele sarcini este creșterea eficienței producției sociale pe baza procesului științific și tehnic și a utilizării mai complete a tuturor rezervelor. Această sarcină este indisolubil legată de problema optimizării soluțiilor de proiectare, al cărei scop este acela de a crea premisele necesare pentru creșterea eficienței investițiilor de capital, reducerea perioadelor de recuperare a acestora și asigurarea celei mai mari creșteri a producției pentru fiecare rublă cheltuită. Creșterea productivității muncii, producerea de produse de calitate, îmbunătățirea condițiilor de muncă și de odihnă pentru lucrători sunt asigurate de sistemele de ventilație a aerului care creează microclimatul și calitatea mediului de aer necesar în incintă.

Scopul proiectului de diplomă este dezvoltarea unui sistem de control automat pentru alimentarea și ventilarea prin evacuare (ACS PVV) a magazinelor de producție.

Problema luată în considerare în proiectul de diplomă se datorează deteriorării sistemului de automatizare PVV existent la OJSC „Uzina optică și mecanică Vologda”. În plus, sistemul este proiectat într-o manieră distribuită, ceea ce elimină posibilitatea gestionării și monitorizării centralizate. Ca obiect de implementare, au fost selectate secțiunea de turnare prin injecție (categoria B pentru siguranța la incendiu), precum și spațiile adiacente - secțiunea mașinilor CNC, biroul de planificare și expediere, depozite.

Obiectivele proiectului de diplomă sunt formulate ca urmare a studiului stării actuale a ACS PVV și pe baza unei analize analitice, sunt prezentate în secțiunea 3 „Propunere tehnică”.

Utilizarea ventilației controlate deschide noi posibilități pentru rezolvarea problemelor de mai sus. Sistemul de control automat dezvoltat ar trebui să fie optim în ceea ce privește îndeplinirea funcțiilor indicate.

Așa cum s-a menționat mai sus, relevanța dezvoltării se datorează atât caducității actualei ACS PVV, o creștere a numărului lucrări de renovare pe „căile” de ventilație și o creștere generală a incidenței căilor respiratorii și a răcelilor la lucrători, o tendință de deteriorare a sănătății în timpul muncii lungi și, în consecință, o scădere generală a productivității muncii și a calității produselor. Este important să rețineți că ACS PVV existent nu este conectat cu automatele de incendiu, ceea ce este inacceptabil pentru acest tip de producție. Dezvoltarea unui nou ACS PVV este direct legată de politica de calitate a instalației (ISO 9000), precum și de programele pentru modernizarea echipamentelor instalației și automatizarea sistemelor de susținere a vieții plantelor.

Proiectul de diplomă folosește resurse de internet (forumuri, biblioteci electronice, articole și publicații, portaluri electronice), precum și literatura tehnică a domeniului solicitat și textele standardelor (GOST, SNIP, SanPiN). De asemenea, dezvoltarea ACS PVV se realizează ținând cont de propunerile și recomandările specialiștilor, pe baza planurilor de instalare existente, traseelor ​​de cablu, sistemelor de conducte de aer.

Trebuie remarcat faptul că problema abordată în proiectul de diplomă își are locul în aproape toate fabricile vechi ale complexului militar-industrial, reechiparea atelierelor este una dintre cele mai importante sarcini în ceea ce privește asigurarea calității produse pentru utilizatorul final. Astfel, proiectarea diplomei va reflecta experiența acumulată în rezolvarea problemelor similare la întreprinderile cu un tip de producție similar.

1. Privire de ansamblu analitică

1.1 Analiza generală nevoia de a proiecta ACS PVV

Cea mai importantă sursă de economisire a resurselor de combustibil și energie cheltuite pentru alimentarea cu căldură a clădirilor industriale mari cu consum semnificativ de căldură și electricitate este creșterea eficienței sistemului. alimentarea și evacuarea aerului(PVV) bazat pe utilizarea avansurilor moderne în tehnologia de calcul și control.

De obicei, mijloacele de automatizare locale sunt utilizate pentru a controla sistemul de ventilație. Principalul dezavantaj al unei astfel de reglementări este că nu ține cont de echilibrul real al aerului și căldurii clădirii și de condițiile meteorologice reale: temperatura exterioară, viteza și direcția vântului, presiunea atmosferică.

Prin urmare, sub influența mijloacelor de automatizare locală, sistemul de ventilație a aerului nu funcționează de obicei în modul optim.

Eficiența sistemului de ventilație de alimentare și evacuare poate fi crescută semnificativ dacă se efectuează controlul optim al sistemelor, pe baza utilizării unui set de hardware și software adecvat.

Formare condiții termice poate fi reprezentat ca interacțiunea factorilor perturbatori și de reglare. Pentru a determina acțiunea de control, sunt necesare informații cu privire la proprietăți și numărul parametrilor de intrare și ieșire și condițiile procesului de transfer de căldură. Deoarece scopul controlului echipamentelor de ventilație este de a asigura condițiile de aer necesare în zona de lucru a clădirilor clădirilor cu costuri minime de energie și materiale, atunci cu ajutorul unui computer va fi posibil să găsiți cea mai bună opțiuneși să dezvolte acțiuni de control adecvate pentru acest sistem. Ca urmare, un computer cu un set adecvat de hardware și software formează un sistem automat pentru controlul regimului termic al spațiilor din clădiri (ACS TRP). De asemenea, trebuie remarcat faptul că un computer poate fi înțeles atât ca panoul de control al PVA, cât și consola pentru monitorizarea stării PVA, precum și ca un computer simplu cu un program pentru modelarea ACS PVV, procesând rezultatele și control operațional bazat pe acestea.

Un sistem de control automat este o combinație între un obiect de control (proces tehnologic controlat) și dispozitive de control, a căror interacțiune asigură fluxul automat al procesului în conformitate cu un program dat. În acest caz, un proces tehnologic este înțeles ca o succesiune de operații care trebuie efectuate pentru a obține un produs finit dintr-o materie primă. În cazul PVH, produsul finit este aerul din camera echipată cu parametri specificați (temperatura, compoziția gazului etc.), iar materia primă este aerul exterior și de evacuare, purtătorii de căldură, electricitatea etc.

Funcționarea ACS PVV, ca orice sistem de control, ar trebui să se bazeze pe principiu părere(OS): dezvoltarea acțiunilor de control bazate pe informații despre obiectul obținut folosind senzori instalați sau distribuiți la obiect.

Fiecare ACS specific este dezvoltat pe baza tehnologiei specificate pentru procesarea fluxului de aer de intrare. Adesea, sistemul de ventilație de alimentare și evacuare este asociat cu un sistem de aer condiționat (pregătire), care se reflectă în proiectarea automatizării controlului.

Când utilizați dispozitive independente sau complet instalații tehnologice ACS de tratare a aerului sunt furnizate deja încorporate în echipament și deja prevăzute cu anumite funcții de control, care sunt de obicei descrise în detaliu în documentația tehnică. În acest caz, reglarea, service-ul și funcționarea acestor sisteme de control trebuie efectuate în strictă conformitate cu documentația specificată.

Analiză soluții tehnice unități moderne de tratare a aerului din companii de vârf - producătorii de echipamente de ventilație au arătat că funcțiile de control pot fi împărțite condiționat în două categorii:

Funcții de control determinate de tehnologia și echipamentul de tratare a aerului;

Funcțiile suplimentare, care sunt în mare parte funcții de servicii, sunt prezentate ca know-how-ul companiilor și nu sunt luate în considerare aici.

În termeni generali, principalele funcții tehnologice ale controlului IWA pot fi împărțite în următoarele grupuri (Fig.1.1)

Orez. 1.1 - Principalele funcții tehnologice ale controlului IWV

Să descriem ce se înțelege prin funcțiile RWV prezentate în Fig. 1.1.

1.1.1 Funcția "controlul și înregistrarea parametrilor"

În conformitate cu SNiP 2.04.05-91, parametrii de control obligatori sunt:

Temperatura și presiunea în conductele comune de alimentare și retur și la ieșirea fiecărui schimbător de căldură;

Temperatura aerului exterior, furnizarea aerului după schimbătorul de căldură, precum și temperatura interioară;

Standardele MPC Substanțe dăunătoareîn aerul extras din cameră (prezența gazelor, a produselor de ardere, a prafului netoxic).

La cerere sunt controlați alți parametri în sistemele de alimentare și evacuare condiții tehnice echipamente sau condiții de funcționare.

Telecomanda este prevăzută pentru măsurarea parametrilor principali ai procesului tehnologic sau parametrii implicați în implementarea altor funcții de control. Un astfel de control se efectuează folosind senzori și traductoare de măsurare cu ieșirea (dacă este necesar) a parametrilor măsurați către indicatorul sau ecranul dispozitivului de control (panoul de control, monitorul computerului).

Pentru a măsura alți parametri, se folosesc de obicei instrumente locale (portabile sau staționare) - termometre indicatoare, manometre, dispozitive pentru analiza spectrală a compoziției aerului etc.

Utilizarea dispozitivelor de control local nu încalcă principiul de bază al sistemelor de control - principiul feedback-ului. În acest caz, se realizează fie cu ajutorul unei persoane (operator sau personal de service), fie cu ajutorul unui program de control „cablat” în memoria microprocesorului.

1.1.2 Funcția „control operațional și software”

De asemenea, este important să implementați o opțiune precum „secvența de pornire”. Pentru a asigura pornirea normală a sistemului IWV, trebuie luate în considerare următoarele:

Pre-deschiderea clapetelor de aer înainte de pornirea ventilatoarelor. Acest lucru se face datorită faptului că nu toate amortizoarele în stare închisă pot rezista diferenței de presiune create de ventilator, iar timpul pentru deschiderea completă a amortizorului printr-o acționare electrică ajunge la două minute.

Separarea momentelor de pornire a motoarelor electrice. Motoare asincrone poate avea adesea curenți de pornire mari. Dacă ventilatoarele, dispozitivele de amortizare a aerului și alte unități de pornire sunt pornite în același timp, atunci din cauza încărcăturii grele din rețeaua electrică a clădirii, tensiunea va scădea dramatic și este posibil ca motoarele electrice să nu pornească. Prin urmare, pornirea motoarelor electrice, în special de mare putere, trebuie răspândită în timp.

Preîncălzirea încălzitorului. Dacă bobina de apă caldă nu este preîncălzită, protecția împotriva înghețului poate fi declanșată la temperaturi exterioare scăzute. Prin urmare, la pornirea sistemului, este necesar să deschideți clapetele de alimentare cu aer, deschise supapă cu trei căiîncălzitor de apă și încălziți încălzitorul. De regulă, această funcție este activată atunci când temperatura exterioară este sub 12 ° C.

Opțiune inversă - „secvență de oprire” Când opriți sistemul, luați în considerare:

Întârziere pentru oprirea ventilatorului de alimentare cu aer în unitățile cu încălzitor electric. După îndepărtarea tensiunii din încălzitorul electric, răciți-o pentru o vreme fără a opri ventilatorul de alimentare cu aer. În caz contrar, elementul de încălzire al încălzitorului de aer (încălzitor electric termic - element de încălzire) poate defecta. Pentru sarcinile existente de proiectare a diplomei, această opțiune nu este importantă datorită utilizării unui încălzitor de apă, dar este, de asemenea, important să o notați.

Astfel, pe baza opțiunilor evidențiate de control operațional și de program, este posibil să se prezinte un program tipic pentru pornirea și oprirea dispozitivelor dispozitivelor PVV.

Orez. 1.2 - Ciclogramă tipică a funcționării ACS PVV cu un încălzitor de apă

În tot acest ciclu (Fig. 1.2), sistemul ar trebui să funcționeze automat și, în plus, ar trebui să existe o pornire individuală a echipamentului, care este necesară pentru reglare și lucrări preventive.

Funcțiile de control programate, cum ar fi schimbarea modului „iarnă-vară”, nu au o importanță mică. Implementarea acestor funcții în condiții moderne lipsa resurselor energetice. În documentele de reglementare, îndeplinirea acestei funcții este de natură recomandativă - „pentru clădirile publice, administrative și de amenajare și industriale, de regulă, ar trebui prevăzută o reglementare a parametrilor pentru a asigura o scădere a consumului de căldură”.

În cel mai simplu caz, aceste funcții prevăd sau dezactivează în general IWA in un anumit moment timpul, sau scăderea (creșterea) valorii setate a parametrului controlat (de exemplu, temperatura) în funcție de modificarea sarcinilor de căldură din camera echipată.

Mai eficient, dar și mai dificil de implementat, este controlul software, care prevede o schimbare automată a structurii PVA și a algoritmului de funcționare a acestuia nu numai în modul tradițional „iarnă-vară”, ci și în modurile tranzitorii. Analiza și sinteza structurii și algoritmului de funcționare a acesteia se efectuează de obicei pe baza modelului lor termodinamic.

În acest caz, principalul criteriu de motivație și optimizare, de regulă, este dorința de a asigura, eventual, consumul minim de energie cu restricții privind costurile de capital, dimensiunile etc.

1.1.3 Funcția " funcții de protecțieși blocare "

Funcțiile de protecție și interblocările comune pentru sistemele de automatizare și echipamentele electrice (protecție împotriva scurtcircuitelor, supraîncălzirii, restricții de mișcare etc.) sunt convenite de către agenție documente de reglementare... Astfel de funcții sunt de obicei implementate de dispozitive separate (siguranțe, dispozitive de curent rezidual, întrerupătoare de limită etc.). Utilizarea lor este guvernată de regulile pentru instalațiile electrice (PUE), reguli Siguranța privind incendiile(PPB).

Protecție împotriva înghețului. O funcție automată de protecție împotriva înghețului trebuie să fie prevăzută în zonele cu o temperatură exterioară proiectată pentru o perioadă rece de minus 5 ° C și mai mică. Schimbătoarele de căldură ale primului sistem de încălzire (încălzitor de apă) și recuperatoarele (dacă există) sunt supuse protecției.

De obicei, protecția împotriva înghețului schimbătorilor de căldură se bazează pe senzori sau senzori-relee de temperatură a aerului în aval de aparat și temperatura lichidului de răcire din conducta de retur.

Pericolul înghețului este prezis de temperatura aerului din fața aparatului (t<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.

În timpul orelor de lucru nefuncționale pentru sistemele cu protecție la îngheț, supapa ar trebui să rămână întredeschisă (5-25%) cu amortizorul de aer exterior închis. Pentru o mai mare fiabilitate a protecției atunci când sistemul este oprit, funcția de reglare automată (stabilizare) a temperaturii apei în conducta de retur este uneori implementată.

1.1.4 Funcția „protecția echipamentelor tehnologice și a echipamentelor electrice”

1. Controlul colmatării filtrului

Controlul colmatării filtrului este evaluat de căderea de presiune peste filtru, care este măsurată de un senzor de presiune diferențială. Senzorul măsoară diferența de presiune a aerului înainte și după filtr. Căderea de presiune admisibilă peste filtru este indicată în pașaportul său (pentru manometre prezentate pe căile respiratorii din fabrică, conform fișei tehnice - 150-300 Pa). Această diferență este setată în timpul punerii în funcțiune a sistemului la senzorul diferențial (valoarea de referință a senzorului). Când se atinge punctul de referință, senzorul trimite un semnal despre conținutul maxim de praf al filtrului și necesitatea întreținerii sau înlocuirii acestuia. Dacă filtrul nu este curățat sau înlocuit într-un anumit timp (de obicei 24 de ore) după ce a fost emisă alarma de limită de praf, se recomandă asigurarea unei opriri de urgență a sistemului.

Se recomandă instalarea unor senzori similari pe ventilatoare. Dacă un ventilator sau cureaua de transmisie a ventilatorului nu funcționează, sistemul trebuie oprit în modul de urgență. Cu toate acestea, astfel de senzori sunt adesea neglijați din motive de economie, ceea ce complică foarte mult diagnosticarea sistemului și depanarea în viitor.

2. Alte încuietori automate

În plus, ar trebui prevăzute încuietori automate pentru:

Deschiderea și închiderea amortizoarelor de aer exterioare la pornirea și oprirea ventilatoarelor (amortizoare);

Deschiderea și închiderea supapelor sistemelor de ventilație conectate prin conducte de aer pentru interschimbabilitate totală sau parțială în cazul defectării unuia dintre sisteme;

Închiderea supapelor sistemelor de ventilație pentru încăperi protejate de instalații de stingere a incendiilor cu gaz atunci când ventilatoarele sistemelor de ventilație ale acestor încăperi sunt oprite;

Asigurarea consumului minim de aer exterior în sistemele cu volum variabil etc.

1.1.5 Funcții de reglementare

Funcții de reglare - întreținerea automată a parametrilor setați este de bază prin definiție pentru sistemele de alimentare și evacuare a aerului care funcționează cu debit variabil, recirculare a aerului și încălzire a aerului.

Aceste funcții sunt realizate folosind bucle de control închise, în care principiul feedback-ului este prezent într-o formă explicită: informațiile despre obiectul provenit de la senzori sunt convertite prin reglarea dispozitivelor în acțiuni de control. În fig. 1.3 prezintă un exemplu de buclă de control al temperaturii aerului de alimentare într-un aparat de aer condiționat cu conductă. Temperatura aerului este menținută de un încălzitor de apă prin care este trecut purtătorul de căldură. Aerul care trece prin încălzitor se încălzește. Temperatura aerului după încălzitorul de apă este măsurată de un senzor (T), apoi valoarea acestuia este alimentată către dispozitivul de comparație (SUA) a valorii măsurate a temperaturii și a temperaturii de referință. În funcție de diferența dintre temperatura de referință (Tset) și valoarea măsurată a temperaturii (Tmeas), dispozitivul de control (P) generează un semnal care afectează actuatorul (M - motor cu supapă cu trei căi). Actuatorul electric deschide sau închide supapa cu trei căi într-o poziție în care eroarea:

e = Tust - Tism

va fi minim.

Orez. 1.3 - Bucla de control a temperaturii aerului de alimentare în conducta de aer cu un schimbător de căldură cu apă: senzor T; SUA - dispozitiv de comparare; Р - dispozitiv de reglare; M - dispozitiv executiv

Astfel, construcția unui sistem de control automat (ACS) bazat pe cerințele de precizie și alți parametri de funcționare a acestuia (stabilitate, oscilație etc.) se reduce la alegerea structurii și elementelor sale, precum și la determinarea parametrii controlerului. Acest lucru este de obicei făcut de specialiști în automatizări care utilizează teoria clasică a controlului. Voi observa doar că setările regulatorului sunt determinate de proprietățile dinamice ale obiectului de control și de legea de reglementare selectată. Legea de reglementare este relația dintre semnalele de intrare (?) Și de ieșire (Uр) ale regulatorului.

Cea mai simplă este legea de reglementare proporțională, în care? și Uр sunt interconectate printr-un coeficient constant Кп. Acest coeficient este parametrul de reglare al unui astfel de regulator, care se numește P-regulator. Implementarea acestuia necesită utilizarea unui element de amplificare reglabil (mecanic, pneumatic, electric etc.), care poate funcționa atât cu implicarea unei surse de energie suplimentare, cât și fără acesta.

Una dintre varietățile de controlere P sunt controlere poziționale care implementează o lege de control proporțională la Kp și generează un semnal de ieșire Uр, care are un anumit număr de valori constante, de exemplu, două sau trei, corespunzătoare poziției două sau trei controlere. Astfel de controlere sunt uneori numite controlere de releu datorită similitudinii caracteristicilor lor grafice cu caracteristicile releului. Parametrul de setare al acestor regulatoare este valoarea zonei moarte De.

În tehnologia de automatizare a sistemelor de ventilație, având în vedere simplitatea și fiabilitatea lor, regulatoarele on-off au găsit o aplicare largă în reglarea temperaturii (termostate), a presiunii (presostate) și a altor parametri ai stării procesului.

Regulatoarele on-off sunt utilizate și în sistemele automate de protecție, blocaje și moduri de operare ale echipamentelor de comutare. În acest caz, funcțiile lor sunt realizate de senzori de releu.

În ciuda avantajelor indicate de controlerele P, acestea au o eroare statică mare (la valori mici de Kp) și o tendință la auto-oscilații (la valori mari de Kp). Prin urmare, cu cerințe mai ridicate pentru funcțiile de control ale sistemelor de automatizare în ceea ce privește precizia și stabilitatea, sunt utilizate și legi de control mai complexe, de exemplu, legile PI și PID.

De asemenea, reglarea temperaturii de încălzire a aerului poate fi realizată de un controler P, funcționând conform principiului de echilibrare: creșteți temperatura atunci când valoarea acesteia este mai mică decât punctul stabilit și invers. Această interpretare a legii și-a găsit aplicarea și în sistemele care nu necesită o precizie ridicată.

1.2 Analiza schemelor tipice existente de automatizare a ventilației în instalațiile de producție

Există o serie de implementări standard ale automatizării sistemului de alimentare și evacuare a aerului, fiecare dintre acestea având o serie de avantaje și dezavantaje. Aș dori să menționez că, în ciuda prezenței multor scheme și dezvoltări tipice, este foarte dificil să creezi un astfel de ACS care să fie flexibil în setări în ceea ce privește producția în care este implementat. Astfel, pentru proiectarea ACS PVV, este necesară o analiză aprofundată a structurii de ventilație existente, o analiză a proceselor tehnologice ale ciclului de producție, precum și o analiză a cerințelor de protecție a muncii, ecologie, siguranță electrică și la incendiu. . Mai mult, ACS PVV deseori conceput este specializat în domeniul său de aplicare.

În orice caz, următoarele grupuri sunt de obicei considerate ca date inițiale tipice în etapa inițială de proiectare:

1. Date generale: amplasarea teritorială a obiectului (oraș, district); tipul și scopul obiectului.

2. Informații despre clădire și spații: planuri și secțiuni cu indicarea tuturor dimensiunilor și înălțimilor față de nivelul solului; indicarea categoriilor de incinte (pe planuri arhitecturale) în conformitate cu reglementările privind incendiile; disponibilitatea zonelor tehnice cu indicarea dimensiunii acestora; localizarea și caracteristicile sistemelor de ventilație existente; caracteristicile purtătorilor de energie;

3. Informații despre procesul tehnologic: desene ale proiectului tehnologic (planuri) care indică amplasarea echipamentului tehnologic; specificațiile echipamentelor care indică capacitățile instalate; caracteristicile regimului tehnologic - numărul de schimburi de muncă, numărul mediu de lucrători pe schimb; modul de funcționare a echipamentului (funcționare simultană, factori de sarcină etc.); cantitatea de emisii nocive în aer (MPC de substanțe nocive).

Ca date inițiale pentru calcularea automatizării sistemului PVA, scoateți:

Performanța sistemului existent (putere, schimb de aer);

Lista parametrilor de aer care urmează să fie reglementați;

Limite de reglementare;

Funcționare de automatizare atunci când sunt recepționate semnale de la alte sisteme.

Astfel, execuția sistemului de automatizare este proiectată pe baza sarcinilor care îi sunt atribuite, ținând cont de norme și reguli, precum și de date și scheme inițiale generale. Elaborarea unei diagrame și selectarea echipamentelor pentru sistemul de automatizare a ventilației se efectuează individual.

Să prezentăm schemele tipice existente ale sistemelor de control al alimentării și al ventilației prin evacuare, caracterizăm unele dintre ele cu privire la posibilitatea aplicării lor pentru rezolvarea problemelor proiectului de diplomă (Fig. 1.4 - 1.5, 1.9).

Orez. 1.4 -Ventilație directă SAU

Aceste sisteme de automatizare au găsit o utilizare activă în fabrici, fabrici și birouri. Obiectul de control aici este dulapul de automatizare (panoul de comandă), dispozitivele de fixare sunt senzori de canal, acțiunea de control se exercită asupra motoarelor motoarelor ventilatorului, motoarelor amortizoare. Există, de asemenea, un ACS pentru încălzirea / răcirea aerului. Privind în perspectivă, se poate observa că sistemul prezentat în Fig. 1.4a este un prototip al sistemului care trebuie utilizat la secțiunea de turnare prin injecție a OJSC „Vologda Optical and Mechanical Plant”. Răcirea aerului în incintele industriale este ineficientă din cauza volumului acestor incinte, iar încălzirea este o condiție prealabilă pentru funcționarea corectă a ACS PVV.

Orez. 1.5- Ventilație ACS cu schimbătoare de căldură

Construcția unui ACS PVV cu utilizarea schimbătorilor de căldură (recuperatoare) permite rezolvarea problemei consumului excesiv de energie electrică (pentru încălzitoarele electrice), problema emisiilor în mediu. Înțelesul recuperării este că aerul eliminat irevocabil din cameră, care are temperatura setată în cameră, schimbă energia cu aerul exterior care intră, ale cărui parametri, de regulă, diferă semnificativ de cei stabiliți. Acestea. iarna, aerul extras cald extras încălzește parțial aerul de alimentare exterior, iar vara aerul extras mai rece răcește parțial aerul de alimentare. În cel mai bun caz, cu recuperare, consumul de energie pentru tratarea aerului de alimentare poate fi redus cu 80%.

Din punct de vedere tehnic, recuperarea alimentării și a ventilației de evacuare se efectuează utilizând schimbătoare de căldură rotative și sisteme cu un purtător de căldură intermediar. Astfel, obținem un câștig atât la încălzirea aerului, cât și la reducerea deschiderii amortizoarelor (este permis un timp mai de ralanti al motoarelor care controlează amortizoarele) - toate acestea oferă un câștig global în ceea ce privește economiile de energie.

Sistemele de recuperare a căldurii sunt promițătoare și active și sunt introduse pentru a înlocui vechile sisteme de ventilație. Cu toate acestea, este demn de remarcat faptul că astfel de sisteme merită investiții suplimentare, cu toate acestea, perioada lor de recuperare este relativ scurtă, în timp ce profitabilitatea este foarte mare. De asemenea, absența unei eliberări constante în mediu crește performanța de mediu a unei astfel de organizații a automatizării PVA. Funcționarea simplificată a sistemului cu recuperarea căldurii din aer (recirculare a aerului) este prezentată în Fig. 1.6.

Orez. 1.6 - Funcționarea sistemului de schimb de aer cu recirculare (recuperare)

Recuperatoarele de flux transversal sau de plăci (Fig. 1.5 c, d) sunt formate din plăci (aluminiu), reprezentând un sistem de canale pentru fluxul a două fluxuri de aer. Pereții conductelor sunt obișnuiți pentru alimentarea și extragerea aerului și se transmit cu ușurință. Datorită suprafeței mari de schimb și a fluxului de aer turbulent în canale, se obține un grad ridicat de recuperare a căldurii (transfer de căldură) cu o rezistență hidraulică relativ scăzută. Eficiența recuperatoarelor de plăci ajunge la 70%.

Orez. 1.7 - Organizarea schimbului de aer al ACS PVV pe bază de recuperatoare de plăci

Doar căldura sensibilă a aerului extras este recuperată. aerul de alimentare și de extracție nu se amestecă în niciun fel, iar condensul care se formează în timpul răcirii aerului de extracție este reținut de separator și îndepărtat de sistemul de drenaj din tigaia de scurgere. Pentru a preveni înghețarea condensului la temperaturi scăzute (până la -15 ° C), sunt formate cerințele corespunzătoare pentru automatizare: trebuie să prevadă o oprire periodică a ventilatorului de alimentare sau îndepărtarea unei părți a aerului exterior în conducta de bypass. ocolind canalele recuperatoare. Singura limitare în aplicarea acestei metode este intersecția obligatorie a ramurilor de alimentare și evacuare într-un singur loc, ceea ce, în cazul unei simple modernizări a ACS, impune o serie de dificultăți.

Sistemele de recuperare cu un purtător de căldură intermediar (Fig. 1.5 a, b) sunt o pereche de schimbătoare de căldură conectate printr-o conductă închisă. Un schimbător de căldură este situat în conducta de evacuare, iar celălalt în conducta de alimentare. Un amestec antigel de glicol circulă într-o buclă închisă, transferând căldura de la un schimbător de căldură la altul și, în acest caz, distanța de la unitatea de alimentare la unitatea de evacuare poate fi destul de semnificativă.

Eficiența recuperării căldurii cu această metodă nu depășește 60%. Costul este relativ ridicat, dar în unele cazuri aceasta poate fi singura opțiune de recuperare a căldurii.

Orez. 1.8 - Principiul recuperării căldurii utilizând un purtător de căldură intermediar

Schimbătorul de căldură rotativ (schimbător de căldură rotativ, recuperator) este un rotor cu canale pentru trecerea orizontală a aerului. O parte a rotorului se află în conducta de evacuare și o parte în conducta de alimentare. Rotind, rotorul primește căldura aerului extras și îl transferă în aerul de alimentare și sunt transferate atât căldura sensibilă, cât și latentă, precum și umiditatea. Eficiența recuperării căldurii este maximă și atinge 80%.

Orez. 1.9 - ACS PVV cu recuperator rotativ

Limitarea utilizării acestei metode este impusă în primul rând de faptul că până la 10% din aerul extras este amestecat cu aerul de alimentare și, în unele cazuri, acest lucru este inacceptabil sau nedorit (dacă aerul are un nivel semnificativ de poluare) . Cerințele de proiectare sunt similare cu versiunea anterioară - mașina de evacuare și de alimentare cu aer sunt amplasate într-un singur loc. Această metodă este mai scumpă decât prima și este utilizată mai rar.

În general, sistemele cu recuperare sunt cu 40-60% mai scumpe decât sistemele similare fără recuperare, dar costurile de operare vor diferi semnificativ. Chiar și cu prețurile energetice actuale, timpul de recuperare a sistemului de recuperare nu depășește două sezoane de încălzire.

Aș dori să observ că economisirea energiei este influențată și de algoritmi de control. Cu toate acestea, trebuie întotdeauna avut în vedere faptul că toate sistemele de ventilație sunt proiectate pentru anumite condiții medii. De exemplu, consumul de aer exterior a fost determinat pentru un număr de persoane, dar în realitate camera poate fi mai mică de 20% din valoarea acceptată, desigur, în acest caz, consumul estimat de aer exterior va fi în mod clar excesiv, funcționarea de ventilație într-un mod excesiv va duce la o pierdere nerezonabilă de resurse energetice. În acest caz, este logic să se ia în considerare mai multe moduri de operare, de exemplu, iarna / vara. Dacă automatizarea este capabilă să stabilească astfel de moduri, economiile sunt evidente. O altă abordare este legată de reglarea debitului de aer exterior în funcție de calitatea mediului de gaz interior, adică sistemul de automatizare include analizoare de gaze pentru gaze dăunătoare și selectează valoarea fluxului de aer exterior astfel încât conținutul de gaze dăunătoare să nu depășească valorile maxime admise.

1.3 Cercetări de marketing

În prezent, toți cei mai importanți producători mondiali de echipamente de ventilație sunt pe scară largă reprezentați pe piața automatizărilor pentru furnizarea și ventilația prin evacuare, fiecare dintre ei fiind specializați în producția de echipamente într-un anumit segment. Întreaga piață a echipamentelor de ventilație poate fi aproximativ împărțită în următoarele domenii de aplicare:

Scopuri casnice și semi-industriale;

În scopuri industriale;

Echipamente de ventilație în scopuri "speciale".

Deoarece proiectul de diplomă se ocupă de proiectarea automatizării pentru sistemele de alimentare și evacuare a spațiilor industriale, atunci pentru a compara dezvoltarea propusă cu cele disponibile pe piață, este necesar să alegeți pachete de automatizare similare existente de la producători cunoscuți.

Rezultatele unui studiu de marketing al pachetelor ACS PVV existente sunt prezentate în Anexa A.

Astfel, ca rezultat al cercetării de marketing, au fost luate în considerare mai multe dintre cele mai utilizate PVV ACS de la diferiți producători, prin studierea documentației lor tehnice, au fost obținute informații:

Compoziția pachetului corespunzător de ACS PVV;

Registrul parametrilor de control (presiunea în conductele de aer, temperatura, puritatea, umiditatea aerului);

Marca controlerului logic programabil și a echipamentului acestuia (software, sistem de comandă, principii de programare);

Disponibilitatea conexiunilor cu alte sisteme (există o conexiune cu automatele de incendiu, există suport pentru protocoalele LAN)?

Performanță de protecție (siguranță electrică, siguranță la incendiu, protecție împotriva prafului, imunitate la zgomot, rezistență la umiditate).

2. Descrierea rețelei de ventilație a atelierului de producție ca obiect de control automat

În general, pe baza rezultatelor analizei abordărilor disponibile pentru automatizarea sistemelor de ventilație și de pregătire a aerului, precum și ca urmare a analizelor analitice ale schemelor tipice, se poate concluziona că sarcinile luate în considerare în proiectul de diplomă sunt relevante și în prezent considerate și studiate în mod activ de către birourile de proiectare specializate (SKB).

Observ că există trei abordări principale pentru implementarea automatizării unui sistem de ventilație:

Abordare distribuită: implementarea automatizării IWV bazată pe echipamente de comutare locale, fiecare ventilator este controlat de un dispozitiv corespunzător.

Această abordare este utilizată pentru proiectarea automatizării sistemelor de ventilație relativ mici, în care nu este de așteptat extinderea ulterioară. El este cel mai bătrân. Avantajele acestei abordări includ, de exemplu, faptul că, în cazul unui accident într-una din ramurile de ventilație monitorizate, sistemul face o oprire de urgență numai pentru această legătură / secțiune. În plus, această abordare este relativ simplă de implementat, nu necesită algoritmi de control complexi și simplifică întreținerea dispozitivelor sistemului de ventilație.

Abordare centralizată: implementarea automatizării PVV bazată pe un grup de controlere logice sau un controler logic programabil (PLC), întregul sistem de ventilație este controlat central în conformitate cu programul și datele.

Abordarea centralizată este mai fiabilă decât cea distribuită. Tot managementul IAP este rigid, realizat pe baza programului. Această circumstanță impune cerințe suplimentare atât pentru scrierea codului programului (este necesar să se țină seama de multe condiții, inclusiv acțiuni în situații de urgență), cât și pentru protecția specială a PLC-ului de control. Această abordare și-a găsit aplicarea pentru complexele administrative și industriale mici. Se distinge prin flexibilitatea setărilor, capacitatea de a scala sistemul la limite rezonabile, precum și posibilitatea integrării mobile a sistemului în conformitate cu un principiu mixt de organizare;

Abordare mixtă: utilizată în proiectarea sistemelor mari (un număr mare de echipamente gestionate cu performanțe uriașe), este o combinație între o abordare distribuită și o abordare centralizată. În cazul general, această abordare presupune o ierarhie a nivelului condusă de un computer de control și „microcomputere” slave, formând astfel o rețea de producție de control care este globală în raport cu întreprinderea. Cu alte cuvinte, această abordare este o abordare centralizată distribuită cu distribuirea sistemului.

În ceea ce privește problema rezolvată în proiectarea diplomei, cea mai preferabilă este abordarea centralizată a implementării automatizării PVA. Deoarece sistemul este dezvoltat pentru instalații de producție mici, este posibil să se utilizeze această abordare pentru alte instalații cu scopul integrării lor ulterioare într-un singur ACV PVV.

Adesea, pentru dulapurile de control al ventilației, este prevăzută o interfață care permite monitorizarea stării sistemului de ventilație cu ieșire de informații către un monitor de computer. Cu toate acestea, este demn de remarcat faptul că această implementare necesită complicații suplimentare ale programului de control, formarea unui specialist care monitorizează statul și ia decizii operaționale pe baza datelor obținute vizual de la senzorii de interogare. În plus, factorul erorii umane în situații de urgență este întotdeauna inerent. Prin urmare, implementarea acestei condiții este mai degrabă o opțiune suplimentară la proiectarea pachetului de automatizare PVV.

2.1 Descrierea sistemului de control automat existent pentru alimentarea și ventilarea prin evacuare a magazinelor de producție

Pentru a asigura principiul de bază al ventilației atelierelor de producție, care constă în menținerea parametrilor și a compoziției aerului în limitele admise, este necesar să se furnizeze aer curat locurilor în care se află lucrătorii, urmat de distribuția aerului în tot camera.

Mai jos în Fig. 2.1 prezintă o ilustrare a unui sistem tipic de alimentare și evacuare a aerului, similar cu cel disponibil la locul de implementare.

Sistemul de ventilație al spațiilor industriale constă din ventilatoare, conducte de aer, dispozitive externe de admisie a aerului, dispozitive pentru curățarea aerului care intră și se descarcă în atmosferă și un dispozitiv de încălzire a aerului (încălzitor de apă).

Proiectarea sistemelor de alimentare și evacuare existente a fost realizată în conformitate cu cerințele SNiP II 33-75 „Încălzire, ventilație și aer condiționat”, precum și GOST 12.4.021-75 „SSBT. Sisteme de ventilație. Cerințe generale ", care specifică cerințele pentru instalare, punere în funcțiune și funcționare.

Purificarea aerului poluat emis în atmosferă este realizată de dispozitive speciale - separatoare de praf (utilizate la locul de producție al turnării prin injecție), filtre pentru conducte de aer etc. Trebuie avut în vedere faptul că separatoarele de praf nu necesită un control suplimentar și sunt declanșate când ventilarea evacuării este activată.

De asemenea, purificarea aerului extras din zona de lucru poate fi efectuată în camere de depunere a prafului (numai pentru praful grosier) și precipitatori electrostatici (pentru praful fin). Purificarea aerului din gazele dăunătoare se efectuează folosind substanțe speciale de absorbție și decontaminare, inclusiv cele aplicate filtrelor (în celulele filtrante).

Orez. 2.1 - Sistemul de alimentare și evacuare a aerului din secția de producție 1 - dispozitiv de admisie a aerului; 2 - calorifere pentru încălzire; 3- ventilator de alimentare; 4 - conductă de aer principală; 5 - ramuri ale conductei de aer; 6 - duze de alimentare; 7 - aspirație locală; 8 și 9 - maestru. conductă de evacuare a aerului; 10 - separator de praf; 11 - ventilator de evacuare; 12 - evacuarea minieră a aerului purificat în atmosferă

Automatizarea sistemului existent este relativ simplă. Procesul de ventilație este după cum urmează:

1. începutul turei de lucru - se pornește sistemul de alimentare și evacuare a aerului. Ventilatoarele sunt conduse de un starter centralizat. Cu alte cuvinte, panoul de control este format din două demaroare - pentru pornire și oprire / oprire de urgență. Tura durează 8 ore - cu o pauză de oră, adică sistemul este inactiv timp de 1 oră în medie în timpul orelor de lucru. În plus, un astfel de control „interblocat” este ineficient din punct de vedere economic, deoarece duce la un consum excesiv de energie electrică.

Trebuie remarcat faptul că nu este nevoie de producție pentru ca ventilarea evacuării să funcționeze constant, este recomandabil să o porniți atunci când aerul este poluat sau, de exemplu, este necesară îndepărtarea excesului de energie termică din zona de lucru.

2. deschiderea amortizoarelor dispozitivelor de admisie a aerului este controlată și de echipamentul local de pornire, aerul cu parametrii mediului extern (temperatură, curățenie) este aspirat în conductele de aer de către ventilatorul de alimentare datorită diferenței în presiune.

3. Aerul preluat din mediul extern trece printr-un încălzitor de apă, se încălzește până la valorile admise de temperatură și este pompat în cameră prin conductele de aer prin duzele de alimentare. Încălzitorul de apă asigură o încălzire semnificativă a aerului, încălzitorul este controlat manual, electricianul deschide clapeta clapetei. Încălzitorul este oprit pentru perioada de vară. Apa caldă furnizată de la centrala termică internă este utilizată ca purtător de căldură. Sistemul de control automat al temperaturii aerului nu este furnizat, ca urmare a căruia există o depășire mare a resurselor.

Documente similare

Caracteristici ale utilizării sistemului de control pentru unitatea de ventilație de alimentare bazată pe controlerul MC8.2. Funcționalitatea de bază a controlerului. Un exemplu de specificație pentru automatizarea instalării ventilației de alimentare pentru un circuit bazat pe MC8.2.

lucru practic, adăugat 25/05/2010


Analiza comparativă a caracteristicilor tehnice ale structurilor tipice ale turnurilor de răcire. Elemente ale sistemelor de alimentare cu apă și clasificarea acestora. Model matematic al procesului de alimentare cu apă circulant, selectarea și descrierea echipamentelor de automatizare și a elementelor de control.

teză, adăugată 09.04.2013


Fundamentele funcționării sistemului automat de control pentru alimentarea și ventilarea evacuării, construcția și descrierea matematică a acestuia. Echipamente de proces tehnologic. Selectarea și calculul regulatorului. Studiul stabilității ATS, indicatori ai calității sale.

hârtie la termen, adăugată 16.02.2011


Descrierea procesului de tratare a căldurii și umidității produselor pe bază de beton de ciment. Control automat al procesului de ventilație al camerei de abur. Selectarea tipului de manometru diferențial și calculul dispozitivului de restricție. Circuitul de măsurare al potențiometrului automat.

termen de hârtie, adăugat 25/10/2009


Harta traseului tehnologic de prelucrare a unei roți melcate. Calculul cotelor și dimensiunile limită pentru prelucrarea produsului. Dezvoltarea unui program de control. Justificare și selecție a dispozitivului. Calculul ventilației spațiilor industriale.

teză, adăugată 29.08.2012


Caracteristicile complexului proiectat și alegerea tehnologiei pentru procesele de producție. Mecanizarea alimentării cu apă și udarea animalelor. Calcul tehnologic și selectarea echipamentelor. Sisteme de ventilație și încălzire a aerului. Calculul schimbului de aer și al iluminatului.

termen de hârtie, adăugat 12/01/2008


Sistemul de ventilare a alimentării, structura sa internă și interconectarea elementelor, evaluarea avantajelor și dezavantajelor utilizării, cerințele echipamentului. Măsuri de economisire a energiei, automatizarea controlului sistemelor de ventilație eficiente din punct de vedere energetic.

hârtie pe termen adăugată la 08.08.2015


Dezvoltarea unei scheme tehnologice pentru automatizarea unei pardoseli încălzite electric. Calculul și selecția elementelor de automatizare. Analiza cerințelor din schema de control. Determinarea principalilor indicatori de fiabilitate. Măsuri de siguranță în timpul instalării echipamentelor de automatizare.

termen de hârtie adăugat 30.05.2015


Aparat pentru procesul tehnologic de reformare catalitică. Caracteristicile pieței echipamentelor de automatizare. Alegerea complexului computerului de control și a echipamentelor de automatizare pe teren. Calculul și selectarea setărilor regulatorului. Echipamente tehnice de automatizare.

teză, adăugată 23/05/2015


Descrierea tehnologică a schemei structurale a proiectului de automatizare a procesării gazelor saturate de hidrocarburi. Studiul schemei funcționale de automatizare și justificarea alegerii instalațiilor de instrumentare pentru instalare. Model matematic al buclei de control.

1

Lucrarea are în vedere procesele de modelare a ventilației și dispersiei emisiilor sale în atmosferă. Modelarea se bazează pe rezolvarea sistemului de ecuații Navier-Stokes, legile conservării masei, impulsului, căldurii. Sunt luate în considerare diverse aspecte ale soluției numerice a acestor ecuații. Se propune un sistem de ecuații pentru a calcula valoarea coeficientului de turbulență de fond. Pentru aproximarea hipersonică, se propune o soluție, împreună cu ecuațiile dinamicii fluidelor prezentate în articol, ale ecuației stării unui gaz real și a vaporilor ideali. Această ecuație este o modificare a ecuației van der Waals și ia în considerare mai exact dimensiunea moleculelor de gaz sau vapori și interacțiunea lor. Pe baza condiției stabilității termodinamice, se obține o relație care permite excluderea rădăcinilor irealizabile fizic la rezolvarea ecuației cu privire la volum. Se efectuează analiza modelelor de calcul cunoscute și a pachetelor de calcul ale dinamicii fluidelor.

modelare

ventilare

turbulenţă

ecuații de transfer de căldură și masă

ecuația de stare

gaz real

disipare

1. Berlyand ME Probleme moderne de difuzie atmosferică și poluare atmosferică. - L.: Gidrometeoizdat, 1975. - 448 p.

2. Belyaev NN Modelarea procesului de dispersie a gazelor toxice în condiții de construcție // Buletinul DIIT. - 2009. - Nr. 26 - S. 83-85.

3. Byzova NL Studii experimentale de difuzie atmosferică și calcule ale împrăștierii impurității / NL Byzova, EK Garger, VN Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985 .-- 351 p.

4. Datsyuk TA Modelarea dispersiei emisiilor de ventilație. - SPb: SPBGASU, 2000 .-- 210 p.

5. Sauts AV Aplicarea algoritmilor de grafică cognitivă și a metodelor de analiză matematică pentru a studia proprietățile termodinamice ale izobutanului R660A pe linia de saturație: Grant nr. 2C / 10: raport de cercetare (final) / GOUVPO SPBGASU; mâini. Gorokhov V.L., isp.: Sauts A.V.- SPb, 2011.- 30 p.: Ill .- Bibliografie: p. 30.- Nr. GR 01201067977.-Inv. Nr. 02201158567.

Introducere

La proiectarea complexelor industriale și a instalațiilor unice, aspectele legate de asigurarea calității mediului aerian și a parametrilor standardizați ai microclimatului ar trebui să fie fundamentate în mod cuprinzător. Având în vedere costul ridicat de fabricație, instalare și funcționare a sistemelor de ventilație și aer condiționat, sunt impuse cerințe sporite privind calitatea calculelor tehnice. Pentru a selecta soluții de proiectare raționale în domeniul ventilației, este necesar să puteți analiza situația în ansamblu, adică pentru a dezvălui relația spațială a proceselor dinamice care au loc în incinta și în atmosferă. Evaluați eficiența ventilației, care depinde nu numai de cantitatea de aer furnizată camerei, ci și de schema de distribuție a aerului adoptată și de concentrația substanțelor nocive din aerul exterior la locațiile de admisie a aerului.

Scopul articolului- utilizarea dependențelor analitice, cu ajutorul cărora se efectuează calcule ale cantității de emisii nocive, pentru a determina dimensiunile canalelor, conductelor de aer, minelor și alegerea unei metode de tratare a aerului etc. În acest caz, este recomandabil să utilizați produsul software „Stream” cu modulul „VSV”. Pentru a pregăti datele inițiale, este necesar să aveți diagrame ale sistemelor de ventilație proiectate care să indice lungimile secțiunilor și debitele de aer la secțiunile finale. Datele de intrare pentru calcul sunt descrierea sistemelor de ventilație și cerințele pentru aceasta. Folosind modelarea matematică, sunt rezolvate următoarele probleme:

• selectarea celor mai bune opțiuni pentru furnizarea și evacuarea aerului;
• distribuirea parametrilor microclimatului după volumul spațiilor;
• evaluarea regimului aerodinamic al clădirii;
• selecția locurilor pentru admisia și evacuarea aerului.

Câmpurile de viteză, presiune, temperatură, concentrații în cameră și atmosferă se formează sub influența multor factori, a căror combinație este dificil de luat în considerare în metodele de calcul inginerie fără utilizarea unui computer.

Utilizarea modelării matematice în problemele de ventilație și aerodinamică se bazează pe soluția sistemului de ecuații Navier - Stokes.

Pentru a simula fluxurile turbulente, este necesar să se rezolve sistemul de ecuații de conservare a masei și Reynolds (conservarea impulsului):

(2)

Unde t- timpul, X= X i , j , k- coordonate spațiale, tu=tu i , j , k - componentele vectorului viteză, R- presiunea piezometrică, ρ - densitatea, τ ij- componentele tensorului de tensiune, s m- o sursă de masă, s i- componentele sursei de impuls.

Tensorul de solicitare este exprimat ca:

(3)

Unde s ij- tensorul vitezei de deformare; δ ij- tensorul tensiunilor suplimentare apărute datorită prezenței turbulențelor.

Pentru informații despre câmpurile de temperatură Tși concentrare cu substanțe nocive, sistemul este completat de următoarele ecuații:

ecuația de conservare a căldurii

ecuație de conservare a impurității pasive cu

(5)

Unde CR- coeficientul de capacitate termică, λ - coeficientul de conductivitate termică, k= k i , j , k este coeficientul de turbulență.

Coeficientul de turbulență de bază k bazele se determină folosind un sistem de ecuații:

(6)

Unde k f - coeficient de turbulență de fond, k f = 1-15 m 2 / s; ε = 0,1-04;

Coeficienții de turbulență sunt determinați utilizând ecuațiile:

(7)

Într-o zonă deschisă cu disipare redusă, valoarea k z este determinat de ecuația:

k k = k 0 z /z 0 ; (8)

Unde k 0 - valoare k k la inaltime z 0 (k 0 = 0,1 m 2 / s la z 0 = 2 m).

În zona deschisă, profilul vitezei vântului nu este deformat;

Cu o stratificare atmosferică necunoscută într-o zonă deschisă, profilul vitezei vântului poate fi determinat:

; (9)

unde z 0 este o înălțime dată (înălțimea unei palete); tu 0 - viteza vântului la altitudine z 0 ; B = 0,15.

Sub rezerva condiției (10), criteriul local Richardson Ri definit ca:

(11)

Să diferențiem ecuația (9), ecuați ecuațiile (7) și (8), de acolo exprimăm k baze

(12)

Să echivalăm ecuația (12) cu ecuațiile sistemului (6). Înlocuim (11) și (9) în egalitatea obținută, în forma finală obținem sistemul de ecuații:

(13)

Termenul pulsatoriu, urmând ideile lui Boussinesq, este reprezentat ca:

(14)

unde μ t- vâscozitatea turbulentă și termeni suplimentari în ecuațiile de transfer de energie și componentele impurității sunt modelate după cum urmează:

(15)

(16)

Sistemul de ecuații este închis folosind unul dintre modelele de turbulență descrise mai jos.

Pentru fluxurile turbulente studiate în practica ventilației, este recomandabil să se utilizeze fie ipoteza lui Boussinesq despre micimea modificărilor de densitate, fie așa-numita aproximare „hipersonică”. Se presupune că tensiunile Reynolds sunt proporționale cu ratele de tulpină mediate în timp. Se introduce coeficientul de vâscozitate turbulentă, acest concept este exprimat ca:

. (17)

Coeficientul efectiv de vâscozitate este calculat ca suma coeficienților moleculari și turbulenți:

(18)

Aproximarea „hipersonică” presupune soluția, împreună cu ecuațiile de mai sus, a ecuației stării unui gaz ideal:

ρ = p/(RT) (19)

Unde p - presiunea în mediu; R- constanta gazului.

Pentru calcule mai precise, densitatea impurității poate fi determinată folosind ecuația van der Waals modificată pentru gaze și vapori reali

(20)

unde constante Nși M- ia în considerare asocierea / disocierea moleculelor de gaz sau vapori; A- ia în considerare alte interacțiuni; b" - luând în considerare dimensiunea moleculelor de gaz; υ = 1 / ρ.

Separând de ecuația (12) presiunea Rși diferențându-l după volum (ținând cont de stabilitatea termodinamică), se va obține următoarea relație:

. (21)

Această abordare face posibilă reducerea semnificativă a timpului de calcul în comparație cu cazul utilizării ecuațiilor complete pentru un gaz compresibil fără a reduce precizia rezultatelor obținute. Nu există nicio soluție analitică la ecuațiile de mai sus. În acest sens, se utilizează metode numerice.

Pentru rezolvarea problemelor de ventilație asociate cu transferul substanțelor scalare de către un flux turbulent, la rezolvarea ecuațiilor diferențiale, se utilizează o schemă de divizare pentru procesele fizice. Conform principiilor divizării, integrarea diferenței finite a ecuațiilor hidrodinamicii și transferului convectiv-difuz al unei substanțe scalare la fiecare pas de timp Δ t se desfășoară în două etape. În prima etapă se calculează parametrii hidrodinamici. În a doua etapă, ecuațiile de difuzie sunt rezolvate pe baza câmpurilor hidrodinamice calculate.

Influența transferului de căldură asupra formării câmpului de viteză a aerului este luată în considerare folosind aproximarea Boussinesq: un termen suplimentar este introdus în ecuația de mișcare pentru componenta de viteză verticală, care ia în considerare forțele de flotabilitate.

Există patru abordări pentru rezolvarea problemelor de mișcare fluidă turbulentă:

• modelare directă „DNS” (soluție de ecuații non-staționare Navier-Stokes);
• soluția ecuațiilor Reynolds medii „RANS”, al căror sistem, totuși, nu este închis și are nevoie de relații de închidere suplimentare;
• metoda turbionara mare «LES » , care se bazează pe soluția ecuațiilor non-staționare Navier - Stokes cu parametrizarea vârtejurilor scării subgrilei;
• metoda "DES" , care este o combinație de două metode: în zona fluxurilor separate - „LES”, și în zona fluxului „lin” - „RANS”.

Cea mai atractivă din punct de vedere al acurateței rezultatelor obținute este, fără îndoială, metoda simulării numerice directe. Cu toate acestea, în prezent, capacitățile tehnologiei computerului nu permit încă rezolvarea problemelor cu geometrie și numere reale. Re, și cu rezoluția vortexurilor de toate dimensiunile. Prin urmare, atunci când rezolvați o gamă largă de probleme de inginerie, sunt utilizate soluții numerice ale ecuațiilor Reynolds.

În prezent, pachetele certificate precum „STAR-CD”, „FLUENT” sau „ANSYS / FLOTRAN” sunt utilizate cu succes pentru a simula sarcinile de ventilație. Cu o problemă formulată corect și un algoritm de soluție rațională, cantitatea de informații obținute permite în etapa de proiectare să aleagă opțiunea optimă, dar efectuarea calculelor folosind aceste programe necesită o pregătire adecvată, iar utilizarea incorectă a acestora poate duce la rezultate eronate.

Ca „caz de bază”, se pot lua în considerare rezultatele metodelor de calcul a soldului general acceptate, care fac posibilă compararea valorilor integrale caracteristice problemei luate în considerare.

Unul dintre punctele importante atunci când se utilizează sisteme software universale pentru rezolvarea problemelor de ventilație este alegerea unui model de turbulență. Până acum, sunt cunoscute un număr mare de modele de turbulență diferite, care sunt utilizate pentru a închide ecuațiile Reynolds. Modelele de turbulență sunt clasificate în funcție de numărul de parametri pentru caracteristicile turbulenței, respectiv, un parametru, doi și trei parametri.

Majoritatea modelelor semi-empirice de turbulență, într-un fel sau altul, utilizează „ipoteza localității mecanismului de transfer turbulent”, conform căruia mecanismul transferului de impuls turbulent este complet determinat prin specificarea derivatelor locale ale vitezei medii și ale proprietăților fizice. a fluidului. Această ipoteză nu ia în considerare influența proceselor care au loc departe de punctul luat în considerare.

Cele mai simple sunt modelele cu un singur parametru care utilizează conceptul de vâscozitate turbulentă «n t», Și turbulența se presupune că este izotropă. O versiune modificată a „n t-92 "este recomandat pentru modelarea jetului și a debitelor separate. Modelul cu un singur parametru "S-A" (Spalart - Almaras), care conține ecuația de transfer pentru cantitate, oferă, de asemenea, un acord bun cu rezultatele experimentale.

Lipsa modelelor cu o singură ecuație de transport este asociată cu faptul că le lipsește informații despre distribuția scalei de turbulență L... După sumă L procesele de transfer, metodele de formare a turbulenței, disiparea energiei turbulente sunt influențate. Dependență universală de determinat L nu exista. Ecuația pentru scara turbulenței L adesea se dovedește a fi exact ecuația care determină acuratețea modelului și, în consecință, zona de aplicabilitate a acestuia. Practic, scopul acestor modele este limitat la fluxuri de forfecare relativ simple.

În modelele cu doi parametri, cu excepția scalei de turbulență L, rata de disipare a energiei turbulente este utilizată ca al doilea parametru . Astfel de modele sunt utilizate cel mai adesea în practica de calcul modernă și conțin ecuațiile turbulenței transferului de energie și disipării energiei.

Un model bine-cunoscut include ecuații pentru transferul energiei de turbulență k iar rata de disipare a energiei turbulente ε. Modele precum „ k- e " poate fi utilizat atât pentru curgeri aproape de perete, cât și pentru fluxuri separate mai complexe.

Modelele cu doi parametri sunt utilizate în versiunea Reynolds redusă și înaltă. În primul, mecanismul de interacțiune al transportului molecular și turbulent lângă o suprafață solidă este luat în considerare direct. În versiunea high-Reynolds, mecanismul de transfer turbulent lângă o graniță solidă este descris de funcții speciale de lângă perete care leagă parametrii de curgere de distanța de perete.

În prezent, cele mai promițătoare modele includ modelele SSG și Gibson-Launder, care utilizează o relație neliniară între tensorul turbulent de tensiune Reynolds și tensorul ratei de deformare medii. Acestea au fost concepute pentru a îmbunătăți prognoza curenților de separare. Deoarece toate componentele tensorului sunt calculate în ele, ele necesită resurse computerizate mari în comparație cu modelele cu doi parametri.

Pentru fluxurile separate complexe, unele avantaje au fost dezvăluite prin utilizarea modelelor cu un singur parametru „n t-92 "," S-A "în acuratețea prezicerii parametrilor de debit și în rata de numărare în comparație cu modelele cu doi parametri.

De exemplu, programul „STAR-CD” prevede utilizarea unor modele precum „ k- e ”, Spalart - Almaras,„ SSG ”,„ Gibson-Launder ”, precum și metoda cu vortex mare„ LES ”și metoda„ DES ”. Ultimele două metode sunt mai potrivite pentru calcularea mișcării aerului în condiții geometrice complexe, unde vor apărea numeroase regiuni de vortex separate, dar necesită resurse de calcul mari.

Rezultatele calculului depind în mod semnificativ de alegerea grilei de calcul. În prezent, se utilizează programe speciale de rețea. Celulele mesh pot fi de diferite forme și dimensiuni pentru a se potrivi cel mai bine aplicației dvs. specifice. Cel mai simplu tip de grilă este atunci când celulele sunt aceleași și au o formă cubică sau dreptunghiulară. Programele universale de calcul utilizate în prezent în practica de inginerie permit lucrul la rețele arbitrare nestructurate.

Pentru a efectua calcule pentru simularea numerică a problemelor de ventilație, este necesar să se stabilească limitele și condițiile inițiale, adică valorile variabilelor dependente sau gradienții lor normali la limitele domeniului de calcul.

Specificații cu un grad suficient de acuratețe a trăsăturilor geometrice ale obiectului studiat. În aceste scopuri, este posibil să se recomande pentru construirea de modele tridimensionale, precum pachete precum "SolidWorks", "Pro / Engeneer", "NX Nastran". La construirea unei rețele de calcul, numărul de celule este selectat astfel încât să se obțină o soluție fiabilă cu un timp minim de calcul. Ar trebui ales unul dintre modelele de turbulență semi-empirică, care este cel mai eficient pentru fluxul considerat.

V concluzie adăugăm că este necesară o bună înțelegere a laturii calitative a proceselor aflate în desfășurare pentru a formula corect condițiile la limită ale problemei și a evalua fiabilitatea rezultatelor. Modelarea emisiilor de ventilație în etapa de proiectare a instalațiilor poate fi considerată drept unul dintre aspectele modelării informațiilor care vizează asigurarea siguranței mediului înconjurătoare a instalației.

Recenzori:

• Volikov Anatoly Nikolaevich, doctor în științe tehnice, profesor la Departamentul de aprovizionare cu căldură și gaze și protecția bazinului aerian, FGBOU VPOI "SPBGASU", Sankt Petersburg.
• Polushkin Vitaly Ivanovich, doctor în științe tehnice, profesor, profesor la Departamentul de încălzire, ventilație și aer condiționat, FGBOU VPO „SPbGASU”, Sankt Petersburg.

Referință bibliografică

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELAREA PROCESELOR DE VENTILARE // Probleme moderne de știință și educație. - 2012. - Nr. 5;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (data accesării: 17/10/2019). Vă aducem în atenție revistele publicate de „Academia de Științe ale Naturii”

Trimite-ți munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Folosiți formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Documente similare

Fundamentele funcționării sistemului automat de control pentru alimentarea și ventilarea evacuării, construcția și descrierea matematică a acestuia. Echipamente de proces tehnologic. Selectarea și calculul regulatorului. Studiul stabilității ATS, indicatori ai calității sale.

hârtie la termen, adăugată 16.02.2011


Caracteristici generale și scop, domenii de aplicare practică a sistemului automat de control pentru alimentarea și ventilarea evacuării. Automatizarea procesului de reglementare, principiile și etapele sale de implementare. Alegerea fondurilor și justificarea lor economică.

teză, adăugată 04/10/2011


Analiza schemelor tipice existente de automatizare a ventilației în magazinele de producție. Model matematic al procesului de ventilație a spațiilor industriale, selectarea și descrierea echipamentelor de automatizare și a elementelor de control. Calculul costului unui proiect de automatizare.

teză, adăugată 06/11/2012


Analiza comparativă a caracteristicilor tehnice ale structurilor tipice ale turnurilor de răcire. Elemente ale sistemelor de alimentare cu apă și clasificarea acestora. Model matematic al procesului de alimentare cu apă circulant, selectarea și descrierea echipamentelor de automatizare și a elementelor de control.

teză, adăugată 09.04.2013


Caracteristicile generale ale conductei de petrol. Caracteristicile climatice și geologice ale sitului. Structura generală a stației de pompare. Stații de pompare a portbagajului și ferma de tancuri PS-3 "Almetyevsk". Calculul sursei de alimentare și a sistemului de ventilație a gazelor de pompare.

teză, adăugată 17.04.2013


Analiza dezvoltării unui proiect de proiectare pentru un baston decorativ. Heraldica ca disciplină specială care se ocupă cu studiul stemelor. Metode de realizare a sculelor pentru modele asemănătoare ceară. Etape de calcul al alimentării și al ventilației de evacuare pentru compartimentul de topire.

teză, adăugată 26.01.2013


Descrierea instalației ca obiect de automatizare, opțiuni pentru îmbunătățirea procesului tehnologic. Calculul și selecția elementelor unui complex de mijloace tehnice. Calculul sistemului de control automat. Dezvoltarea de aplicații software.

teză, adăugată 24.11.2014

Glebov R.S., student postuniversitar Tumanov M.P., candidat la științe tehnice, profesor asociat

Antyushin S.S., student postuniversitar (Institutul de Stat de Electronică și Matematică din Moscova (Universitatea Tehnică)

ASPECTE PRACTICE DE IDENTIFICARE A MODELULUI MATEMATIC

UNITATE DE VENTILARE

Datorită apariției noilor cerințe pentru sistemele de ventilație, metodele experimentale de reglare a buclelor de control închise nu pot rezolva pe deplin problemele de automatizare a procesului tehnologic. Metodele de reglare experimentală au criterii inerente de optimizare (criterii de control al calității), ceea ce limitează domeniul de aplicare al acestora. Sinteza parametrică a unui sistem de control care ia în considerare toate cerințele sarcinii tehnice necesită un model matematic al obiectului. Articolul analizează structurile modelelor matematice ale unității de ventilație, ia în considerare metoda de identificare a unității de ventilație, evaluează posibilitatea utilizării modelelor obținute pentru aplicare practică.

Cuvinte cheie: identificare, model matematic, unitate de ventilație, studiu experimental al modelului matematic, criterii de calitate pentru modelul matematic.

ASPECTE PRACTICE DE IDENTIFICARE A MODELULUI MATEMATIC

DE INSTALARE VENTILANȚĂ

În legătură cu apariția unor noi cerințe de ventilație a sistemelor, metodele experimentale de reglare a contururilor închise de management nu pot rezolva la maximum o problemă de automatizare a procesului tehnologic. Metodele experimentale de ajustare au criteriile de optimizare (criteriul de calitate) de management) care limitează aria aplicației lor. Sinteza parametrică a sistemului de control, proiectul tehnic luând în considerare toate cerințele, solicită modelul matematic al obiectului. În articolul care urmează să fie rezultat analiza structurilor modelelor matematice ale instalației de ventilare, metoda de identificare a instalației de ventilare este luată în considerare, se estimează posibilitatea aplicării modelelor primite pentru aplicare în practică.

Cuvinte cheie: identificare, model matematic, instalație de ventilare, cercetare experimentală a modelului matematic, criterii de calitate a modelului matematic.

Introducere

Controlul sistemelor de ventilație este una dintre sarcinile principale ale automatizării sistemelor de inginerie a clădirilor. Cerințele pentru sistemele de control ale unităților de ventilație sunt formulate sub forma unor criterii de calitate în domeniul timpului.

Principalele criterii de calitate:

1. Timp tranzitoriu (tnn) - timpul pentru ca unitatea de tratare a aerului să ajungă la modul de funcționare.

2. Eroare de echilibru (eust) - abaterea maximă admisibilă a temperaturii aerului de alimentare de la cea setată.

Criterii indirecte de calitate:

3. Depășire (Ah) - depășirea puterii la controlul unității de tratare a aerului.

4. Gradul de oscilație (y) - uzura excesivă a echipamentelor de ventilație.

5. Gradul de atenuare (y) - caracterizează calitatea și viteza stabilirii regimului de temperatură necesar.

Sarcina principală a automatizării sistemului de ventilație este sinteza parametrică a controlerului. Sinteza parametrică constă în determinarea coeficienților regulatorului pentru a asigura criteriile de calitate pentru sistemul de ventilație.

Pentru sinteza regulatorului unității de ventilație, se aleg metode de inginerie convenabile pentru aplicare în practică, care nu necesită studiul modelului matematic al obiectului: metoda lui Ncho18-21gier (W), metoda Chien -Hrope8-Re8, wsk (SNK). Cerințele ridicate pentru indicatori de calitate sunt impuse sistemelor moderne de automatizare a ventilației, condițiile limită admisibile pentru indicatori sunt restrânse și apar probleme de control cu ​​mai multe criterii. Metodele tehnice de reglare a regulatorului nu permit modificarea criteriilor de calitate ale controlului stabilite în acestea. De exemplu, atunci când se utilizează metoda N2 pentru a regla regulatorul, criteriul de calitate este o scădere de amortizare egală cu patru, iar atunci când se utilizează metoda SAE, criteriul de calitate este rata maximă de rotire în absența depășirii. Utilizarea acestor metode în rezolvarea problemelor de control multicriterial necesită ajustarea manuală suplimentară a coeficienților. Timpul și calitatea reglării buclelor de control, în acest caz, depind de experiența inginerului de service.

Utilizarea instrumentelor moderne de modelare matematică pentru sintetizarea unui sistem de control pentru o unitate de ventilație îmbunătățește semnificativ calitatea proceselor de control, reduce timpul de configurare a sistemului și permite, de asemenea, sintetizarea mijloacelor algoritmice pentru detectarea și prevenirea accidentelor. Pentru a simula sistemul de control, este necesar să se creeze un model matematic adecvat al unității de ventilație (obiect de control).

Utilizarea practică a modelelor matematice fără evaluarea adecvării ridică o serie de probleme:

1. Setările regulatorului obținute în cursul modelării matematice nu garantează conformitatea indicatorilor de calitate în practică.

2. Aplicarea în practică a regulatoarelor cu un model matematic încorporat (control forțat, extrapolator Smith etc.) poate provoca deteriorarea indicatorilor de calitate. Dacă constanta de timp nu se potrivește sau câștigul este prea mic, timpul pentru ca unitatea de tratare a aerului să ajungă la modul de funcționare crește, atunci când câștigul este supraestimat, apare uzura excesivă a echipamentelor de ventilație etc.

3. Aplicarea practică a controlerelor adaptive cu o estimare conform modelului de referință va provoca, de asemenea, deteriorarea indicatorilor de calitate, similar cu exemplul de mai sus.

4. Setările regulatorului obținute prin metodele de control optim nu garantează conformitatea indicatorilor de calitate în practică.

Scopul acestui studiu este de a determina structura modelului matematic al unității de ventilație (de-a lungul buclei de control al temperaturii) și de a evalua adecvarea acesteia la procesele fizice reale de încălzire a aerului în sistemele de ventilație.

Experiența proiectării sistemelor de control arată că este imposibil să se obțină un model matematic adecvat unui sistem real numai pe baza studiilor teoretice ale proceselor fizice ale sistemului. Prin urmare, în procesul de sintetizare a modelului unității de ventilație, simultan cu studiile teoretice, s-au efectuat experimente pentru a determina și rafina modelul matematic al sistemului - identificarea acestuia.

Procesul tehnologic al sistemului de ventilație, organizarea experimentului

și identificarea structurală

Obiectul de control al sistemului de ventilație este aparatul de aer condiționat central, în care fluxul de aer este procesat și alimentat în incintele ventilate. Sarcina sistemului local de control al ventilației este menținerea automată a temperaturii aerului de alimentare din conductă. Valoarea curentă a temperaturii aerului este evaluată de un senzor instalat în conducta de alimentare sau în camera echipată. Temperatura aerului de alimentare este controlată de un încălzitor electric sau de apă. Când utilizați un încălzitor de apă, actuatorul este o supapă cu trei căi, atunci când utilizați un încălzitor electric - un lățime a impulsului sau un regulator de putere al tiristorului.

Algoritmul standard de control pentru temperatura aerului de alimentare este un sistem de control automat cu buclă închisă (ACS), cu un controler PID ca dispozitiv de control. Structura sistemului automat de control al temperaturii aerului de alimentare prin ventilație este prezentată (Fig. 1).

Orez. 1. Schema bloc a sistemului automat de control al unității de ventilație (canalul de control al temperaturii aerului de alimentare). Wreg - PF al regulatorului, Zhio - PF al organului executiv, Wcal - PF al încălzitorului, Wvv - funcția de transfer a canalului. u1 - valoarea de referință a temperaturii, XI - temperatura în conductă, XI - citirea senzorilor, E1 - eroarea de control, U1 - acțiunea de control a regulatorului, U2 - procesarea semnalului regulatorului de către servomotor, U3 - căldura transferată de încălzitor la conductă.

Sinteza unui model matematic al sistemului de ventilație presupune că structura fiecărei funcții de transfer incluse în compoziția sa este cunoscută. Utilizarea unui model matematic care conține funcțiile de transfer ale elementelor individuale ale sistemului este o sarcină dificilă și nu garantează în practică suprapunerea elementelor individuale cu sistemul original. Pentru a identifica modelul matematic, este convenabil să împărțiți structura sistemului de control al ventilației în două părți: a priori cunoscut (controler) și necunoscut (obiect). Funcția de transfer a obiectului ^ despre) include: funcția de transfer a corpului executiv ^ uo), funcția de transfer a încălzitorului ^ cal), funcția de transfer a conductei de aer ^ vv), funcția de transfer a senzorului ^ datele). Sarcina de identificare a unității de ventilație la controlul temperaturii debitului de aer este redusă la determinarea relației funcționale dintre semnalul de comandă la actuatorul încălzitorului U1 și temperatura debitului de aer XI.

Pentru a determina structura modelului matematic al unității de ventilație, este necesar să se efectueze un experiment de identificare. Obținerea caracteristicilor dorite este posibilă printr-un experiment pasiv și activ. Metoda experimentului pasiv se bazează pe înregistrarea parametrilor controlați ai procesului în funcționarea normală a obiectului fără a introduce perturbări deliberate în acesta. În timpul fazei de instalare, sistemul de ventilație nu funcționează normal, deci metoda experimentului pasiv nu este adecvată scopurilor noastre. Metoda experimentului activ se bazează pe utilizarea anumitor tulburări artificiale introduse în obiect conform unui program pre-planificat.

Există trei metode fundamentale de identificare activă a obiectului: metoda caracteristicilor tranzitorii (reacția obiectului la „pas”), metoda de a deranja obiectul cu semnale de formă periodică (reacția obiectului la perturbări armonice cu frecvențe diferite) și metoda reacției obiectului la pulsul delta. Datorită inerției ridicate a sistemelor de ventilație (TOB este de la zeci de secunde la câteva minute), identificarea prin semnale de peri

Pentru o lectură suplimentară a articolului, trebuie să achiziționați textul integral. Articolele sunt trimise în format PDF la e-mailul indicat la plata. Termenul de livrare este mai puțin de 10 minute... Costul unui articol - 150 de ruble.

Lucrări științifice similare pe tema „Probleme generale și complexe ale științelor naturale și exacte”

• CONTROL ADAPTIV AL UNITĂȚII DE AER CU DEBIT DINAMIC DE ALIMENTARE

  R.S. GLEBOVM. P. TUMANOV - 2012

• Problema gestionării și modelării situațiilor de urgență în minele de petrol

  M. Yu. Liskova, I. S. Naumov - 2013

• PRIVIND APLICAREA TEORIEI CONTROLULUI PARAMETRIC PENTRU MODELE COMPUTABILE DE ECHILIBRI GENERAL

  ADILOV ZHEKSENBEK MAKEEVICH, ASHIMOV ABDYKAPPAR ASHIMOVICH, ASHIMOV ASKAR ABDYKAPPAROVICH, BOROVSKY NIKOLAY YURIEVICH, BOROVSKY YURI VYACHESLAVOVICH, SULTANOV BAKHY

• MODELAREA UNUI ACOPERITOR BIOCLIMATIC FOLOSIND VENTILAȚIA NATURALĂ

  OUEDRAOGO A., OUEDRAOGO I., PALM K., ZEGHMATI B. - 2008