Matematický model prívodnej a výfukovej ventilácie. Vývoj automatického riadiaceho systému pre prívod a odvod vzduchu. Napájanie a odsávanie odstredivých ventilátorov

Vážení členovia atestačnej komisie, uvádzam do vašej pozornosti promócie kvalifikačná práca, ktorého účelom je vyvinúť systém automatické ovládanie prívodné a výfukové vetranie výrobné dielne.

Je známe, že automatizácia je jedným z najdôležitejších faktorov rastu produktivity práce v priemyselnej výrobe, rastu kvality výrobkov a služieb. Neustále rozširovanie oblasti automatizácie je v tejto fáze jednou z hlavných čŕt priemyslu. Rozvíjajúci sa absolventský projekt je jednou z myšlienok zdedenia rozvíjajúceho sa konceptu výstavby „inteligentných“ budov, to znamená predmetov, v ktorých sú technické podmienky ovládané podmienkami ľudského života.

Hlavnými úlohami riešenými pri návrhu sú modernizácia existujúceho systému vetrania vzduchu v mieste implementácie - výrobných dielňach VOMZ OJSC - na zaistenie jeho účinnosti (úspora spotreby energie a tepelných zdrojov, zníženie nákladov na údržbu systému, zníženie prestojov), udržiavanie príjemnej mikroklímy a čistoty vzduchu v pracovných priestoroch, prevádzkyschopnosti a stability, spoľahlivosti systému v núdzových / kritických režimoch.

Problém posudzovaný v diplomovom projekte je spôsobený morálnym a technickým zastaraním (opotrebovaním) existujúceho kontrolného systému PVA. Distribuovaný princíp použitý pri konštrukcii IOP vylučuje možnosť centralizovaného riadenia (spustenie a monitorovanie stavu). Absencia jasného algoritmu na spustenie / zastavenie systému tiež spôsobuje, že systém je nespoľahlivý kvôli ľudským chybám a absencia núdzových režimov prevádzky spôsobuje, že je nestabilný vo vzťahu k riešeným úlohám.

Relevantnosť problému vytvárania diplomov je daná celkový rast chorobnosť dýchacích ciest a prechladnutie pracovníkov, celkový pokles produktivity práce a kvality výrobkov v tejto oblasti. Vývoj nového ACS PVV priamo súvisí s politikou kvality závodu (ISO 9000), ako aj s programami na modernizáciu zariadenia závodu a automatizáciu systémov podpory života závodu.

Centrálnym riadiacim prvkom systému je automatizačná skriňa s mikrokontrolérom a zariadením vybraná podľa výsledkov marketingového výskumu (plagát 1). Existuje veľa ponúk na trhu, ale vybrané zariadenie je prinajmenšom rovnako dobré ako jeho náprotivky. Dôležitým kritériom boli náklady, spotreba energie a ochranný výkon zariadenia.

Funkčný diagram automatizácie IWS je znázornený na výkrese 1. Ako hlavný pri návrhu ACS bol zvolený centralizovaný prístup, ktorý umožňuje v prípade potreby uviesť systém do implementácie podľa zmiešaného prístupu, čo znamená možnosť dispečingu a prepojenia s inými priemyselnými sieťami. Centralizovaný prístup je vysoko škálovateľný a dostatočne flexibilný - všetky tieto vlastnosti kvality určuje zvolený mikrokontrolér - WAGO I / O System, ako aj implementácia riadiaceho programu.

Počas návrhu boli vybrané automatizačné prvky - akčné členy, senzory, kritériom výberu bola funkčnosť, stabilita prevádzky v kritických režimoch, rozsah merania / riadenia parametra, inštalačné funkcie, forma výstupného signálu, prevádzkové režimy. Hlavný matematické modely a simulovali činnosť systému regulácie teploty vzduchu s ovládaním polohy klapky trojcestného ventilu. Simulácia bola vykonaná v prostredí VisSim.

Na reguláciu bol zvolený spôsob „vyváženia parametra“ v oblasti kontrolovaných hodnôt. Je zvolený zákon proporcionálneho riadenia, pretože neexistujú žiadne vysoké požiadavky na presnosť a rýchlosť systému a rozsahy vstupných / výstupných hodnôt sú malé. Funkcie regulátora vykonáva jeden z portov regulátora v súlade s riadiacim programom. Výsledky simulácie tohto bloku sú uvedené na plagáte 2.

Algoritmus systému je znázornený na výkrese 2. Riadiaci program implementujúci tento algoritmus pozostáva z funkčných blokov, bloku konštánt, používajú sa štandardné a špecializované funkcie. Flexibilita a škálovateľnosť systému je zabezpečená programovo (pomocou FB, konštánt, štítkov a prechodov, kompaktnosti programu v pamäti radiča) aj technicky (ekonomické využitie I / O portov, redundantné porty).

Softvér zabezpečuje činnosti systému v núdzových režimoch (prehriatie, porucha ventilátora, podchladenie, upchatie filtra, požiar). Algoritmus činnosti systému v režime požiarnej ochrany je znázornený na obrázku 3. Tento algoritmus zohľadňuje požiadavky noriem na čas evakuácie a činnosti protipožiarneho systému v prípade požiaru. Aplikácia tohto algoritmu je vo všeobecnosti účinná a osvedčená testami. Riešená bola aj úloha modernizácie odsávacích digestorov z hľadiska požiarnej bezpečnosti. Nájdené riešenia boli skontrolované a prijaté ako odporúčania.

Spoľahlivosť navrhnutého systému závisí úplne od spoľahlivosti softvér a z ovládača ako celku. Vyvinutý riadiaci program bol podrobený procesu ladenia, ručnému, štrukturálnemu a funkčnému testovaniu. Aby bola zaistená spoľahlivosť a súlad so záručnými podmienkami pre automatizačné zariadenia, boli vybrané iba odporúčané a certifikované jednotky. Záruka výrobcu na vybranú automatizačnú skrinku je pri dodržaní záručných povinností 5 rokov.

Tiež bola vyvinutá zovšeobecnená štruktúra systému, bol vytvorený hodinový cyklogram činnosti systému, bola vytvorená tabuľka pripojení a označenia káblov, schéma inštalácie ACS.

Ekonomické ukazovatele projektu, vypočítané mnou v organizačnej a ekonomickej časti, sú uvedené na plagáte č. 3. Ten istý plagát ukazuje pásový graf postupu návrhu. Na posúdenie kvality kontrolného programu boli použité kritériá podľa GOST RISO / IEC 926-93. Posúdenie ekonomickej efektívnosti vývoja bolo vykonané pomocou SWOT analýzy. Plánovaný systém má očividne nízke náklady (štruktúra nákladov - plagát 3) a pomerne rýchlu dobu návratnosti (pri výpočte s použitím minimálnych úspor). Môžeme teda vyvodiť záver o vysokej ekonomickej efektívnosti vývoja.

Okrem toho boli vyriešené otázky ochrany práce, elektrickej bezpečnosti a ekologickosti systému. Voľba vodivých káblov a vzduchových kanálových filtrov bola podložená.

Teda v dôsledku popravy diplomová práca bol vyvinutý modernizačný projekt, ktorý je optimálny vo vzťahu k všetkým stanoveným požiadavkám. Tento projekt sa odporúča realizovať v súlade s podmienkami modernizácie zariadenia závodu.

Ak bude účinnosť a kvalita projektu potvrdená počas skúšobného obdobia, plánuje sa implementácia úrovne odoslania pomocou miestnej siete podniku a modernizácia vetrania zvyšku. priemyselné priestory s cieľom spojiť ich do jednej priemyselnej siete. V súlade s tým tieto fázy zahrnujú vývoj dispečerského softvéru, zaznamenávanie stavu systému, chyby, alarmy (DB), organizáciu automatizovanej pracovnej stanice alebo riadiacej stanice (KPU). dizajnové riešenia na riešenie problémov riadenia vzduchovo-tepelných clon dielní. Je tiež možné vypracovať slabé stránky existujúceho systému, ako napríklad modernizácia jednotiek na úpravu, ako aj zdokonalenie ventilov nasávania vzduchu pomocou mechanizmu proti zamrznutiu.

anotácia

Diplomový projekt obsahuje úvod, 8 kapitol, záver, zoznam použitých zdrojov, prílohy a predstavuje 141 strán písaného textu s ilustráciami.

Prvá časť poskytuje prehľad a analýzu potreby navrhnúť automatický riadiaci systém pre prívodné a výfukové vetranie (ACS PVV) výrobných prevádzok, marketingovú štúdiu automatizačných skríň. Uvažované typické schémy ventilácia a alternatívne prístupy k riešeniu problémov návrhu promócie.

Druhá časť poskytuje popis existujúceho systému PVV v mieste implementácie - OJSC „VOMZ“, as technologický postup... Vytvára sa zovšeobecnený blokový diagram automatizácie pre technologický proces prípravy vzduchu.

V tretej časti je formulovaný rozšírený technický návrh na riešenie problémov návrhu diplomu.

Štvrtá časť je venovaná vývoju ACS PVV. Vyberú sa prvky automatizácie a riadenia, predstavia sa ich technické a matematické popisy. Je popísaný algoritmus regulácie teploty. prívodný vzduch... Bol vytvorený model a modelovanie operácie ACS PVV sa vykonalo na udržanie teploty vzduchu v miestnosti. Elektrické vedenie vybrané a odôvodnené. Hodinový cyklogram systému je zostrojený.

Piata časť obsahuje technické údaje programovateľný logický automat (PLC) WAGO I / O System. Tabuľky prepojení senzorov a akčných členov s portami PLC, vr. a virtuálne.

Šiesta časť je venovaná vývoju algoritmov pre fungovanie a zápis riadiaceho programu PLC. Voľba programovacieho prostredia bola podložená. Prezentované sú blokové algoritmy na spracovanie núdzových situácií systémom, blokové algoritmy funkčných blokov riešiace problémy so štartovaním, riadením a reguláciou. Táto časť obsahuje výsledky testovania a ladenia riadiaceho programu PLC.

Siedma časť pojednáva o bezpečnosti a udržateľnosti projektu. Vykonáva sa analýza nebezpečných a škodlivých faktorov počas prevádzky ACS PVV, uvádzajú sa riešenia týkajúce sa ochrany práce a zabezpečenia ekologickej priaznivosti projektu. Vyvíja sa ochrana systému pred núdzovými situáciami, vč. posilnenie systému z hľadiska protipožiarnej ochrany a zaistenie stability prevádzky, keď núdzové situácie... Rozvinutý základný funkčný diagram automatizácia so špecifikáciou.

Ôsma časť je venovaná organizačnému a ekonomickému zdôvodneniu vývoja. Výpočet nákladovej ceny, účinnosti a doby návratnosti vývoja projektu, vrátane s prihliadnutím na fázu implementácie. Odrážajú sa fázy vývoja projektu, odhaduje sa náročnosť práce. Je predložené hodnotenie ekonomickej efektívnosti projektu pomocou SWOT analýzy vývoja.

V závere sú uvedené závery k diplomovému projektu.

Úvod

Automatizácia je jedným z najdôležitejších faktorov rastu produktivity práce v priemyselnej výrobe. Nepretržitou podmienkou zrýchlenia tempa rastu automatizácie je vývoj technických prostriedkov automatizácie. Medzi technické prostriedky automatizácie patria všetky zariadenia zahrnuté v riadiacom systéme a určené na príjem informácií, ich prenos, ukladanie a transformáciu, ako aj na implementáciu kontrolných a regulačných opatrení na objekte technologickej kontroly.

Vývoj technologických prostriedkov automatizácie je komplexný proces, ktorý je založený na záujmoch automatizovanej výroby spotrebiteľov na jednej strane a ekonomických schopnostiach výrobných podnikov na strane druhej. Primárnym stimulom rozvoja je zvýšiť efektívnosť výroby - spotrebiteľov zavedením Nová technológia môže byť uskutočniteľné iba vtedy, ak sa náklady rýchlo vrátia. Kritériom pre všetky rozhodnutia o vývoji a implementácii nových fondov by preto mal byť celkový ekonomický účinok, pričom sa zohľadnia všetky náklady na vývoj, výrobu a implementáciu. Preto by sa pri vývoji mala brať do úvahy predovšetkým výroba technických prostriedkov, ktoré poskytujú maximálny celkový účinok.

Neustále rozširovanie oblasti automatizácie je v tejto fáze jednou z hlavných čŕt priemyslu.

Osobitná pozornosť sa venuje problémom priemyselnej ekológie a bezpečnosti práce. Pri navrhovaní moderná technológia, zariadení a štruktúr, je potrebné vedecky pristupovať k rozvoju bezpečnosti a neškodnosti práce.

V súčasnej fáze vývoja Národné hospodárstvo krajina jednou z hlavných úloh je zvýšiť efektivitu sociálnej výroby na základe vedecko -technického postupu a úplnejšie využitie všetkých rezerv. Táto úloha je neoddeliteľne spojená s problémom optimalizácie konštrukčných riešení, ktorých účelom je vytvoriť nevyhnutné predpoklady pre zvýšenie efektívnosti kapitálových investícií, zníženie ich návratnosti a zabezpečenie najväčšieho nárastu produkcie za každý vynaložený rubeľ. Zvyšovanie produktivity práce, výrobu kvalitných výrobkov, zlepšovanie pracovných a oddychových podmienok pre pracovníkov zabezpečujú systémy vetrania vzduchu, ktoré v priestoroch vytvárajú potrebnú mikroklímu a kvalitu ovzdušia.

Cieľom diplomového projektu je vývoj automatického systému riadenia prívodu a odsávania (ACS PVV) výrobných prevádzok.

Problém posudzovaný v diplomovom projekte je spôsobený poškodením automatizačného systému PVV existujúceho v OJSC „Optické a mechanické závody Vologda“. Systém je navyše navrhnutý distribuovaným spôsobom, čo eliminuje možnosť centralizovaného riadenia a monitorovania. Ako predmet realizácie bol vybraný úsek vstrekovania (kategória B pre požiarnu bezpečnosť), ako aj priľahlé priestory - úsek CNC strojov, plánovacia a expedičná kancelária, sklady.

Ciele diplomového projektu sú formulované ako výsledok štúdie súčasného stavu ACS PVV a na základe analytického hodnotenia sú uvedené v časti 3 „Technický návrh“.

Použitie riadeného vetrania otvára nové možnosti riešenia vyššie uvedených problémov. Vyvinutý automatický riadiaci systém by mal byť optimálny z hľadiska vykonávania uvedených funkcií.

Ako je uvedené vyššie, relevantnosť vývoja je spôsobená zastaranosťou existujúceho ACS PVV, zvýšením počtu renovačné práce na vetracích „trasách“ a všeobecný nárast výskytu dýchacích ciest a nachladnutia u pracovníkov, tendencia zhoršovania zdravia pri dlhej práci a v dôsledku toho všeobecný pokles produktivity práce a kvality výrobkov. Je dôležité poznamenať, že existujúci ACS PVV nie je spojený s požiarnou automatikou, čo je pre tento druh výroby neprijateľné. Vývoj nového ACS PVV priamo súvisí s politikou kvality závodu (ISO 9000), ako aj s programami na modernizáciu zariadenia závodu a automatizáciu systémov podpory života závodu.

Diplomový projekt využíva internetové zdroje (fóra, elektronické knižnice, články a publikácie, elektronické portály), ako aj technickú literatúru požadovanej predmetnej oblasti a texty noriem (GOST, SNIP, SanPiN). Vývoj ACS PVV sa vykonáva aj s prihliadnutím na návrhy a odporúčania špecialistov na základe existujúcich inštalačných plánov, káblových trás, systémov vzduchovodov.

Je potrebné poznamenať, že problém, ktorého sa diplomový projekt týka, sa vyskytuje takmer vo všetkých starých továrňach vojensko-priemyselného komplexu, pričom vybavenie dielní je jednou z najdôležitejších úloh z hľadiska zabezpečenia kvality výrobkov pre koncový užívateľ. Dizajn diplomu bude teda odrážať nazhromaždené skúsenosti s riešením podobných problémov v podnikoch s podobným typom výroby.

1. Analytický prehľad

1.1 Všeobecná analýza potreba navrhnúť ACS PVV

Najdôležitejším zdrojom úspory palivových a energetických zdrojov vynaložených na zásobovanie teplom veľkých priemyselných budov so značnou spotrebou tepla a elektriny je zlepšenie účinnosti systému. prívodné a výfukové vetranie(PVV) založené na využívaní moderných výdobytkov výpočtovej a riadiacej technológie.

Na ovládanie ventilačného systému sa spravidla používajú prostriedky miestnej automatizácie. Hlavnou nevýhodou takejto regulácie je, že nezohľadňuje skutočnú vzduchovú a tepelnú bilanciu budovy a skutočné poveternostné podmienky: vonkajšiu teplotu, rýchlosť a smer vetra, atmosférický tlak.

Preto pod vplyvom prostriedkov miestnej automatizácie systém vetrania vzduchu spravidla nefunguje v optimálnom režime.

Účinnosť systému prívodu a odsávania je možné výrazne zvýšiť, ak sa optimálne riadenie systémov vykonáva na základe použitia súboru vhodného hardvéru a softvéru.

Tvorenie tepelné podmienky môže byť reprezentovaná ako interakcia rušivých a regulačných faktorov. Na určenie regulačného účinku sú potrebné informácie o vlastnostiach a počte vstupných a výstupných parametrov a podmienkach procesu prenosu tepla. Pretože účelom ovládania ventilačného zariadenia je zaistiť požadované vzduchové podmienky v pracovisko priestory budov s minimálnymi nákladmi na energiu a materiál, potom pomocou počítača bude možné nájsť najlepšia možnosť a vyvinúť vhodné kontrolné akcie pre tento systém. Výsledkom je, že počítač so zodpovedajúcou sadou hardvéru a softvéru tvorí automatizovaný riadiaci systém pre tepelný režim priestorov v budovách (ACS TRP). Je tiež potrebné poznamenať, že počítač možno chápať ako ovládací panel PVA a konzolu na monitorovanie stavu PVA, ako aj najjednoduchší počítač s programom na modelovanie ACS PVV, spracovanie výsledkov a operačné riadenie na ich základe.

Automatický riadiaci systém je kombináciou riadiaceho objektu (riadený technologický proces) a riadiacich zariadení, ktorých súčinnosť zaisťuje automatický priebeh procesu v súlade s daným programom. V tomto prípade sa technologický proces chápe ako postupnosť operácií, ktoré je potrebné vykonať, aby sa zo suroviny získal hotový výrobok. V prípade PVH je hotovým výrobkom vzduch v miestnosti s posádkou so stanovenými parametrami (teplota, zloženie plynu atď.) A surovinou je vonkajší a odpadný vzduch, nosiče tepla, elektrická energia atď.

Prevádzka ACS PVV, ako každého riadiaceho systému, by mala byť založená na princípe spätnú väzbu(OS): vývoj kontrolných činností na základe informácií o objekte získaných pomocou senzorov nainštalovaných alebo distribuovaných v objekte.

Každý konkrétny ACS je vyvinutý na základe špecifikovanej technológie na spracovanie prúdu vstupného vzduchu. Napájací a výfukový ventilačný systém je často spojený so systémom klimatizácie (príprava), čo sa prejavuje v návrhu automatizácie riadenia.

Pri použití samostatných zariadení alebo úplnom technologické inštalácie vzduchotechnické ACS sa dodávajú už zabudované v zariadení a už stanovené s určitými riadiacimi funkciami, ktoré sú zvyčajne podrobne popísané v technickej dokumentácii. V takom prípade musí byť nastavenie, servis a prevádzka takýchto riadiacich systémov vykonávané v prísnom súlade so špecifikovanou dokumentáciou.

Analýza technické riešenia moderné vzduchotechnické jednotky popredných spoločností - výrobcovia ventilačných zariadení ukázali, že riadiace funkcie je možné podmienene rozdeliť do dvoch kategórií:

Riadiace funkcie určené technológiou a zariadením na úpravu vzduchu;

Dodatočné funkcie, ktoré sú väčšinou servisnými funkciami, sú prezentované ako know-how spoločností a nie sú tu zahrnuté.

Všeobecné technologické funkcie riadenia IWA možno vo všeobecnosti rozdeliť do nasledujúcich skupín (obr. 1.1)

Ryža. 1.1 - Hlavné technologické funkcie riadenia IWV

Popíšeme, čo sa rozumie funkciami RWV zobrazenými na obr. 1.1.

1.1.1 Funkcia „kontrola a registrácia parametrov“

V súlade so SNiP 2.04.05-91 sú povinné kontrolné parametre:

Teplota a tlak v spoločnom prívodnom a vratnom potrubí a na výstupe z každého výmenníka tepla;

Teplota vonkajšieho vzduchu, prívod vzduchu za výmenník tepla, ako aj vnútorná teplota;

MPC štandardy škodlivých látok vo vzduchu nasávanom z miestnosti (prítomnosť plynov, produktov spaľovania, netoxického prachu).

Ostatné parametre v systémoch napájania a odsávania sú riadené na požiadanie technické podmienky zariadenia alebo prevádzkové podmienky.

Diaľkové ovládanie je určené na meranie hlavných parametrov technologického postupu alebo parametrov zapojených do implementácie ďalších riadiacich funkcií. Takáto kontrola sa vykonáva pomocou senzorov a meracích prevodníkov s výstupom (v prípade potreby) meraných parametrov na indikátor alebo obrazovku ovládacieho zariadenia (ovládací panel, monitor počítača).

Na meranie ďalších parametrov sa spravidla používajú miestne (prenosné alebo stacionárne) nástroje - indikačné teplomery, manometre, zariadenia na spektrálnu analýzu zloženia vzduchu atď.

Používanie miestnych riadiacich zariadení neporušuje základný princíp riadiacich systémov - princíp spätnej väzby. V tomto prípade sa to realizuje buď pomocou osoby (operátor alebo servisný personál), alebo pomocou riadiaceho programu „napevno zapojeného“ do pamäte mikroprocesora.

1.1.2 Funkcia „prevádzkové a softvérové ​​ovládanie“

Je dôležité implementovať možnosť, ako napríklad „štartovacia sekvencia“. Aby sa zabezpečilo normálne uvedenie systému IWV do prevádzky, je potrebné vziať do úvahy nasledujúce skutočnosti:

Predbežné otvorenie vzduchových klapiek pred spustením ventilátorov. To sa deje kvôli tomu, že nie všetky tlmiče v zatvorenom stave vydržia tlakový rozdiel vytvorený ventilátorom a čas na úplné otvorenie klapky elektrickým pohonom dosahuje dve minúty.

Oddelenie momentov štartovania elektromotorov. Asynchrónne motory môže mať často vysoké štartovacie prúdy. Ak sa súčasne spustia ventilátory, pohony vzduchových klapiek a ďalšie pohony, v dôsledku veľkého zaťaženia elektrickej siete budovy napätie dramaticky klesne a elektromotory sa nemusia spustiť. Štart elektromotorov, najmä vysokého výkonu, preto musí byť rozložený v čase.

Predhriatie ohrievača. Ak nie je teplovodný výmenník predhriaty, je možné aktivovať protimrazovú ochranu pri nízkych vonkajších teplotách. Preto pri spustení systému je potrebné otvoriť klapky prívodného vzduchu, otvoriť trojcestný ventil ohrievač vody a ohrievajte ohrievač. Táto funkcia sa spravidla aktivuje, keď je vonkajšia teplota nižšia ako 12 ° C.

Možnosť obrátiť - „sekvencia zastavenia“ Pri vypínaní systému zvážte:

Oneskorenie zastavenia ventilátora prívodného vzduchu v jednotkách s elektrickým ohrievačom. Po odstránení napätia z elektrického ohrievača ho chvíľu vychladnite bez toho, aby ste vypli ventilátor prívodného vzduchu. V opačnom prípade môže dôjsť k poruche vykurovacieho telesa ohrievača vzduchu (tepelný elektrický ohrievač - vykurovacie teleso). Pri existujúcich úlohách návrhu diplomu nie je táto možnosť dôležitá kvôli použitiu ohrievača vody, ale je tiež dôležité si to všimnúť.

Na základe zvýraznených možností operačného a programového riadenia je teda možné predstaviť typický rozvrh zapínania a vypínania zariadení zariadení PVV.

Ryža. 1.2 - Typický cyklogram prevádzky ACS PVV s ohrievačom vody

Celý tento cyklus (obr. 1.2) by mal systém fungovať automaticky a okrem toho by malo byť zabezpečené individuálne uvedenie zariadenia do prevádzky, ktoré je nevyhnutné pre práce pri nastavovaní a údržbe.

Programované riadiace funkcie, ako napríklad zmena režimu „zima-leto“, nemajú žiadny malý význam. Implementácia týchto funkcií v moderné podmienky nedostatok energetických zdrojov. V regulačných dokumentoch má výkon tejto funkcie odporúčací charakter - „pre verejné, administratívne a prevádzkové budovy a priemyselné budovy by spravidla mala byť zabezpečená programová regulácia parametrov, aby sa zabezpečilo zníženie spotreby tepla“.

V najjednoduchšom prípade tieto funkcie umožňujú buď odpojenie IHV v určitom časovom bode, alebo zníženie (zvýšenie) nastavenej hodnoty regulovaného parametra (napríklad teploty) v závislosti od zmeny tepelného zaťaženia v miestnosti s posádkou.

Účinnejšie, ale aj ťažšie implementovateľné, je softvérové ​​ovládanie, ktoré zaisťuje automatickú zmenu štruktúry PVA a algoritmu jeho fungovania nielen v tradičnom režime „zima-leto“, ale aj v prechodných režimoch. Analýza a syntéza štruktúry a algoritmus jej fungovania sa zvyčajne vykonáva na základe ich termodynamického modelu.

V tomto prípade je hlavným kritériom motivácie a optimalizácie spravidla túžba zaistiť prípadne minimálnu spotrebu energie s obmedzeniami kapitálových nákladov, rozmerov atď.

1.1.3 Funkcia " ochranné funkcie a blokovanie "

Ochranné funkcie a blokovania spoločné pre automatizačné systémy a elektrické zariadenia (ochrana proti skratu, prehriatiu, obmedzeniu pohybu atď.) Sú dohodnuté medzi agentúrou regulačné dokumenty... Tieto funkcie sú zvyčajne implementované samostatnými zariadeniami (poistky, zariadenia na zvyškový prúd, koncové spínače atď.). Ich používanie sa riadi pravidlami pre elektrické inštalácie (PUE), pravidlami požiarna bezpečnosť(PPB).

Protimrazová ochrana. V oblastiach s konštrukčnou teplotou vonkajšieho vzduchu na chladné obdobie mínus 5 ° C a nižšie by mala byť k dispozícii funkcia automatickej ochrany proti mrazu. Výmenníky tepla prvého ohrevu (ohrievač vody) a rekuperátory (ak existujú) podliehajú ochrane.

Protimrazová ochrana výmenníkov tepla je založená na snímačoch alebo senzorových relé teploty vzduchu za zariadením a teploty chladiacej kvapaliny vo vratnom potrubí.

Nebezpečenstvo zamrznutia predpovedá teplota vzduchu pred zariadením (t<5 °С). При достижении указанных значений полностью открывают клапаны и останавливают приточный вентилятор.

Počas mimo pracovného času pri systémoch s protimrazovou ochranou by mal ventil zostať pootvorený (5-25%) so zatvorenou klapkou vonkajšieho vzduchu. Pre väčšiu spoľahlivosť ochrany pri vypnutom systéme je niekedy implementovaná funkcia automatickej regulácie (stabilizácie) teploty vody vo vratnom potrubí.

1.1.4 Funkcia „ochrana technologických zariadení a elektrických zariadení“

1. Kontrola kontaminácie filtrom

Kontrola upchatia filtra je hodnotená poklesom tlaku na filtri, ktorý je meraný snímačom diferenčného tlaku. Senzor meria rozdiel tlaku vzduchu pred a za filtrom. Prípustný pokles tlaku na filtri je uvedený v jeho pase (pre tlakomery uvedené v dýchacích cestách závodu podľa údajov v liste - 150 - 300 Pa). Tento rozdiel sa nastavuje pri uvádzaní systému do prevádzky na snímači rozdielu (požadovaná hodnota snímača). Po dosiahnutí nastavenej hodnoty senzor vyšle signál o maximálnom obsahu prachu vo filtri a potrebe jeho údržby alebo výmeny. Ak filter nie je vyčistený alebo vymenený do určitého času (zvyčajne 24 hodín) po spustení alarmu prachového limitu, odporúča sa núdzové vypnutie systému.

Odporúča sa nainštalovať podobné snímače na ventilátory. Ak zlyhá ventilátor alebo hnací remeň ventilátora, systém musí byť vypnutý v núdzovom režime. Takéto senzory sú však často zanedbávané z ekonomických dôvodov, čo v budúcnosti veľmi komplikuje diagnostiku systému a riešenie problémov.

2. Ostatné automatické zámky

Okrem toho by mali byť k dispozícii automatické zámky pre:

Otváranie a zatváranie klapiek vonkajšieho vzduchu pri zapínaní a vypínaní ventilátorov (tlmiče);

Otváracie a zatváracie ventily ventilačných systémov spojených vzduchovými kanálmi na úplnú alebo čiastočnú zameniteľnosť v prípade poruchy jedného zo systémov;

Zatvorenie ventilov ventilačných systémov pre miestnosti chránené plynovými hasiacimi zariadeniami, keď sú vypnuté ventilátory ventilačných systémov týchto miestností;

Zabezpečenie minimálnej spotreby vonkajšieho vzduchu v systémoch s premenlivým objemom atď.

1.1.5 Regulačné funkcie

Regulačné funkcie - automatická údržba nastavených parametrov je podľa definície základná pre napájacie a výfukové ventilačné systémy pracujúce s premenlivými prietokmi, recirkuláciou vzduchu a ohrevom vzduchu.

Tieto funkcie sa vykonávajú pomocou uzavretých riadiacich slučiek, v ktorých je princíp spätnej väzby prítomný v explicitnej forme: informácie o objekte prichádzajúcom zo senzorov sa pomocou regulačných zariadení prevádzajú na riadiace akcie. Na obr. 1.3 ukazuje príklad regulačnej slučky teploty privádzaného vzduchu v potrubnom klimatizačnom zariadení. Teplota vzduchu je udržiavaná ohrievačom vody, cez ktorý prechádza chladiaca kvapalina. Vzduch prechádzajúci ohrievačom sa zahrieva. Teplota vzduchu po ohrievači vody sa meria snímačom (T), potom sa jeho hodnota privádza do porovnávacieho zariadenia (US) nameranej hodnoty teploty a požadovanej teploty. V závislosti od rozdielu medzi požadovanou hodnotou teploty (Tset) a nameranou hodnotou teploty (Tmeas) generuje riadiace zariadenie (P) signál, ktorý ovplyvňuje pohon (M - motor trojcestného ventilu). Elektrický pohon otvára alebo zatvára trojcestný ventil do polohy, v ktorej sa vyskytla chyba:

e = Tust - Tism

bude minimálna.

Ryža. 1.3 - Regulačná slučka teploty privádzaného vzduchu vo vzduchovom potrubí s vodným výmenníkom tepla: T - snímač; USA - porovnávacie zariadenie; Р - regulačné zariadenie; M - výkonné zariadenie

Konštrukcia automatického riadiaceho systému (ACS) na základe požiadaviek na presnosť a ďalších parametrov jeho činnosti (stabilita, oscilácia atď.) Sa teda obmedzuje na výber jeho štruktúry a prvkov, ako aj na stanovenie parametre ovládača. Obvykle to robia špecialisti na automatizáciu pomocou klasickej teórie riadenia. Poznamenám len, že nastavenia regulátora sú určené dynamickými vlastnosťami riadiaceho objektu a zvoleného regulačného zákona. Regulačný zákon je vzťah medzi vstupnými (?) A výstupnými (Uр) signálmi regulátora.

Najjednoduchší je zákon o proporcionálnej regulácii, v ktorom? a Uр sú navzájom prepojené konštantným koeficientom Кп. Tento koeficient je parametrom ladenia takého regulátora, ktorý sa nazýva P-regulátor. Jeho implementácia vyžaduje použitie nastaviteľného zosilňovacieho prvku (mechanického, pneumatického, elektrického atď.), Ktorý môže fungovať tak so zapojením dodatočného zdroja energie, ako aj bez neho.

Jednou z odrôd regulátorov P sú polohové regulátory, ktoré implementujú proporcionálny riadiaci zákon na Kp a generujú výstupný signál Uр, ktorý má určitý počet konštantných hodnôt, napríklad dve alebo tri, zodpovedajúce dvoj alebo trojpolohovému regulátoru. ovládače. Takéto regulátory sa niekedy nazývajú reléové regulátory kvôli podobnosti ich grafických charakteristík s charakteristikami relé. Nastavovacím parametrom takýchto regulátorov je hodnota mŕtvej zóny De.

V technológii automatizácie ventilačných systémov, vzhľadom na ich jednoduchosť a spoľahlivosť, našli regulátory zapnutia a vypnutia široké uplatnenie pri regulácii teploty (termostaty), tlaku (tlakové spínače) a ďalších parametrov stavu procesu.

Regulátory zapnutia a vypnutia sa používajú aj v prevádzkových režimoch automatických ochranných systémov, blokovacích zariadení a spínacích zariadení. V tomto prípade ich funkcie vykonávajú reléové snímače.

Napriek uvedeným výhodám P-regulátorov majú veľkú statickú chybu (pri nízkych hodnotách Kp) a tendenciu k vlastným osciláciám (pri veľkých hodnotách Kp). Preto s vyššími požiadavkami na riadiace funkcie automatizačných systémov z hľadiska presnosti a stability sa používajú aj komplexnejšie regulačné zákony, napríklad zákony PI a PID.

Reguláciu teploty ohrevu vzduchu môže vykonávať aj regulátor P, pracujúci podľa vyvažovacieho princípu: zvýšte teplotu, keď je jeho hodnota nižšia ako nastavená hodnota, a naopak. Tento výklad zákona našiel uplatnenie aj v systémoch, ktoré nevyžadujú vysokú presnosť.

1.2 Analýza existujúcich typických schém automatizácie vetrania vo výrobných prevádzkach

Existuje niekoľko štandardných implementácií automatizácie systému prívodu a odsávania, z ktorých každá má množstvo výhod a nevýhod. Chcel by som poznamenať, že napriek prítomnosti mnohých typických schém a vývoja je veľmi ťažké vytvoriť taký ACS, ktorý by bol flexibilný v podmienkach výroby, kde sa implementuje. Preto je pre návrh ACS PVV potrebná dôkladná analýza existujúcej vetracej konštrukcie, analýza technologických procesov výrobného cyklu, ako aj analýza požiadaviek na ochranu práce, ekológiu, elektrickú a požiarnu bezpečnosť. Často navrhovaný ACS PVV sa navyše špecializuje na oblasť použitia.

V každom prípade sa za typické počiatočné údaje v počiatočnej fáze návrhu zvyčajne považujú tieto skupiny:

1. Všeobecné údaje: územná poloha objektu (mesto, okres); typ a účel predmetu.

2. Informácie o budove a priestoroch: plány a sekcie s uvedením všetkých rozmerov a výšok vzhľadom na úroveň terénu; uvedenie kategórií priestorov (na architektonických plánoch) v súlade s požiarnymi predpismi; dostupnosť technických oblastí s uvedením ich veľkosti; umiestnenie a charakteristiky existujúcich ventilačných systémov; charakteristiky nosičov energie;

3. Informácie o technologickom postupe: výkresy technologického projektu (plány) s vyznačením umiestnenia technologického zariadenia; špecifikácia zariadenia udávajúca inštalované kapacity; charakteristika technologického režimu - počet pracovných zmien, priemerný počet pracovníkov na smenu; režim prevádzky zariadenia (súčasná prevádzka, faktory zaťaženia atď.); množstvo škodlivých emisií do ovzdušia (MPC škodlivých látok).

Ako počiatočné údaje na výpočet automatizácie systému PVA uveďte:

Výkon existujúceho systému (energia, výmena vzduchu);

Zoznam parametrov vzduchu, ktoré sa majú regulovať;

Limity regulácie;

Automatizačná prevádzka, keď sú signály prijaté z iných systémov.

Vykonanie automatizačného systému je teda navrhnuté na základe úloh, ktoré sú mu priradené, pričom sa berú do úvahy normy a pravidlá, ako aj všeobecné počiatočné údaje a schémy. Zostavenie schémy a výber zariadenia pre systém automatizácie vetrania sa vykonáva individuálne.

Predstavme existujúce typické schémy riadiacich systémov napájania a odsávania a charakterizujme niektoré z nich vzhľadom na možnosť ich aplikácie na riešenie problémov diplomového projektu (obr. 1.4 - 1.5, 1.9).

Ryža. Priama ventilácia 1,4 -SAU

Tieto automatizačné systémy našli aktívne využitie v továrňach, továrňach a kancelárskych priestoroch. Riadiacim predmetom je tu automatizačná skriňa (ovládací panel), upevňovacími zariadeniami sú kanálové snímače, riadiaca činnosť sa vykonáva na motoroch motorov ventilátorov, motorov tlmičov. K dispozícii je tiež ACS na ohrev / chladenie vzduchu. Pri pohľade do budúcnosti je možné poznamenať, že systém zobrazený na obrázku 1.4a je prototypom systému, ktorý sa musí použiť v mieste vstrekovania plastov v OJSC „Optické a mechanické závody Vologda“. Chladenie vzduchom v priemyselných priestoroch je vzhľadom na objem týchto priestorov neúčinné a vykurovanie je predpokladom správneho fungovania ACS PVV.

Ryža. 1,5- Vetranie ACS s výmenníkmi tepla

Konštrukcia ACS PVV s využitím výmenníkov tepla (rekuperátorov) umožňuje vyriešiť problém nadmernej spotreby elektrickej energie (pri elektrických ohrievačoch), problém emisií do životného prostredia. Ide o to, že rekuperácia je taká, že vzduch nenávratne odvádzaný z miestnosti, ktorá má v miestnosti nastavenú teplotu, si vymieňa energiu s prichádzajúcim vonkajším vzduchom, ktorého parametre sa spravidla výrazne líšia od nastavených. Títo. v zime odsávaný teplý odsávaný vzduch čiastočne ohrieva vonkajší privádzaný vzduch a v lete chladnejší odvádzaný vzduch čiastočne chladí prívodný vzduch. V najlepšom prípade s rekuperáciou možno znížiť spotrebu energie na úpravu privádzaného vzduchu o 80%.

Technicky sa rekuperácia v prívodnom a odvodnom vetraní realizuje pomocou rotačných výmenníkov tepla a systémov s medziľahlým nosičom tepla. Získame teda zisk ako pri zahrievaní vzduchu, tak pri znižovaní otvárania tlmičov (je povolený dlhší čas voľnobehu motorov, ktoré riadia klapky) - to všetko dáva celkový zisk z hľadiska úspor energie.

Systémy spätného získavania tepla sú sľubné a aktívne a zavádzajú sa ako náhrada za staré vetracie systémy. Stojí však za zmienku, že tieto systémy stoja za dodatočné investície, doba návratnosti je však relatívne krátka a ziskovosť je veľmi vysoká. Absencia konštantného uvoľňovania do životného prostredia tiež zvyšuje environmentálne vlastnosti takejto organizácie automatizácie PVA. Zjednodušená prevádzka systému s rekuperáciou tepla zo vzduchu (recirkulácia vzduchu) je znázornená na obr. 1.6.

Ryža. 1.6 - Prevádzka systému výmeny vzduchu s recirkuláciou (rekuperácia)

Krížové alebo doskové rekuperátory (obr. 1,5 c, d) pozostávajú z dosiek (hliníka), ktoré predstavujú systém kanálov pre prúdenie dvoch prúdov vzduchu. Steny potrubia sú spoločné pre prívod a odvod vzduchu a sú ľahko prenosné. Vďaka veľkej výmennej ploche povrchu a turbulentnému prúdeniu vzduchu v kanáloch je dosiahnutý vysoký stupeň rekuperácie tepla (prenos tepla) s relatívne nízkym hydraulickým odporom. Účinnosť doskových rekuperátorov dosahuje 70%.

Ryža. 1.7 - Organizácia výmeny vzduchu ACS PVV na báze doskových rekuperátorov

Rekuperuje sa iba citeľné teplo odsávaného vzduchu. privádzaný a odvádzaný vzduch sa nejakým spôsobom nemieša a kondenzát, ktorý sa tvorí počas chladenia odsávaného vzduchu, je zadržaný separátorom a odvádzaný drenážnym systémom z odtokovej misy. Aby sa zabránilo zamrznutiu kondenzátu pri nízkych teplotách (až do -15 ° C), sú vytvorené zodpovedajúce požiadavky na automatizáciu: musí poskytovať pravidelné zastavenie prívodného ventilátora alebo odvádzanie časti vonkajšieho vzduchu do obtokového potrubia obchádzanie potrubí rekuperátora. Jediným obmedzením pri použití tejto metódy je povinný priesečník napájacích a výfukových vetiev na jednom mieste, čo v prípade jednoduchej modernizácie ACS prináša množstvo ťažkostí.

Rekuperačné systémy s medziľahlým tepelným nosičom (obr. 1,5 a, b) sú dvojicou výmenníkov tepla spojených uzavretým potrubím. Jeden výmenník tepla je umiestnený vo výfukovom potrubí a druhý v prívodnom potrubí. Nemrznúca zmes glykolu cirkuluje v uzavretej slučke a prenáša teplo z jedného výmenníka tepla do druhého a v tomto prípade môže byť vzdialenosť od napájacej jednotky k výfukovej jednotke dosť významná.

Účinnosť rekuperácie tepla touto metódou nepresahuje 60%. Náklady sú relatívne vysoké, ale v niektorých prípadoch to môže byť jediná možnosť rekuperácie tepla.

Ryža. 1.8 - Zásada spätného získavania tepla pomocou medziľahlého nosiča tepla

Rotačný výmenník tepla (rotačný výmenník tepla, rekuperátor) je rotor s kanálmi na horizontálny priechod vzduchu. Časť rotora je umiestnená vo výfukovom potrubí a časť v prívodnom potrubí. Rotor rotačne prijíma teplo odvádzaného vzduchu a odovzdáva ho prívodnému vzduchu a dochádza k prenosu citeľného aj latentného tepla, ako aj vlhkosti. Účinnosť rekuperácie tepla je maximálna a dosahuje 80%.

Ryža. 1,9 - ACS PVV s rotačným rekuperátorom

Obmedzenie používania tejto metódy je dané predovšetkým skutočnosťou, že až 10% odsávaného vzduchu je zmiešaného s prívodným vzduchom, a v niektorých prípadoch je to neprijateľné alebo nežiaduce (ak je vo vzduchu značná úroveň znečistenia) . Konštrukčné požiadavky sú podobné ako v predchádzajúcej verzii - stroj na odsávanie a prívod vzduchu je umiestnený na jednom mieste. Táto metóda je drahšia ako prvá a používa sa menej často.

Vo všeobecnosti sú systémy s rekuperáciou o 40-60% drahšie ako podobné systémy bez rekuperácie, ale prevádzkové náklady sa budú výrazne líšiť. Aj pri dnešných cenách energií doba návratnosti systému rekuperácie neprekročí dve vykurovacie sezóny.

Chcel by som poznamenať, že úspora energie je tiež ovplyvnená riadiacimi algoritmami. Vždy však treba mať na pamäti, že všetky ventilačné systémy sú navrhnuté pre niektoré priemerné podmienky. Napríklad spotreba vonkajšieho vzduchu bola stanovená na jeden počet ľudí, ale v skutočnosti môže byť miestnosť nižšia ako 20% prijatej hodnoty, samozrejme, v tomto prípade bude odhadovaná spotreba vonkajšieho vzduchu zjavne nadmerná, prevádzka nadmerné vetranie povedie k neprimeranej strate energetických zdrojov. V tomto prípade je logické zvážiť niekoľko režimov prevádzky, napríklad zima / leto. Ak je automatizácia schopná vytvoriť takéto režimy, úspory sú zrejmé. Ďalší prístup súvisí s reguláciou prietoku vonkajšieho vzduchu v závislosti od kvality vnútorného plynového prostredia, t.j. automatizačný systém obsahuje analyzátory plynov na škodlivé plyny a volí hodnotu prietoku vonkajšieho vzduchu tak, aby obsah škodlivých plynov neprekročil maximálne prípustné hodnoty.

1.3 Marketingový výskum

V súčasnej dobe sú všetci poprední svetoví výrobcovia ventilačných zariadení široko zastúpení na trhu automatizácie dodávok a odsávania, pričom každý z nich sa špecializuje na výrobu zariadení v určitom segmente. Celý trh s ventilačnými zariadeniami je možné zhruba rozdeliť do nasledujúcich oblastí použitia:

Domáce a polopriemyselné účely;

Na priemyselné účely;

Vetracie zariadenia na „špeciálne“ účely.

Pretože diplomový projekt zvažuje návrh automatizácie napájacích a výfukových systémov priemyselných priestorov, na porovnanie navrhovaného vývoja s vývojom na trhu je potrebné zvoliť podobné existujúce automatizačné balíky od známych výrobcov.

Výsledky marketingovej štúdie existujúcich balení ACS PVV sú uvedené v dodatku A.

V dôsledku marketingového výskumu bolo zvážených niekoľko najčastejšie používaných ACV PVV od rôznych výrobcov, pričom štúdiom ich technickej dokumentácie boli získané informácie:

Zloženie zodpovedajúceho balenia ACS PVV;

Register regulačných parametrov (tlak vo vzduchových kanáloch, teplota, čistota, vlhkosť vzduchu);

Značka programovateľného logického automatu a jeho zariadenia (softvér, príkazový systém, princípy programovania);

Dostupnosť spojení s inými systémami (existuje spojenie s požiarnou automatikou, či existuje podpora pre protokoly LAN);

Ochranný výkon (elektrická bezpečnosť, požiarna bezpečnosť, ochrana proti prachu, odolnosť proti hluku, odolnosť proti vlhkosti).

2. Popis vetracej siete výrobnej dielne ako objektu automatického riadenia

Na základe výsledkov analýzy dostupných prístupov k automatizácii systémov vetrania a prípravy vzduchu, ako aj na základe analytických prehľadov typických schém možno vo všeobecnosti dospieť k záveru, že úlohy zvažované v diplomovom projekte sú relevantné a v súčasnej dobe aktívne zvažované a študované špecializovanými projekčnými kanceláriami (SKB).

Poznamenávam, že existujú tri hlavné prístupy k implementácii automatizácie ventilačného systému:

Distribuovaný prístup: implementácia automatizácie IWV na základe miestnych spínacích zariadení, každý ventilátor je ovládaný zodpovedajúcim zariadením.

Tento prístup sa používa na navrhovanie automatizácie relatívne malých ventilačných systémov, v ktorých sa ďalšie rozšírenie neočakáva. Je najstarší. K výhodám tohto prístupu patrí napríklad skutočnosť, že v prípade nehody v jednej zo sledovaných vetracích vetiev systém núdzovo zastaví iba pre tento odkaz / úsek. Tento prístup je navyše relatívne jednoduchý na implementáciu, nevyžaduje zložité riadiace algoritmy a zjednodušuje údržbu zariadení ventilačného systému.

Centralizovaný prístup: implementácia automatizácie PVV na základe skupiny logických regulátorov alebo programovateľného logického regulátora (PLC), celý ventilačný systém je riadený centrálne v súlade s programom a údajmi.

Centralizovaný prístup je spoľahlivejší ako distribuovaný. Celé riadenie IAP je rigidné a vykonáva sa na základe programu. Táto okolnosť kladie ďalšie požiadavky na písanie programového kódu (je potrebné vziať do úvahy mnohé podmienky vrátane činností v núdzových situáciách) a na špeciálnu ochranu riadiaceho PLC. Tento prístup našiel uplatnenie v malých administratívnych a priemyselných komplexoch. Vyznačuje sa flexibilitou nastavení, schopnosťou škálovať systém na primerané limity a možnosťou mobilnej integrácie systému podľa zmiešaného princípu organizácie;

Zmiešaný prístup: používa sa pri návrhu veľkých systémov (veľký počet riadených zariadení s obrovským výkonom), je kombináciou distribuovaného a centralizovaného prístupu. Vo všeobecnosti tento prístup predpokladá hierarchiu úrovní na čele s riadiacim počítačom a podradenými „mikropočítačmi“, čím sa vytvorí riadiaca výrobná sieť, ktorá je globálna vo vzťahu k podniku. Inými slovami, tento prístup je distribuovaný-centralizovaný prístup s dispečingom systému.

Z aspektu problému riešeného v návrhu diplomu je najvýhodnejší centralizovaný prístup k implementácii automatizácie PVA. Pretože sa systém vyvíja pre malé priemyselné priestory, je možné tento prístup použiť aj pre iné zariadenia s cieľom ich následnej integrácie do jedného ACS PVV.

V prípade rozvádzačov vetrania je často k dispozícii rozhranie, ktoré umožňuje monitorovanie stavu ventilačného systému s výstupom informácií na počítačový monitor. Stojí však za zmienku, že táto implementácia si vyžaduje ďalšie komplikácie kontrolného programu, školenie špecialistu, ktorý monitoruje stav a prijíma operačné rozhodnutia na základe vizuálne získaných údajov z dopytovacích senzorov. Faktor ľudskej chyby v núdzových situáciách je navyše vždy neodmysliteľný. Implementácia tejto podmienky je preto skôr dodatočnou možnosťou k návrhu automatizačného balíka PVV.

2.1 Popis existujúceho systému automatického riadenia prívodu a odsávania vzduchu výrobných prevádzok

Na zabezpečenie základného princípu vetrania výrobných dielní, ktorý spočíva v zachovaní parametrov a zloženia vzduchu v prípustných medziach, je potrebné do miest, kde sa nachádzajú pracovníci, dodávať čistý vzduch s následnou distribúciou vzduchu po celom území izba.

Nižšie na obr. 2.1 ukazuje ilustráciu typického systému prívodu a odsávania, ktorý je k dispozícii v mieste implementácie.

Vetrací systém priemyselných priestorov pozostáva z ventilátorov, vzduchových potrubí, vonkajších zariadení na prívod vzduchu, zariadení na čistenie vzduchu vstupujúceho a vypúšťaného do atmosféry a zariadenia na ohrev vzduchu (ohrievač vody).

Návrh existujúcich prívodných a výfukových ventilačných systémov bol vykonaný v súlade s požiadavkami SNiP II 33-75 „Vykurovanie, vetranie a klimatizácia“, ako aj GOST 12.4.021-75 „SSBT. Vetracie systémy. Všeobecné požiadavky “, ktorá špecifikuje požiadavky na inštaláciu, uvedenie do prevádzky a prevádzku.

Čistenie znečisteného vzduchu vypúšťaného do atmosféry sa vykonáva špeciálnymi zariadeniami - odlučovačmi prachu (používanými v mieste výroby vstrekovacích foriem), vzduchovými filtrami atď. Je potrebné poznamenať, že odlučovače prachu nevyžadujú dodatočnú kontrolu a sú spustené, keď je je zapnuté odsávacie vetranie.

Čistenie vzduchu nasávaného z pracovného priestoru je možné tiež vykonávať v komorách usadzujúcich prach (iba pre hrubý prach) a elektrostatických odlučovačoch (pre jemný prach). Čistenie vzduchu od škodlivých plynov sa vykonáva pomocou špeciálnych absorbujúcich a deaktivujúcich látok, vrátane látok aplikovaných na filtre (vo filtračných bunkách).

Ryža. 2.1 - Napájací a výfukový ventilačný systém výrobného oddelenia 1 - zariadenie na prívod vzduchu; 2 - ohrievače na vykurovanie; 3- napájací ventilátor; 4 - hlavné vzduchové potrubie; 5 - vetvy vzduchového potrubia; 6 - napájacie dýzy; 7 - miestne odsávanie; 8 a 9 - majster. potrubie na odpadový vzduch; 10 - odlučovač prachu; 11 - výfukový ventilátor; 12 - mínový výboj čisteného vzduchu do atmosféry

Automatizácia existujúceho systému je pomerne jednoduchá. Proces vetrania je nasledujúci:

1. začiatok pracovnej smeny - spustí sa systém prívodu a odsávania. Ventilátory sú poháňané centralizovaným štartérom. Inými slovami, ovládací panel sa skladá z dvoch štartérov - pre štart a núdzové zastavenie / vypnutie. Smena trvá 8 hodín - s hodinovou prestávkou, to znamená, že systém je počas pracovnej doby v priemere nečinný 1 hodinu. Okrem toho je také „blokovanie“ riadenia ekonomicky neúčinné, pretože vedie k nadmernej spotrebe elektrickej energie.

Je potrebné poznamenať, že neexistuje žiadna výrobná potreba, aby výfukové vetranie fungovalo neustále, je vhodné ho zapnúť, keď je vzduch znečistený, alebo napríklad je potrebné odstrániť prebytočnú tepelnú energiu z pracovného priestoru.

2. otváranie tlmičov zariadení na prívod vzduchu je riadené aj miestnym štartovacím zariadením, vzduch s parametrami vonkajšieho prostredia (teplota, čistota) je prívodným ventilátorom nasávaný do vzduchových potrubí kvôli rozdielu v tlak.

3. Vzduch odobratý z vonkajšieho prostredia prechádza ohrievačom vody, ohrieva sa na prípustné hodnoty teploty a je čerpaný do miestnosti vzduchovými kanálmi cez prívodné dýzy. Ohrievač vody zaisťuje výrazný ohrev vzduchu, ohrievač je ovládaný ručne, elektrikár otvára klapku klapky. Ohrievač je na leto vypnutý. Ako tepelný nosič sa používa teplá voda dodávaná z vlastnej kotolne. Systém automatickej regulácie teploty vzduchu nie je k dispozícii, v dôsledku čoho dochádza k veľkému prekročeniu zdrojov.

Podobné dokumenty

Vlastnosti použitia riadiaceho systému pre napájaciu ventilačnú jednotku na základe regulátora MC8.2. Základné funkcie ovládača. Príklad špecifikácie na automatizáciu inštalácie napájacieho vetrania pre obvod založený na MC8.2.

praktická práca, pridané 25.05.2010


Porovnávacia analýza technických charakteristík typických štruktúr chladiacich veží. Prvky vodovodných systémov a ich klasifikácia. Matematický model procesu zásobovania obehovou vodou, výber a popis automatizačných zariadení a riadiacich prvkov.

práca, pridané 9. 4. 2013


Základy fungovania systému automatického riadenia prívodu a odsávania, jeho konštrukcia a matematický popis. Technologické technologické zariadenia. Výber a výpočet regulátora. Štúdium stability ATS, ukazovatele jej kvality.

semestrálny príspevok, pridané 16.2.2011


Popis procesu tepelného a vlhkostného spracovania výrobkov na báze cementového betónu. Automatizované riadenie procesu vetrania parnej komory. Voľba typu manometra diferenčného tlaku a výpočet obmedzovacieho zariadenia. Merací obvod automatického potenciometra.

semestrálny príspevok, pridané 25.10.2009


Mapa technologickej cesty spracovania šnekového kolesa. Výpočet prídavkov a limitujúcich rozmerov na spracovanie produktu. Vývoj kontrolného programu. Zdôvodnenie a výber prípravku. Výpočet vetrania priemyselných priestorov.

práca, pridané 29. 8. 2012


Charakteristika projektovaného komplexu a výber technológie pre výrobné procesy. Mechanizácia dodávky vody a napájania zvierat. Technologický výpočet a výber zariadenia. Vetracie a vzduchové vykurovacie systémy. Výpočet výmeny vzduchu a osvetlenia.

semestrálny príspevok pridaný 1. januára 2008


Napájací ventilačný systém, jeho vnútorná štruktúra a prepojenie prvkov, posúdenie výhod a nevýhod použitia, požiadavky na vybavenie. Opatrenia na úsporu energie, automatizácia riadenia energeticky účinných ventilačných systémov.

semestrálny príspevok pridaný 08.04.2015


Vývoj technologickej schémy na automatizáciu elektricky vyhrievanej podlahy. Výpočet a výber automatizačných prvkov. Analýza požiadaviek v schéme riadenia. Stanovenie hlavných ukazovateľov spoľahlivosti. Bezpečnostné opatrenia pri inštalácii automatizačného zariadenia.

semestrálny príspevok pridaný 30.05.2015


Zariadenie pre technologický proces katalytickej reformy. Vlastnosti trhu s automatizačnými zariadeniami. Výber komplexného riadiaceho počítačového a automatizovaného zariadenia. Výpočet a výber nastavení regulátora. Zariadenie technickej automatizácie.

práca, pridané 23.05.2015


Technologický popis štruktúrneho diagramu projektu na automatizáciu spracovania nasýtených uhľovodíkových plynov. Štúdium funkčného diagramu automatizácie a zdôvodnenie výberu prístrojového vybavenia pre inštaláciu. Matematický model regulačnej slučky.

Popíšeme v tejto časti hlavné prvky riadiaceho systému, poskytneme im technickú charakteristiku a matematický popis. Pozrime sa podrobnejšie na systém vyvíjaný pre automatickú reguláciu teploty privádzaného vzduchu prechádzajúceho ohrievačom. Pretože hlavným produktom prípravy je teplota vzduchu, potom v rámci diplomového projektu možno zanedbať konštrukciu matematických modelov a modelovanie procesov obehu a prúdenia vzduchu. Toto matematické zdôvodnenie fungovania ACS PVV je možné zanedbať aj kvôli zvláštnostiam architektúry priestorov - existuje značný prílev vonkajšieho nepripraveného vzduchu do dielní a skladov cez štrbiny, medzery. Preto je pri akomkoľvek prietoku vzduchu prakticky nemožné, aby pracovníci tejto dielne zažili „hladovanie kyslíkom“.

Preto zanedbávame konštrukciu termodynamického modelu distribúcie vzduchu v miestnosti, ako aj matematický opis ACS pre rýchlosť prúdenia vzduchu, vzhľadom na ich nekompetentnosť. Pozrime sa podrobnejšie na vývoj ACS pre teplotu privádzaného vzduchu. V skutočnosti je tento systém systémom automatickej regulácie polohy klapiek protivzdušnej obrany v závislosti od teploty privádzaného vzduchu. Regulácia - proporcionálne právo vyvážením hodnôt.

Predstavíme hlavné prvky zahrnuté v ACS, uvedieme ich technické vlastnosti, ktoré nám umožnia identifikovať vlastnosti ich riadenia. Pri výbere zariadení a nástrojov automatizácie sa riadime ich technickými listami a predchádzajúcimi inžinierskymi výpočtami starého systému, ako aj výsledkami experimentov a testov.

Napájanie a odsávanie odstredivých ventilátorov

Bežný odstredivý ventilátor je koleso s pracovnými lopatkami umiestnenými v špirálovom plášti, pričom pri otáčaní vzduchu vstupujúceho cez vstup vstupuje do kanálov medzi lopatkami a pohybuje sa týmito kanálmi pôsobením odstredivej sily, je zhromažďovaný špirálovým plášťom a nasmerované do jeho zásuvky. Plášť slúži aj na konverziu dynamickej hlavy na statickú hlavu. Na zvýšenie tlaku je za plášťom umiestnený difuzér. Na obr. 4.1 je celkový pohľad na odstredivý ventilátor.

Bežné odstredivé obežné koleso pozostáva z lopatiek, zadného kotúča, náboja a predného kotúča. Odlievaný alebo dlátový náboj, navrhnutý tak, aby zapadol koleso na hriadeľ, je prinitovaný, priskrutkovaný alebo privarený k zadnému kotúču. Čepele sú k disku prinitované. Nábežné hrany lopatiek sú zvyčajne pripevnené k prednému prstencu.

Špirálové puzdrá sú vyrobené z oceľového plechu a inštalované na nezávislých podperách, pre ventilátory s nízkym výkonom sú pripevnené k lôžkam.

Keď sa koleso otáča, časť energie dodávanej do motora sa prenáša do vzduchu. Tlak vyvíjaný kolesom závisí od hustoty vzduchu, geometrie lopatiek a obvodovej rýchlosti na koncoch lopatiek.

Výstupné okraje lopatiek odstredivých ventilátorov môžu byť ohnuté dopredu, radiálne a ohnuté dozadu. Okraje lopatiek boli donedávna hlavne zakrivené dopredu, pretože to umožnilo zmenšiť celkové rozmery ventilátorov. V dnešnej dobe sa často nachádzajú obežné kolesá so dozadu zahnutými lopatkami, pretože vám to umožňuje zvýšiť účinnosť. ventilátor.

Ryža. 4.1

Pri kontrole ventilátorov je potrebné mať na pamäti, že výstupné (pozdĺž vzduchovej dráhy) hrany lopatiek, aby sa zabezpečil bezproblémový vstup, musia byť vždy ohnuté v opačnom smere ako je smer otáčania kolesa.

Rovnaké ventilátory pri zmene rýchlosti otáčania môžu mať iný prívod a vyvíjať rôzne tlaky, a to v závislosti nielen od vlastností ventilátora a rýchlosti otáčania, ale aj od k nim pripojených vzduchovodov.

Charakteristiky fanúšikov vyjadrujú vzťah medzi hlavnými parametrami jeho prevádzky. Kompletná charakteristika ventilátora pri konštantných otáčkach hriadeľa (n = konšt.) Je vyjadrená závislosťami medzi napájaním Q a tlakom P, výkonom N a účinnosťou. Závislosti P (Q), N (Q) a T (Q ) sú zvyčajne postavené na jednej grafike. Je na nich vybraný ventilátor. Charakteristika je postavená na základe testov. Na obr. 4.2 ukazuje aerodynamické vlastnosti odstredivého ventilátora VTs-4-76-16, ktorý sa používa ako napájací ventilátor v mieste implementácie

Ryža. 4.2

Výkon ventilátora je 70 000 m3 / h alebo 19,4 m3 / s. Otáčky ventilátora - 720 ot / min. alebo 75,36 rad / s., výkon asynchrónneho hnacieho motora ventilátora je 35 kW.

Ventilátor vháňa vonkajší vzduch do ohrievača vzduchu. V dôsledku tepelnej výmeny vzduchu s horúcou vodou, ktorá prechádza rúrkami výmenníka tepla, sa prechádzajúci vzduch ohrieva.

Uvažujme o schéme regulácie prevádzkového režimu ventilátora VTs-4-76 č. 16. Na obr. 4.3 ukazuje funkčný diagram ventilátorovej jednotky s reguláciou otáčok.

Ryža. 4.3

Prenosovú funkciu ventilátora je možné reprezentovať ako zosilnenie, ktoré je určené na základe aerodynamických charakteristík ventilátora (obr. 4.2). Zisk ventilátora v prevádzkovom bode je 1,819 m3 / s (najnižšia možná, stanovená experimentálne).

Ryža. 4.4

Experimentálne bolo zistené, že na implementáciu potrebných prevádzkových režimov ventilátora je potrebné do meniča frekvencie riadenia dodať nasledujúce hodnoty napätia (tabuľka 4.1):

Tabuľka 4.1 Prevádzkové režimy prívodného vetrania

Súčasne, aby sa zvýšila spoľahlivosť elektromotora ventilátorov napájacej aj výfukovej sekcie, nie je potrebné im nastavovať prevádzkové režimy s maximálnym výkonom. Úlohou experimentálnej štúdie bolo nájsť také riadiace napätie, pri ktorom by sa pozorovali nižšie vypočítané výmenné kurzy vzduchu.

Odvodnú ventiláciu predstavujú tri odstredivé ventilátory značiek VTs-4-76-12 (výkon 28 000 m3 / h pri n = 350 ot / min, výkon asynchrónneho pohonu N = 19,5 kW) a VTs-4-76-10 (kapacita 20 000 m3 / h pri n = 270 ot / min, výkon asynchrónneho pohonu N = 12,5 kW). Podobne ako pre prívodnú ventiláciu pre vetvu výfukovej ventilácie, hodnoty riadiacich napätí boli experimentálne získané (tabuľka 4.2).

Aby sme predišli stavu „hladovania kyslíkom“ v robotníckych obchodoch, vypočítame miery výmeny vzduchu pre zvolené prevádzkové režimy ventilátorov. Musí spĺňať podmienku:

Tabuľka 4.2 Prevádzkové režimy výfukového vetrania

Pri výpočte zanedbávame prívodný vzduch prichádzajúci zvonku, ako aj architektúru budovy (steny, podlahy).

Rozmery priestorov na vetranie: 150x40x10 m, celkový objem miestnosti je Vroom? 60 000 m3. Požadovaný objem privádzaného vzduchu je 66 000 m3 / h (pre koeficient 1,1 bol zvolený ako minimálny, pretože sa nebral do úvahy prítok vzduchu zvonku). Je zrejmé, že zvolené prevádzkové režimy napájacieho ventilátora spĺňajú uvedenú podmienku.

Celkový objem nasávaného vzduchu sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca

Na výpočet výfukovej nohy boli zvolené režimy „núdzového výfuku“. Ak vezmeme do úvahy korekčný faktor 1,1 (pretože núdzový režim prevádzky je považovaný za najmenší možný), objem odsávaného vzduchu sa bude rovnať 67,76 m3 / h. Táto hodnota v medziach prípustných chýb a predtým prijatých rezervácií spĺňa podmienku (4.2), čo znamená, že zvolené prevádzkové režimy ventilátorov zvládnu úlohu zaistenia výmeny vzduchu.

Motory ventilátorov majú tiež vstavanú ochranu proti prehriatiu (termostat). Keď teplota na motore stúpne, reléový kontakt termostatu zastaví činnosť elektrického motora. Snímač diferenčného tlaku zaznamená zastavenie elektromotora a vyšle signál na ovládací panel. Je potrebné zabezpečiť reakciu ACS PVV na núdzové zastavenie motorov ventilátorov.

Odoslanie dobrej práce do znalostnej základne je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Podobné dokumenty

Základy fungovania systému automatického riadenia prívodu a odsávania, jeho konštrukcia a matematický popis. Technologické technologické zariadenia. Výber a výpočet regulátora. Štúdium stability ATS, ukazovatele jej kvality.

semestrálny príspevok, pridané 16.2.2011


Všeobecné charakteristiky a účel, oblasti praktického použitia automatického riadiaceho systému pre prívodné a výfukové vetranie. Automatizácia regulačného procesu, jeho princípy a etapy implementácie. Voľba fondov a ich ekonomické opodstatnenie.

práca, pridané 10.04.2011


Analýza existujúcich typických schém automatizácie vetrania vo výrobných prevádzkach. Matematický model procesu vetrania priemyselných priestorov, výber a popis automatizačných zariadení a riadiacich prvkov. Výpočet nákladov na automatizačný projekt.

práca, pridané 06/11/2012


Porovnávacia analýza technických charakteristík typických štruktúr chladiacich veží. Prvky vodovodných systémov a ich klasifikácia. Matematický model procesu zásobovania obehovou vodou, výber a popis automatizačných zariadení a riadiacich prvkov.

práca, pridané 9. 4. 2013


Všeobecné charakteristiky ropovodu. Klimatické a geologické charakteristiky lokality. Všeobecné usporiadanie čerpacej stanice. Kmeňové čerpacie stanice a tanková farma PS-3 „Almetyevsk“. Výpočet systému prívodu a výfukového vetrania čerpacej stanice.

práca, pridané 17. 4. 2013


Analýza vývoja projektového návrhu dekoratívnej palice. Heraldika ako špeciálna disciplína zaoberajúca sa štúdiom erbov. Metódy výroby nástrojov pre voskovité modely. Etapy výpočtu prívodu a odsávania pre taviaci oddiel.

práca, pridané 26. 1. 2013


Popis inštalácie ako objektu automatizácie, možnosti zlepšenia technologického postupu. Výpočet a výber prvkov komplexu technických prostriedkov. Výpočet systému automatického riadenia. Vývoj aplikačného softvéru.

práca, pridané 24.11.2014

1

Práca sa zaoberá procesmi modelovania ventilácie a disperzie jej emisií v atmosfére. Modelovanie je založené na riešení sústavy Navier-Stokesových rovníc, zákonov zachovania hmotnosti, hybnosti, tepla. Uvažuje sa o rôznych aspektoch numerického riešenia týchto rovníc. Na výpočet hodnoty súčiniteľa turbulencie pozadia je navrhnutý systém rovníc. Pre hypersonickú aproximáciu je navrhnuté riešenie spolu s rovnicami dynamiky tekutín uvedenými v článku rovnice postavenia ideálneho skutočného plynu a pary. Táto rovnica je modifikáciou van der Waalsovej rovnice a presnejšie zohľadňuje veľkosť molekúl plynu alebo pary a ich interakciu. Na základe podmienky termodynamickej stability sa získa vzťah, ktorý umožní jednému vylúčiť fyzicky nerealizovateľné korene pri riešení rovnice s ohľadom na objem. Vykonáva sa analýza známych výpočtových modelov a výpočtových balíkov dynamiky tekutín.

modelovanie

vetranie

turbulencie

rovnice prenosu tepla a hmoty

stavová rovnica

skutočný plyn

rozptyl

1. Berlyand ME Moderné problémy atmosférickej difúzie a znečistenia atmosféry. - L.: Gidrometeoizdat, 1975.- 448 s.

2. Belyaev NN Modelovanie procesu disperzie toxického plynu v stavebných podmienkach // Bulletin DIIT. - 2009. - č. 26 - S. 83-85.

3. Byzova NL Experimentálne štúdie atmosférickej difúzie a výpočty rozptylu nečistôt / NL Byzova, EK Garger, VN Ivanov. - L.: Gidrometeoizdat, 1985.- 351 s.

4. Datsyuk TA Modelovanie rozptylu emisií z ventilácie. - SPb: SPBGASU, 2000.- 210 s.

5. Sauts AV Aplikácia algoritmov kognitívnej grafiky a metód matematickej analýzy na štúdium termodynamických vlastností izobutánu R660A na saturačnej čiare: Grant č. 2C / 10: správa z výskumu (záverečná) / GOUVPO SPBGASU; ruky. Gorokhov V.L., isp.: Sauts A.V.- SPb, 2011.- 30 s.: Chorý.- Bibliografia: s. 30.- č.GR 01201067977.-Inv. Č. 02201158567.

Úvod

Pri navrhovaní priemyselných komplexov a unikátnych zariadení je potrebné komplexne odôvodniť otázky súvisiace so zaistením kvality ovzdušia a štandardizovaných parametrov mikroklímy. Vzhľadom na vysoké náklady na výrobu, inštaláciu a prevádzku vetracích a klimatizačných systémov sú na kvalitu technických výpočtov kladené zvýšené požiadavky. Na výber racionálnych návrhových riešení v oblasti vetrania je potrebné vedieť analyzovať situáciu ako celok, t.j. odhaliť priestorový vzťah dynamických procesov prebiehajúcich vo vnútri priestorov a v atmosfére. Vyhodnoťte účinnosť vetrania, ktorá závisí nielen od množstva vzduchu dodávaného do miestnosti, ale aj od prijatej schémy distribúcie vzduchu a koncentrácie škodlivých látok vo vonkajšom vzduchu v miestach prívodov vzduchu.

Účel článku- použitie analytických závislostí, pomocou ktorých sa vykonávajú výpočty množstva škodlivých emisií, na určenie rozmerov kanálov, vzduchových potrubí, mín a výberu spôsobu úpravy vzduchu atď. V takom prípade je vhodné použiť softvérový produkt „Stream“ s modulom „VSV“. Na prípravu počiatočných údajov je potrebné mať schémy navrhnutých ventilačných systémov s uvedením dĺžok sekcií a prietokov vzduchu v koncových častiach. Vstupnými údajmi pre výpočet sú popis ventilačných systémov a požiadavky na ne. Pomocou matematického modelovania sú vyriešené nasledujúce problémy:

• výber najlepších možností pre prívod a odvod vzduchu;
• distribúcia parametrov mikroklímy podľa objemu priestorov;
• posúdenie aerodynamického režimu budovy;
• výber miest na prívod a odvod vzduchu.

Polia rýchlosti, tlaku, teploty, koncentrácie v miestnosti a atmosfére sa tvoria pod vplyvom mnohých faktorov, ktorých kombináciu je ťažké vziať do úvahy v technických výpočtových metódach bez použitia počítača.

Využitie matematického modelovania pri problémoch vetrania a aerodynamiky je založené na riešení sústavy rovníc Navier - Stokes.

Na simuláciu turbulentných prúdov je potrebné vyriešiť systém rovníc zachovania hmotnosti a Reynoldsa (zachovanie hybnosti):

(2)

kde t- čas, X= X i , j , k- priestorové súradnice, u=u i , j , k - zložky vektora rýchlosti, R.- piezometrický tlak, ρ - hustota, τ ij- súčasti tenzora napätia, s m- zdroj hmoty, s i- súčasti zdroja impulzov.

Tenzor napätia je vyjadrený ako:

(3)

kde s ij- tenzor rýchlosti deformácie; δ ij- tenzor dodatočných napätí vznikajúcich v dôsledku prítomnosti turbulencií.

Informácie o teplotných poliach T a koncentrácia sškodlivých látok, je systém doplnený o nasledujúce rovnice:

rovnica zachovania tepla

rovnica zachovania pasívnej nečistoty s

(5)

kde C.R.- súčiniteľ tepelnej kapacity, λ - súčiniteľ tepelnej vodivosti, k= k i , j , k je koeficient turbulencie.

Základný koeficient turbulencie k bázy sa určujú pomocou sústavy rovníc:

(6)

kde k f - koeficient turbulencie pozadia, k f = 1 až 15 m 2 / s; s = 0,1-04;

Koeficienty turbulencie sa určujú pomocou rovníc:

(7)

Na otvorenom priestranstve s nízkym rozptylom je hodnota k z je určené rovnicou:

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

kde k 0 - hodnota k k na vysokej z 0 (k 0 = 0,1 m 2 / s pri z 0 = 2 m).

Na otvorenom priestranstve nie je profil rýchlosti vetra deformovaný;

S neznámou stratifikáciou atmosféry na otvorenom priestranstve je možné určiť profil rýchlosti vetra:

; (9)

kde z 0 je daná výška (výška meteorologickej lopatky); u 0 - rýchlosť vetra vo výške z 0 ; B = 0,15.

Za predpokladu splnenia podmienky (10), miestneho kritéria Richardson RI definovaný ako:

(11)

Rozlišujme rovnicu (9), rovnice (7) a (8), odtiaľ vyjadrujme k základne

(12)

Vyrovnajme rovnicu (12) s rovnicami systému (6). Do získanej rovnosti dosadíme (11) a (9), v konečnej podobe získame sústavu rovníc:

(13)

Pulzujúci termín, ktorý nasledoval podľa Boussinesqových myšlienok, je reprezentovaný ako:

(14)

kde μ t- turbulentná viskozita a ďalšie termíny v rovniciach prenosu energie a zložkách nečistôt sú modelované nasledovne:

(15)

(16)

Systém rovníc je uzavretý pomocou jedného z modelov turbulencie popísaných nižšie.

Na turbulentné toky študované vo ventilačnej praxi je vhodné použiť buď Boussinesqovu hypotézu o malosti zmien hustoty, alebo takzvanú „hypersonickú“ aproximáciu. Reynoldsove napätia sa považujú za úmerné časovo spriemerovaným rýchlostiam deformácie. Zavádza sa koeficient turbulentnej viskozity, tento koncept je vyjadrený ako:

. (17)

Efektívny koeficient viskozity sa vypočíta ako súčet molekulárnych a turbulentných koeficientov:

(18)

„Hypersonická“ aproximácia predpokladá riešenie rovnice ideálneho plynu spolu s vyššie uvedenými rovnicami:

ρ = p/(RT) (19)

kde p - tlak v životnom prostredí; R.- plynová konštanta.

Pre presnejšie výpočty je možné hustotu nečistôt určiť pomocou upravenej van der Waalsovej rovnice pre skutočné plyny a pary.

(20)

kde konštanty N. a M- vziať do úvahy asociáciu / disociáciu molekúl plynu alebo pary; ale- berie do úvahy ďalšie interakcie; b" - berúc do úvahy veľkosť molekúl plynu; υ = 1 / ρ.

Oddelením od rovnice (12) je tlak R. a jeho diferenciáciou podľa objemu (berúc do úvahy termodynamickú stabilitu) sa získa nasledujúci vzťah:

. (21)

Tento prístup umožňuje výrazne skrátiť čas výpočtu v porovnaní s prípadom použitia úplných rovníc pre stlačiteľný plyn bez zníženia presnosti získaných výsledkov. Na vyššie uvedené rovnice neexistuje žiadne analytické riešenie. V tejto súvislosti sa používajú numerické metódy.

Na riešenie problémov s ventiláciou spojených s prenosom skalárnych látok turbulentným prúdením sa pri riešení diferenciálnych rovníc používa deliaca schéma pre fyzikálne procesy. Podľa zásad delenia je integrácia konečných rozdielov hydrodynamických rovníc a konvekčne-difúzneho prenosu skalárnej látky v každom časovom kroku Δ t prebieha v dvoch fázach. V prvej fáze sa vypočítajú hydrodynamické parametre. V druhom štádiu sú difúzne rovnice riešené na základe vypočítaných hydrodynamických polí.

Vplyv prenosu tepla na tvorbu poľa rýchlosti vzduchu sa berie do úvahy pomocou Boussinesqovej aproximácie: do pohybovej rovnice pre zložku vertikálnej rýchlosti sa zavedie ďalší termín, ktorý zohľadňuje vztlakové sily.

Existujú štyri prístupy k riešeniu problémov turbulentného pohybu tekutiny:

• priame modelovanie „DNS“ (riešenie nestacionárnych Navier-Stokesových rovníc);
• riešenie spriemerovaných Reynoldsových rovníc „RANS“, ktorých systém však nie je uzavretý a potrebuje ďalšie uzatváracie vzťahy;
• veľká vírivá metóda «LES » , ktorý je založený na riešení nestacionárnych Navierových - Stokesových rovníc s parametrizáciou vírov subgridovej stupnice;
• metóda "DES" , čo je kombináciou dvoch metód: v zóne oddelených tokov - „LES“ a v oblasti „hladkého“ toku - „RANS“.

Najatraktívnejšou z hľadiska presnosti získaných výsledkov je nepochybne metóda priamej numerickej simulácie. V súčasnosti však možnosti počítačovej technológie ešte neumožňujú riešenie problémov so skutočnou geometriou a číslami. Re, a s rozlíšením vírov všetkých veľkostí. Pri riešení celého radu technických problémov sa preto používajú numerické riešenia Reynoldsových rovníc.

V súčasnosti sa na simuláciu vetracích úloh úspešne používajú certifikované balíky ako „STAR-CD“, „FLUENT“ alebo „ANSYS / FLOTRAN“. So správne formulovaným problémom a racionálnym algoritmom riešenia množstvo získaných informácií umožňuje vo fáze návrhu zvoliť optimálnu možnosť, ale vykonávanie výpočtov pomocou týchto programov vyžaduje vhodnú prípravu a ich nesprávne použitie môže viesť k chybným výsledkom.

Za „základný prípad“ možno považovať výsledky všeobecne uznávaných metód výpočtu zostatku, ktoré umožňujú porovnať integrálne hodnoty charakteristické pre posudzovaný problém.

Jedným z dôležitých bodov pri použití univerzálnych softvérových systémov na riešenie problémov s ventiláciou je výber modelu turbulencie. K dnešnému dňu je známy veľký počet rôznych modelov turbulencií, ktoré sa používajú na uzavretie Reynoldsových rovníc. Modely turbulencie sú klasifikované podľa počtu parametrov charakteristík turbulencie, jeden, dva a tri parametre.

Väčšina semi-empirických modelov turbulencií tak či onak používa „hypotézu o lokalite mechanizmu turbulentného prenosu“, podľa ktorej je mechanizmus prenosu turbulentného hybnosti úplne určený špecifikáciou miestnych derivátov priemerovaných rýchlostí a fyzikálnych vlastnosti tekutiny. Táto hypotéza neberie do úvahy vplyv procesov prebiehajúcich ďaleko od uvažovaného bodu.

Najjednoduchšie sú jednoparametrické modely využívajúce koncept turbulentnej viskozity «n t», A predpokladá sa, že turbulencie sú izotropné. Upravená verzia modelu „n t-92 "sa odporúča na modelovanie prúdových a oddelených prúdov. Jednobarevný model „S-A“ (Spalart-Almaras), ktorý obsahuje prenosovú rovnicu pre množstvo, tiež dáva dobrú zhodu s experimentálnymi výsledkami.

Nedostatok modelov s jedinou transportnou rovnicou je spojený so skutočnosťou, že im chýbajú informácie o distribúcii stupnice turbulencií L... Podľa sumy L sú ovplyvnené procesy prenosu, spôsoby vzniku turbulencií, rozptyl turbulentnej energie. Univerzálna závislosť na určenie L neexistuje. Rovnica pre stupnicu turbulencií Lčasto sa ukazuje ako presne tá rovnica, ktorá určuje presnosť modelu a podľa toho oblasť jeho použiteľnosti. Rozsah týchto modelov je v zásade obmedzený na relatívne jednoduché šmykové toky.

V dvojparametrových modeloch, okrem stupnice turbulencií L ako druhý parameter sa používa rýchlosť rozptylu turbulentnej energie . Takéto modely sa najčastejšie používajú v modernej výpočtovej praxi a obsahujú rovnice prenosu energie turbulencie a rozptylu energie.

Známy model obsahuje rovnice pre prenos energie turbulencie k a rýchlosť rozptylu turbulentnej energie ε. Modely ako „ k- e " môže byť použitý ako pre prietoky v blízkosti steny, tak aj pre zložitejšie oddelené toky.

Vo verzii s nízkym a vysokým výkonom sú použité dva parametre. V prvom sa priamo zohľadňuje mechanizmus interakcie molekulárneho a turbulentného transportu v blízkosti pevného povrchu. Vo verzii s vysokým Reynoldsom je mechanizmus turbulentného prenosu v blízkosti pevnej hranice popísaný špeciálnymi funkciami blízko steny, ktoré spájajú parametre toku so vzdialenosťou od steny.

V súčasnosti medzi najsľubnejšie modely patria modely SSG a Gibson-Launder, ktoré používajú nelineárny vzťah medzi tenzorom turbulentného napätia Reynolds a tenzorom priemerných rýchlostí deformácie. Boli navrhnuté tak, aby zlepšili predpovedanie separačných prúdov. Pretože sú v nich vypočítané všetky tenzorové komponenty, vyžadujú v porovnaní s dvojparametrickými modelmi veľké počítačové zdroje.

Pri komplexne oddelených tokoch boli niektoré výhody odhalené použitím jednoparametrových modelov „n t-92 "," S-A "v presnosti predpovedania parametrov toku a v rýchlosti počítania v porovnaní s dvojparametrickými modelmi.

Program „STAR-CD“ napríklad umožňuje používať modely ako „ k- e “, Spalart - Almaras,„ SSG “,„ Gibson -Launder “, ako aj metóda veľkých vírov„ LES “a metóda„ DES “. Posledné dve metódy sú vhodnejšie na výpočet pohybu vzduchu v zložitých geometriách, kde sa objaví množstvo oddelených vírivých oblastí, ale vyžadujú veľké výpočtové zdroje.

Výsledky výpočtu výrazne závisia od výberu výpočtovej mriežky. V súčasnosti sa používajú špeciálne programy na vytváranie záberov. Sieťové bunky môžu mať rôzne tvary a veľkosti, aby čo najlepšie vyhovovali vašej konkrétnej aplikácii. Najjednoduchší typ mriežky je, keď sú bunky rovnaké a majú kubický alebo obdĺžnikový tvar. Univerzálne počítačové programy, ktoré sa v súčasnosti používajú v strojárskej praxi, umožňujú pracovať na ľubovoľných neštruktúrovaných sieťach.

Na vykonanie výpočtov pre numerickú simuláciu problémov vetrania je potrebné nastaviť hraničné a počiatočné podmienky, t.j. hodnoty závislých premenných alebo ich normálnych gradientov na hraniciach výpočtovej domény.

Špecifikácia s dostatočným stupňom presnosti geometrických znakov študovaného objektu. Na tieto účely je možné pre stavbu trojrozmerných modelov odporučiť také balíky ako „SolidWorks“, „Pro / Engeneer“, „NX Nastran“. Pri konštrukcii výpočtovej mriežky je počet buniek zvolený tak, aby bolo dosiahnuté spoľahlivé riešenie s minimálnym časom výpočtu. Mal by byť zvolený jeden z semi-empirických modelov turbulencie, ktorý je pre uvažovaný tok najefektívnejší.

IN záver dodávame, že na správnu formuláciu hraničných podmienok problému a posúdenie spoľahlivosti výsledkov je potrebné dobré porozumenie kvalitatívneho aspektu prebiehajúcich procesov. Modelovanie emisií vetrania vo fáze projektovania zariadení možno považovať za jeden z aspektov informačného modelovania zameraného na zaistenie environmentálnej bezpečnosti zariadenia.

Recenzenti:

• Volikov Anatolij Nikolajevič, doktor technických vied, profesor katedry dodávky tepla a plynu a ochrany povodia, FGBOU VPOI „SPBGASU“, Petrohrad.
• Polushkin Vitaly Ivanovich, doktor technických vied, profesor, profesor katedry vykurovania, vetrania a klimatizácie, FGBOU VPO „SPbGASU“, Petrohrad.

Bibliografický odkaz

Datsyuk T.A., Sauts A.V., Yurmanov B.N., Taurit V.R. MODELOVANIE VENTILAČNÝCH PROCESOV // Moderné problémy vedy a vzdelávania. - 2012. - č. 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=6744 (dátum prístupu: 17.10.2017). Upozorňujeme na časopisy vydávané „Akadémiou prírodných vied“ Daria Denisikhina, Maria Lukanina, Michail Samoletov

V modernom svete je už nemožné navrhnúť ventilačné systémy bez matematického modelovania prúdenia vzduchu.

V modernom svete je už nemožné navrhnúť ventilačné systémy bez matematického modelovania prúdenia vzduchu. Konvenčné inžinierske techniky sú vhodné pre typické miestnosti a štandardné riešenia distribúcie vzduchu. Keď sa dizajnér stretne s neštandardnými predmetmi, mali by mu pomôcť metódy matematického modelovania. Článok je venovaný štúdiu distribúcie vzduchu v chladnom období v obchode na výrobu rúr. Táto dielňa je súčasťou komplexu továrne, ktorý sa nachádza v ostro kontinentálnom podnebí.

V 19. storočí boli získané diferenciálne rovnice na opis prúdenia kvapalín a plynov. Sformulovali ich francúzsky fyzik Louis Navier a britský matematik George Stokes. Navier -Stokesove rovnice patria k najdôležitejším v hydrodynamike a používajú sa v matematickom modelovaní mnohých prírodných javov a technických problémov.

V posledných rokoch sa v stavebníctve nahromadilo veľké množstvo geometricky a termodynamicky zložitých predmetov. Použitie metód výpočtovej dynamiky tekutín výrazne zvyšuje možnosti navrhovania ventilačných systémov, čo umožňuje s vysokou presnosťou predpovedať rozdelenie rýchlosti, tlaku, teploty, koncentrácie komponentov v ktoromkoľvek bode budovy alebo akéhokoľvek jej priestoru. .

Intenzívne používanie metód výpočtovej dynamiky tekutín sa začalo v roku 2000, keď sa objavili univerzálne softvérové ​​obaly (balíčky CFD), ktoré umožnili nájsť numerické riešenia systému rovníc Navier - Stokes vzhľadom na predmet záujmu. Od tej doby sa „BURO TEKHNIKI“ zaoberá matematickým modelovaním vo vzťahu k problémom vetrania a klimatizácie.

Popis úlohy

V tejto štúdii boli numerické simulácie vykonávané pomocou STAR-CCM +, balíka CFD vyvinutého spoločnosťou CD-Adapco. Výkon tohto balíka pri riešení problémov s vetraním bol
Bol opakovane testovaný na objektoch rôznej zložitosti, od kancelárskych priestorov po divadelné sály a štadióny.

Problém je veľmi zaujímavý z hľadiska dizajnu aj matematického modelovania.

Teplota vonkajšieho vzduchu -31 ° C V miestnosti sú objekty so značným prívodom tepla: kaliaca pec, temperovacia pec atď. Medzi vonkajšími obvodovými štruktúrami a vnútornými predmetmi generujúcimi teplo sú teda veľké teplotné rozdiely. V dôsledku toho nemožno pri simulácii zanedbávať príspevok prenosu radiačného tepla. Ďalšia ťažkosť v matematickej formulácii problému spočíva v tom, že do budovy je niekoľkokrát za smenu privedený ťažký vlak s teplotou -31 ° C. Postupne sa zahrieva a ochladzuje vzduch okolo.

Na udržanie požadovanej teploty vzduchu v objeme dielne (v chladnej sezóne najmenej 15 ° C) projekt zabezpečuje vetranie a klimatizačné systémy. V štádiu návrhu bol vypočítaný prietok a teplota dodávaného vzduchu potrebná na udržanie požadovaných parametrov. Otázkou zostalo - ako dodať vzduch do objemu dielne, aby bolo zaistené najrovnomernejšie rozloženie teploty v celom objeme. Modelovanie umožnilo relatívne krátku dobu (dva až tri týždne) vidieť priebeh prúdenia vzduchu pre niekoľko možností prívodu vzduchu a potom ich porovnať.

FÁZE MATEMATICKÉHO MODELOVANIA

• Budovanie pevnej geometrie.
• Rozdelenie pracovného priestoru na bunky výpočtovej siete. Vopred je potrebné urobiť opatrenia pre oblasti, v ktorých je potrebné ďalšie spresnenie buniek. Pri budovaní mriežky je veľmi dôležité nájsť strednú cestu, kde je veľkosť bunky dostatočne malá na to, aby sa získali správne výsledky, pričom celkový počet buniek nebude taký veľký, aby sa čas výpočtu predĺžil na neprijateľný čas. Budovanie siete je preto celé umenie, ktoré prichádza so skúsenosťami.
• Nastavenie hraničných a počiatočných podmienok v súlade s formuláciou problému. Vyžaduje sa porozumenie špecifikám úloh vetrania. Správny výber modelu turbulencie hrá dôležitú úlohu pri príprave výpočtu.
• Výber vhodného fyzického modelu a modelu turbulencie.

Výsledky simulácie

Na vyriešenie problému uvažovaného v tomto článku boli absolvované všetky fázy matematického modelovania.

Na porovnanie účinnosti vetrania boli zvolené tri možnosti prívodu vzduchu: v uhloch k vertikále 45 °, 60 ° a 90 °. Vzduch bol dodávaný zo štandardných mriežok na distribúciu vzduchu.

Polia teploty a rýchlosti získané ako výsledok výpočtu pri rôznych uhloch prívodu privádzaného vzduchu sú znázornené na obr. jeden.

Po analýze výsledkov bol za najúspešnejšiu z uvažovaných možností vetrania dielne zvolený uhol prívodu prívodného vzduchu rovný 90 °. Pri tomto spôsobe podávania nevznikajú v pracovnej oblasti zvýšené rýchlosti a je možné dosiahnuť pomerne rovnomerný obraz teploty a rýchlosti v celom objeme dielne.

Konečné rozhodnutie

Polia teploty a rýchlosti v troch prierezoch prechádzajúcich mriežkami privádzaného vzduchu sú znázornené na obr. 2 a 3. Rozloženie teploty v miestnosti je rovnomerné. Vyššie teploty pod stropom sú iba v oblasti, kde sú pece koncentrované. V pravom rohu miestnosti najďalej od pecí je chladnejšia oblasť. Tu vchádzajú studené vozne z ulice.

Obr. 3 je jasne vidieť, ako sa horizontálne prúdy dodávaného vzduchu šíria. Pri tomto spôsobe napájania má napájací prúd dostatočne dlhý dosah. Vo vzdialenosti 30 m od mriežky je teda rýchlosť prúdenia 0,5 m / s (pri východe z mriežky je rýchlosť 5,5 m / s). Vo zvyšku miestnosti je pohyblivosť vzduchu nízka, na úrovni 0,3 m / s.

Ohriaty vzduch z kaliacej pece odkláňa prúd privádzaného vzduchu nahor (obr. 4 a 5). Kachle veľmi ohrievajú vzduch okolo. Teplota pri podlahe je tu vyššia ako v strede miestnosti.

Teplotné pole a prúdnice v dvoch častiach hot shopu sú znázornené na obr. 6.

závery

Výpočty umožnili analyzovať účinnosť rôznych spôsobov prívodu vzduchu do dielne na výrobu rúr. Zistilo sa, že keď je napájaný horizontálnym prúdom, dodávaný vzduch sa šíri ďalej do miestnosti, čo prispieva k jeho rovnomernejšiemu vykurovaniu. Súčasne nevznikajú oblasti s príliš veľkou pohyblivosťou vzduchu v pracovnej oblasti, ako sa to stane, keď je privádzaný vzduch dodávaný pod uhlom nadol.

Použitie metód matematického modelovania pri problémoch s vetraním a klimatizáciou je veľmi sľubným smerom, ktorý umožňuje vo fáze návrhu opraviť riešenie, aby sa predišlo potrebe opraviť neúspešné konštrukčné riešenia po uvedení objektov do prevádzky. ●

Daria Denisikhina - Vedúci oddelenia „Matematické modelovanie“;
Mária Lukanina - Vedúci inžinier oddelenia „matematické modelovanie“;
Michail Samoletov - Výkonný riaditeľ LLC „MM-Technologies“