Регулирование работы холодильной машины. Определение устойчивости системы автоматического регулирования. Составление, подбор регуляторов и анализ функциональной схемы САР холодильной машины

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕПЛОФИЗИКИ

Индивидуальная работа

по дисциплине

 “Автоматизация энергетических установок”

      Выполнил                                                                                    Козачёк А. Ю.

     Группа                                                                                           Х-61

      Вариант                                                                                         57

      Проверил                                                                                      Козин В.Н.                  

Сумы 2010

Содержание

с

1. Регулирование работы холодильной машины.. 3

1.1Изменение производительности дросселированием на всасывании. 3

1.2 Изменение производительности путем отключения цилиндров. 5

1.3 Регулирование производительности методом «пуск-остановка». 5

2. Определение устойчивости системы автоматического регулирования. 7

3. Составление, подбор регуляторов и анализ функциональной схемы САР холодильной машины.. 13

Литература. 17

 

1. Регулирование работы холодильной машины

Исходные данные

          Температура кипения хладагента:

            Температура конденсации хладагента:

          Хладагент: R717

          Газовая постоянная:

          Относительный внутренний КПД:

          Холодопроизводительность холодильной машины:

          Глубина регулирования:

  Изменение производительности дросселированием на всасывании

Температура всасывания

Температура в т. 3

По известным данным строится цикл холодильной машины в p-i диаграмме.

Рисунок 1.1.1 – Цикл ПКХМ в p-i диаграмме

Из p-i диаграммы для R717 при температурах   и  соответствующее им давление и ; энтальпии ; ; ; .

Удельная работа компрессора до регулирования

,

где .

Удельная работа компрессора при регулировании

,

где .

          Относительное изменение удельной работы

Рисунок 1.1.2 – Сравнительная схема ПКХМ до (1-2-3-4) и после (1’-2-3-4’)

регулирования дросселированием на всасывании

1.2 Изменение производительности путем отключения цилиндров

Удельная работа на номинальном режиме

,

где  - индикаторная удельная работа;

 - удельная работа трения.

          Индикаторная мощность при номинальном режиме

Индикаторная мощность при регулировании

 - на режиме регулирования происходит увеличение удельной работы трения.

          Относительное изменение удельной работы

1.3 Регулирование производительности методом «пуск-остановка»

Метод широко распространен при регулировании производительности холодильных машин.

Преимуществом является то, что во время остановки нет потребления электроэнергии, относительная простота и большая глубина регулирования.

Недостатки способа:

- резкое увеличение потребления двигателем энергии и его перегрев при пуске;

- повышенный износ подшипников при пуске.

          Однако общее увеличение износа незначительно, т.к. оно частично компенсируется отсутствием износа во время остановки компрессора.

Наибольшее число выключений в час

,

где  - массовая производительность компрессора;

 - средняя температура в ресивере;

 - объем ресивера;

          Таким образом, предполагается включение около 11 раз в час.

          Данный способ имеет экономические преимущества по затратам удельной работы перед другими и технически несложный. Поэтому его можно использовать для регулирования выгоден в зимнее время, когда теплопритоки  в камеру в камеру резко уменьшаются и время простоя компрессора значительно увеличивается.

2.  Определение устойчивости системы автоматического

регулирования

При устойчивом режиме

;

Рисунок 2.1 – Схема холодильной камеры

     Уравнение энергетического баланса

,

где  - теплоемкость воздуха в камере.

          Условие устойчивого режима

          При стационарном режиме

;

          Таким образом, характеристика подвода (теплоприток в камеру) и характеристика отвода (холодопроизводительность) зависят только от температуры в камере.

;

          По правилу дифференцирования

;       ;

тогда .

          Введем  - относительное отклонение регулируемого параметра.

;

;

;

,

где  - время переходного процесса (переход от начального до установившегося режима).

          Принимаем, что , тогда получим уравнение вида

,

где  - корень характеристического уравнения.

          Тогда условием устойчивости камеры будет

,

Тогда при

          Значит при  будет выполнятся условие устойчивости.

          Покажем это графически

Рисунок 2.2 – Схема к графическому определению устойчивости системы «окружающая среда – холодильная камера»

          И в этом случае условием устойчивости будет являться

          Условие устойчивости выполняется, т.е. холодильная камера обладает свойством саморегулирования.

          При наличии системы регулирования

          Тепловой поток, поступающий в камеру, зависит не только от , но и от положения дроссельной заслонки , изменяющей поступление холодильного агента в камеру.

Рисунок 2.3 – Схема холодильной камеры для расчета параметров устойчивости с учетом регулирования с помощью задвижки

; ;

; ;

          Введем безразмерные переменные:

 - относительное отклонение регулируемого параметра;

; ;

           - относительное отклонение положение регулирующего устройства.

,

где  и  - максимальное и минимальное открытие трубопровода ( соответствует полному закрытию).

; ,

где ; .

          Представим в безразмерном виде перемещение конца штока чувствительного элемента  в зависимости от величины регулирующего параметра :

,

где  и  - положение штока чувствительного элемента при соответствующих параметрах  и .

 - относительное перемещение чувствительного элемента.

Разделим правую част на :

;

,

обозначим, что  - относительная величина неравномерности регулируемого параметра.

          Тогда

          Шток чувствительного элемента в заданной схеме регулирования (рис. 2.3) связан с рычагом I-го рода с перемещением регулирующего органа-задвижки

          Уравнение связи

           - уравнение регулирующего параметра;

          .

          Устойчивость определяется из выражения

и обеспечивается при выполнении условий:

,  и .

          Таким образом наличие регулятора позволяет добиться постоянства регулируемого параметра.

Рисунок 2.4 – График, показывающий регулирование системы «окружающая среда – холодильная камера»

          Точка 1 – точка устойчивости работы холодильной машины. Линия  - регулировочная характеристика. Следовательно,

,

а это и есть условие устойчивой работы холодильной машины.

3. Составление, подбор регуляторов и анализ функциональной схемы САР холодильной машины

Функциональная схема автоматизации и управления холодильной машины должна выполнять следующие функции: