CZ278959B6 - Circuit for flow control of a gaseous medium - Google Patents

Description

Zapojení k řízení toku plynného média

Vynález se týká zapojení k řízení toku plynného média v členěných soustavách rozvodových řádů průmyslového závodu, například napájení kyslíkového potrubí ocelárenského provozu.

Tyto rozvody mají zpravidla proměnlivý odběr, přičemž způsob napájení, například z turboagregátu, musí splňovat náročné požadavky na provozní přizpůsobivost okamžité, zejména nárůstové změně odběru.

Známá zařízení napájeni odběrového řádu komprimujícím zařízením s turboagregátem jsou založena na přepouštění části zkomprimovaného média zpětným proudem z výstupu s konstantním vyšším tlakem na odběrové úrovni na vstup s nižším tlakem.

Při zvlášť nízkém odběru je větší část zkomprimovaného média přepouštěna zpětně na vstup, což představuje značné ztráty energie, vynaložené na předchozí kompresi.

Tyto nevýhody odstraňuje zapojení k řízení toku plynného média, složené z přívodního řádu, propojeného se vstupem komprimujícího zařízení, jehož výstup je propojen jednak na odběrový řád, a jednak zpětně na vstup tohoto komprimujícího zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že měřicí člen odběrového tlaku, umístěný za zpětným ventilem v odběrové větvi, je spojen s řídicím vstupem zadávacího modulu, jehož vstupy jsou jednotlivě spojeny se zadávacími členy, a výstup tohoto zadávacího modulu je spojen s řídicím vstupem prvního regulátoru, jehož vstup je spojen s měřícím členem výstupního tlaku ve výstupní větvi, a výstup tohoto prvního regulátoru je spojen se vstupem prvního servopohonu prvního regulačního orgánu ve vstupní větvi, a měřicí člen výstupního množství ve výstupní větvi je spojen se vstupem druhého regulátoru, jehož výstup je spojen se vstupem druhého servopohonu druhého regulačního orgánu ve zpětné větvi.

Předností zapojení podle vynálezu je to, že redukcí parametru tlaku a množství proudu plynného médiapodle předem stanoveného časového průběhu při dosažení stavu nasycení odběrového řádu se. dosahuje snížení výstupního tlaku oproti odběrovému tlaku, a tím se minimalizuje efektivní výkon komprimujícího zařízení při minimálním zpětně přepouštěném množství tohoto plynného média z výstupu na vstup.

Další přednosti je šetrný pracovní režim silového zařízení, dosahovaný optimálním řízením toku tohoto plynného média.

Zapojení podle vynálezu je v příkladném provedení znázorněno na přiloženém výkrese, kde na obr. 1 je znázorněno principiálně řízení toku plynného média, na obr. 2 zapojení pro toto řízení, a na obr. 3 optimální provedení řídicího členu.

Na obr. 1 je znázorněn přívodní proud v přívodní větvi F_o z přívodního řádu P s nižším tlakem, který se v prvním vztažném místě spojuje se zpětným proudem ve zpětné větvi F₄ a vytváří vstupní proud ve vstupní větvi F^.

Tento proud se komprimuje na vyšší tlak a přechází jako výstupní proud ve výstupní větvi F₂ do druhého vztažného místa M₂, kde se dělí, na odběrový proud v odběrové větvi F₃, vyústěné do odběrového řádu 0, a zpětný proud ve zpětné větvi F₄.

Na obr. 2 přívodní řád P je znázorněn přívodní řád P a odběrový řád 0. Na je přes přívodní větev F_o napojeno první vztažné místo Mj, které je přeš vstupní

komprimujícího zařízení T, například turbokompresoru s pohonem A. Výstup tohoto komprimujícího zařízení T je spojen přes výstupní větev F₂ s druhým vztažným místem M₂ a dále přes odběrovou větev

F₃ s odběrovým řádem 0.

V odběrové větvi F₃ je zařazen zpětný ventil Z.

Druhé vztažné místo M₂ je dále spojeno s prvním vztažným místem Mj přes zpětnou větev F₄.

DO těchto větví jsou zařazeny další prvky, a to do vstupní větve Fj je zařazen první regulační orgán Kj, do zpětné větve je zařazen druhý regulační orgán K₂.

Regulačním orgánem je například regulační klapka, regulační ventil a podobně.

Do odběrové větve F₃ je zařazen zpětný ventil Z,. Do výstupní větve F₂ jsou zařazeny měřicí členy, a to měřicí člen 2 výstupního množství a měřicí člen p₂ výstupního tlaku. Do odběrové větve F₃ za zpětným ventilem Z. je zařazen měřicí člen p₃ odběrového tlaku.

Na obr. 2 je znázorněna první regulační smyčka, složená z měřicího členu p₂ výstupního bloku, spojeného se vstupem rj prvního regulátoru Rj, jehož výstup je spojen se vstupem Sj prvního servopohonu Sj prvního regulačního orgánu Kj. Měřicí člen p₃ odběrového tlaku je spojen s-řídicím vstupem zadávacího modulu H, jehož výstup je spojen s řídicím vstupem q j prvního regulátoru Rj.

Se vstupy h zadávacího modulu H jsou jednotlivě spojeny zadávací členy V.

Tyto zadávací členy V a zadávací modul H představují zadávací blok X, jehož skladba předem stanoví časový průběh redukce parametrů tlaku a množství proudů plynného média.

Na obr. 2 je znázorněna také druhá regulační smyčka, složená z měřicího členu 2 výstupního množství, spojeného se vstupem r₂ druhého regulátoru R₂, jehož výstup je spojen se vstupem s₂

-2CZ 278959 B6 druhého servopohonu S₂ znázorněn řídicí vstup druhého regulačního orgánu K₂.

Dále je zde

druhého regulátoru R₂.

Funkce zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že přívodní proud v přívodní větvi F_o plynného média z přívodního řádu P se v prvním vztažném místě Μ_χ spojuje se zpětným proudem ze zpětné větve F₄ a tento společný proud přechází přes první regulační orgán K·^ jako vstupní proud vstupní větve na vstup t-j^ komprimujícího zařízení T. Plynné médium s nižším tlakem v prvním vztažném místě je komprimováno na vyšší výstupní tlak výstupního proudu ve výstupní větvi F₂.

Z druhého vztažného místa M₂ přechází zpětný proud zpětnou větví F₄ do prvního vztažného místa M^. Množství v tomto zpětném proudu je proměnlivé v závislosti na odběrových poměrech plynného média z odběrového řádu 0. Tok plynného média je jednosměrný a je shodný s vyznačeným směrem přívodního proudu, vstupního proudu, výstupního proudu, odběrového proudu a zpětného proudu.

Při dosažení stavu nasycení odběrového řádu 0, což se projeví dosažením odběrového tlaku jmenovité odběrové hodnoty, se redukují parametry tlaku a množství proudů plynného média podle předem stanoveného časového průběhu, například tak, že se plynule redukuje výstupní tlak na minimální kritickou hodnotu tohoto tlaku. Této kritické hodnotě výstupního tlaku odpovídá v konkrétních podmínkách komprimujícího pochodu minimální kritické průtočné množství. Interakce výstupního tlaku a průtočného množství je určena konkrétními parametry toku plynného média.

Funkci příkladného provedení zapojení podle vynálezu znázorňuje číselný příklad.

Rozvodná síť kyslíku v hutním závodě pracuje tak, že v přívodním řádu P je hodnota nižšího tlaku p-^ rovna 180 mm vodního sloupce. Přívodní proud v přívodní větvi F_p je roven řádově 11 000 Nm³/hod a vytváří vstupní proud.ve vstupní větvi Fj, který se komprimuje na vyšší tlak a přechází jako výstupní proud výstupní větví F₂ do odběrové větve F₃, vyústěné do odběrového řádu O . Tlak v odběrové větvi je roven 3 MPa.

Odběrový tlak kolísá podle odběrových poměrů, tj. zatížení odběrového řádu 0 odběrovými místy, například provozovanými konvertory, běžně v rozmezí 1,8 až 3 MPa.

Při dosažení stavu nasycení odběrového řádu 0, tj. dosažení odběrového tlaku jmenovité odběrové hodnoty 3 MPa, se redukují parametry množství a tlaku proudů kyslíku podle předem stanoveného časového průběhu tak, že se redukuje průtočné množství podle předem stanoveného, například lineárního, průběhu v čase, až do dosažení předem stanovené přípustné hodnoty tohoto množství,

-3CZ 278959 B6 například 6 000 Nm³/hod, a předem stanovené hodnoty výstupního tlaku, například 1 MPa.

Výsledkem je to, že se kyslík při chodu naprázdno komprimuje na tlak 1 MPa, zatím co v odběrovém řádu je tlak 3 MPa. Časový průběh redukce vstupního proudu je určen předem, například jako lineární průběh s odstupňovanou strmostí, dále jako obecná časově spojitá funkce, nespojitá funkce, zejména jako impulsní průběh s odstupňovanou frekvencí a/nebo délkou impulsů a pod. Pro konkrétní parametry daného řízení toku plynného média, zejména při použití prostředků výpočetní techniky, je nasnadě soustava optimálních řešení tohoto průběhu, a podle podmínek konkrétního přechodového děje provádění výběru optimálního řešení z této soustavy.

Funkce zapojení podle obr. 2 je taková, že z přívodního řádu P přechází přívodní proud plynného média přes přívodní větev F_o do prvního vztažného místa M-p kde se spojuje se zpětným proudem ze zpětné větve F₄ a přechází dále jako vstupní proud vstupní větví s prvním regulačním orgánem na vstup t^ komprimujícího zařízení T. V tomto komprimujícím zařízení T se vstupní proud s nižším tlakem komprimuje na vyšší výstupní tlak.

V druhém vztažném místě M₂ se výstupní proud z výstupní větve F₂ dělí na odběrový proud v odběrové větvi F₂, který přechází přes zpětný ventil Z a vyúsťuje do odběrového řádu 0, a v závislosti na konkrétním pracovním a odběrovém režimu na zpětný proud ve zpětné větvi F₄.

Velikost vstupního proudu ve vstupní větvi F^ se nastavuje pomocí prvního regulačního orgánu Κ_τ a velikost zpětného proudu ve zpětné větvi F₄ se nastavuje pomocí druhého regulačního orgánu K₂. —

Při dosažení stavu nasycení odběrového řádu, kdy odběrový tlak dosáhne jmenovité odběrové hodnoty, přechází signál příslušné úrovně z měřicího členu p₃ odběrového tlaku na řídicí vstup £ zadávacího modulu H.

Tento zadávací modul H mění stav tak, že dřívější přechod signálu z prvního zadávacího členu V do tohoto modulu H se uzavírá a uvolňuje se přechod signálu z druhého zadávacího členu V do tohoto modulu H.

V nej jednodušším případě pracuje tento modul H jako přepínač, a to nejméně dvou signálů z prvního zadávacího členu Vaz druhého zadávacího členu V. Další provedení je takové, že tento modul způsobuje postupné řazení zadávacích členů V a to lineárně, váhově, podle vyšší kombinační, popřípadě sekvenční, funkce.

Signál ze zařazeného druhé vstupního členu V, popřípadě dalšího zadávacího členu V, přechází přes zadávací modul H na

-4CZ 278959 B6 řídicí vstup prvního regulátoru R^. Tento první regulátor R^ představuje regulátor tlaku, jehož působení se zanáší do soustavy přes první servopohon Sj s prvním regulačním orgánem K·^.

Přiškrcením vstupního proudu ve vstupní větvi Fj se průtočné množství přes komprimující zařízení T a tím i množství výstupního proudu ve výstupní větvi 12 , až do redukuj e výstupní dosažení rovnovážného stavu výstupního tlaku, odpovídajícího nastavení druhého zadávacího členu V, popřípadě dalšího zadávacího členu V.

Nastavení zadávacích členů V je takové, že výstupní tlak je vyšší než je minimální kritická hodnota tohoto tlaku.

Měřicí člen 2 výstupního množství přenáší příslušný signál na vstup r₂ druhého regulátoru R₂, který představuje regulátor množství. Na regulovanou soustavu působí tak, že přes druhý servopohon S₂ s druhým regulačním orgánem K₂ udržuje průtočné množství zpětného proudu ve zpětné větvi F₄ na úrovni zadané pomocí řídicího vstupu y ₂ druhého regulátoru R₂.

Tento druhý regulátor R₂ udržuje toto průtočné množství nad hodnotou minimálního průtočného množství, danou pracovní charakteristikou konkrétního provedení komprimujícího zařízení T. Interakce zadávacího modulu H, první regulační smyčky s prvním regulátorem R₃ a druhé regulační smyčky s druhým regulátorem R₂ se uskutečňuje jako řízení toku plynného média v soustavě předem uvedených proudů v jednotlivých větvích F_o, F_lz F₂, F₃ a F₄.

Další provedení zadávacího bloku X podle obr. 3 je v podobě mikroprocesoru, znázorněného jako výběrový člen D, na jehož vstupy á jsou připojeny jednotlivé zadávací členy V. Výstup mikroprocesoru je spojen přes převodník E s prvním servopohonem S-^.

Alternativní zadáni hodnot hmotnými zadávacími členy V je nahrazeno programovým zavedením hodnot do.paměti mikroprocesoru.

Zapojení podle vynálezu se uplatňuje v soustavách řízení toku plynného média, například stlačeného kyslíku v metalurgickém závodě.

Claims (1)

1. Zapojení k řízení toku plynného média, složené z přívodního řádu, propojeného se vstupem komprimujícího zařízení, jehož výstup je propojen jednak na odběrový řád a jednak zpětně na vstup tohoto komprimujícího zařízeni, vyznačené tím, že měřicí člen (p₃) odběrového tlaku,umístěný za zpětným ventilem (Z) v odběrové větvi (F₃), je spojen s řídicím vstupem ( 9C) zadávacího modulu (H), jehož vstupy (h) jsou jednotlivě spojeny se zadávacími členy (V) a výstup tohoto zadávacího modulu (H) je spojen s řídicím vstupem (ý jJ prvního regulátoru (R^) , jehož vstup (r-j_) je spojen s měřicím členem (p₂) výstupního tlaku ve výstupní větvi (F₂), a výstup tohoto prvního regulátoru (R^J je spojen se vstupem (s^) prvního servopohonu (S^) prvního regulačního orgánu (K^) ve vstupní větvi (F^), a měřicí člen (Q) výstupního množství ve výstupní větvi (F₂) je spojen se vstupem (r₂) druhého regulátoru (R₂), jehož výstup je spojen se vstupem (s₂) druhého servopohonu (S₂) druhého regulačního orgánu (K₂) ve zpětné větvi (F₄).