Материал: Лабораторный практикум по общей энергетике. Крысанов В.Н., Иванов К.В
Рис. 4.4. Типовая схема проточного теплообменника с регулированием по первичной стороне теплообменника [14]
Работа схемы для приготовления горячей воды осуществляется следующим образом. По первичной стороне теплообменника установлен насос со своим смесителем и сервоприводом. Температуру ГВС измеряют ПИД-регулятором К8, при пониженной температуре ГВС ПИД-регулятор подает сигнал на открытие смесителя, а при повышенной — на закрытие.
Принцип ПИД-регулирования состоит в следующем. Измеряемая температура ГВС сравнивается с уставкой (например, уставка равна 55–60°С), и чем выше разница между измеренной температурой и заданной уставки, тем больше по времени прибор К8 выдает сигнал на закрытие смесителя. По истечении установленного времени на измерение прибор К8 снова измеряет температуру ГВС и сравнивает ее с уставкой, разница температуры уменьшилась и прибор выдает более короткий по времени сигнал на закрытие смесителя.
Методом динамического приближения измеренная температура ГВС и уставки совпадут, ПИД-регулятор перестанет выдавать управляющие сигналы на смеситель. То же самое регулирование происходит и при пониженной измеренной температуре ГВС относительно уставки, в этом
51
случае ПИД-регулятор будет выдавать сигнал на сервопривод для открытия смесителя.
При любом возмущении температуры ГВС ПИДрегулятор возобновит свою работу для получения требуемой температуры ГВС. При таком регулировании происходит смешивание горячей воды, поступающей от котла, и обратной воды, поступающей от теплообменника, таким образом поддерживается постоянная температура ГВС. Ввод ХВС на теплообменник осуществляется через обратный клапан, он предотвращает «уход» ГВС во время исчезновения ХВС. На входе в теплообменник до его запорной арматуры установлен аварийный сбросной клапан К4, который защищает теплообменник от высокого давления, и установлена расширительная емкость закрытого типа К5, для компенсации температурных расширений воды.
Рециркуляция ГВС осуществляется от последнего водоразборного крана. Схемы приготовления ГВС на теплообменниках должны работать только с линией рециркуляции, в редких случаях линия рециркуляции не используется. Для работы линии рециркуляции на ней установлен насос К3. Во время разбора горячей воды проток воды V1 идет от ХВС, когда нет разбора горячей воды, проток воды V2 идет с линии рециркуляции. На базе этой схемы существуют и ее разновидности, т.е. с регулированием температуры по вторичной стороне теплообменника. Такая схема показана на рис. 4.5.
Преимуществом этой схемы является то, что диаметр труб по вторичной стороне теплообменника, как правило, меньше диаметра труб, используемых на первичной стороне теплообменника. Это снижает стоимость сервопривода и незначительно упрощает монтаж. Кроме того, схема с регулированием температуры ГВС по вторичной стороне теплообменника позволяет получить несколько разных температур с одного теплообменника.
52
Рис. 4.5. Типовая схема приготовления ГВС с регулированием температуры по вторичной стороне
теплообменника [14]
Схему ГВС комбинированного типа (т.е. проточный и накопительный водонагреватели) как правило, применяют на производствах для технологических линий, которые используют постоянный и периодический пиковый разбор ГВС
(рис. 4.6 и 4.7).
В качестве нагревательного элемента ГВС используется проточный теплообменник. Бойлер используется как накопитель тепловой энергии для пикового разбора ГВС. Теплообменник в бойлере не используется, поскольку он более инертный, чем теплообменник проточного типа. Схема, показанная на рис. 4.6, соответствует работе проточного теплообменника с регулированием по первичной стороне теплообменника, а схема, показанная на рис. 4.7, соответствует работе проточного теплообменника с регулированием по вторичной стороне теплообменника.
53
Рис. 4.6. Типовая схема приготовления ГВС комбинированного типа при использовании постоянного
пикового разбора ГВС [14]
Рис. 4.7. Типовая схема приготовления ГВС комбинированного типа при использовании периодического
пикового разбора ГВС [14]
54
Описание физической модели
Внешний вид лабораторного стенда изображен на рис. 4.8. Схема рассматриваемой физической модели является упрощенной накопительной схемой ГВС. Гидравлическая схема физической модели приведена на рис. 4.8. Вместо бойлера и линии подачи теплоносителя используется проточный водонагреватель. Резервуар емкостью 40 л выполняет функции теплообменника. В него поступает нагретая вода и из него она расходуется. Большой объем выбран для создания большей инерционности тепловых процессов, то есть для большего сходства с реальной системой. Потребителем горячей воды является радиатор с вентилятором мощностью 110 Вт. В радиаторе нагретая вода охлаждается, имитируется расход тепла системой отопления и горячего водоснабжения. Перекачивает воду от нагревателя к радиатору насос Wilo PB-201EA мощностью 340 Вт. На стенде также смонтирован расширительный бак для предотвращения гидроударов, так как отсутствует система плавного пуска насоса. Давление в системе измеряется электроконтактным манометром, а скорость протекания воды – счетчиком расхода. Система является замкнутой, поэтому ХВС отсутствует. Его роль выполняет охлажденная вода, поступающая от радиатора. Функциональная схема, отражающая основные элементы физической модели, приведена на рис. 4.10. Электрическая принципиальная схема лабораторного стенда приведена на рис. 4.11.
55