REGULATORY REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA

(1)

REGULATORY REGULATORY

BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA

Wykład 13

(2)

REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA

- Regulatory bezpośredniego działania charakteryzują się tym, że energię niezbędną do działania pobierają za pomocą czujnika z obiektu regulacji.

- Z tego powodu nazywane są również regulatorami bez energii pomocniczej.

- W regulatorze bezpośredniego działania element pomiarowy, regulator, napęd i element wykonawczy najczęściej stanowią jedną całość.

- Zaletą tych urządzeń jest prosta budowa i niski koszt.

- Wadą ich jest mała dokładność regulacji spowodowana

odchyłką statyczną i histerezą oraz możliwość realizacji

wyłącznie regulacji stałowartościowej.

(3)

REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA REGULATORY BEZPOŚREDNIEGO DZIAŁANIA

- Zazwyczaj regulatory te wykonywane są jako proporcjonalne P bez możliwości zmiany współczynnika wzmocnienia oraz realizacji regulacji programowej.

- Wartość współczynnika wzmocnienia wynika z konstrukcji regulatora oraz właściwości obiektu regulacji.

- Wartość zadana w regulatorach tego typu

nastawiana jest mechanicznie.

(4)

Zastosowanie regulatorów bezpośredniego Zastosowanie regulatorów bezpośredniego

działania działania

Regulatory bezpośredniego działania w systemach ogrzewania i klimatyzacji stosowane są do regulacji:

– temperatury (termostaty przygrzejnikowe, ograniczniki temperatury powrotu, regulatory temperatury ciepłej wody),

– ciśnienia (regulatory i reduktory ciśnienia), – różnicy ciśnień ( regulatory różnicy ciśnień),

– przepływu (regulatory i ograniczniki przepływu), – poziomu (regulatory poziomu wody).

Wykonywane są również jako wielofunkcyjne regulatory

bezpośredniego działania, na przykład w ciepłownictwie

do jednoczesnej regulacji różnicy ciśnień i przepływu

wody sieciowej w węźle.

(5)

REGULATORY TEMPERATURY REGULATORY TEMPERATURY

• Termostat grzejnikowy wraz z zaworem grzejnikowym tworzy pracujący bez energii pomocniczej regulator temperatury o bezpośrednim działaniu ciągłym typu P.

• Urządzenie sterujące (termostat) składa się z:

• - czujnika temperatury,

• - popychacza

• - oraz zadajnika.

• Zawór grzejnikowy zawierający element nastawczy

(grzybek) stanowi zespół wykonawczy.

(6)

Termostat grzejnikowy

(7)

Termostat grzejnikowy

(8)

Termostat grzejnikowy Termostat grzejnikowy

• 1 - nastawnik temperatury,

• 2 - cieczowy czujnik temperatury,

• 3 – zabezpieczenie przeciążeniowe, 4 – skala nastawianych temperatur, 5 – dławnica,

• 6 – tuleja,

• 7 – połączenie gwintowe.

(9)

Termostat grzejnikowy Termostat grzejnikowy

• W czujnikach termostatów grzejnikowych wykorzystywane są następujące zjawiska fizyczne zachodzące pod wpływem temperatury:

- rozszerzalność cieplna cieczy,

- rozszerzalność cieplna ciał stałych,

- zmiana prężności pary nad powierzchnią cieczy,

- zmiana objętości substancji w czasie krzepnięcia i

topnienia.

(10)

Ograniczniki temperatury wody w Ograniczniki temperatury wody w

instalacjach instalacjach

Na podobnej zasadzie działają ograniczniki temperatury wody w instalacjach centralnego ogrzewania i cyrkulacji ciepłej wody użytkowej.

Wielkością regulowaną w tym przypadku nie

jest jednak temperatura powietrza w

ogrzewanym pomieszczeniu lecz

temperatura wody powrotnej w miejscu

zamontowania ogranicznika.

(11)

Regulator temperatury c.w.u.

bezpośredniego działania bezpośredniego działania

• Termostat z nastawnikiem wartości zadanej, kapilarą oraz czujnikiem temperatury pracującym na zasadzie adsorbcji

.

(12)

(13)

Regulatory bezpośredniego działania Regulatory bezpośredniego działania

różnicy ciśnień i przepływu różnicy ciśnień i przepływu

• Urządzenie regulacyjne składa się z regulatora, zaworu regulacyjnego i siłownika.

• Sterowanie zaworem regulacyjnym odbywa się przez wykorzystanie energii przepływającego medium bez konieczności doprowadzania energii zewnętrznej.

• Wzrost różnicy ciśnień zamyka lub otwiera

zawór.

(14)

Regulatory bezpośredniego działania Regulatory bezpośredniego działania

różnicy ciśnień różnicy ciśnień

»

» Regulator różnicy ciśnień upustowy

(15)

Regulatory bezpośredniego działania Regulatory bezpośredniego działania

różnicy ciśnień

(16)

Regulatory bezpośredniego działania Regulatory bezpośredniego działania

różnicy ciśnień

(17)

Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień ––

zasada działania zasada działania

• Regulowana różnica ciśnień ∆p wytwarza na powierzchni membrany siłownika siłę

Fm = ∆p × A

• Siła ta porównywana jest na trzpieniu grzyba z siłą napięcia sprężyny Fs odpowiadającą wartości zadanej.

• Siła napięcia sprężyny może być regulowana na nastawniku wartości zadanej lub zadana na stałe.

• Jeżeli zmienia się wartość różnicy ciśnień ∆p, a wraz z nią również siła Fm, grzyb zaworu przesuwany jest do momentu, gdy Fm=Fs.

• Dla zadanej powierzchni membrany A stała sprężyny nastawczej określa wielkość współczynnika wzmocnienia Kp oraz zakres proporcjonalności Xp.

• Urządzenia są regulatorami proporcjonalnymi sterowanymi za pomocą medium.

(18)

Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień Regulatory bezpośredniego działania różnicy ciśnień

z odciążeniem ciśnieniowym z odciążeniem ciśnieniowym

Siły działające na grzyb

pochodzące od ciśnienia przed zaworem lub od różnicy ciśnień zostają wyeliminowane dzięki odciążeniu ciśnieniowemu.

(19)

Regulator przepływu

(20)

Regulator przepływu Regulator przepływu

Regulator wyposażony jest w dławik, za pomocą którego można dokonać nastawy wartości zadanej.

Urządzenie przeznaczone jest szczególnie do stosowania w instalacjach ciepłowniczych.

Ciśnienie regulowanego medium może być przenoszone do siłowników przy pomocy przewodów impulsowych

lub….

(21)

Regulator przepływu Regulator przepływu

Ciśnienie regulowanego medium może być przenoszone do siłowników przy pomocy przewodów impulsowych lub przez kanał nawiercony w trzpieniu grzyba.

Podczas projektowania należy pamiętać o tym, że różnica ciśnień w instalacji obliczana jest ze spadku ciśnienia na dławiku i spadku ciśnienia przy obliczeniowym przepływie regulowanego medium w instalacji:

∆p = ∆p^instalacji + ∆p^miernicze

(22)

Regulator przepływu

Regulator przepływu -- zastosowanie zastosowanie

(23)

Regulator przepływu

(24)

Regulator różnicy ciśnień

z ograniczeniem przepływu

(25)

Regulator różnicy ciśnień Regulator różnicy ciśnień z ograniczeniem przepływu z ograniczeniem przepływu

Podczas projektowania należy pamiętać o tym, że różnica ciśnień w instalacji obliczana jest ze spadku ciśnienia na dławiku i spadku ciśnienia przy obliczeniowym przepływie regulowanego medium w instalacji:

∆ p = ∆ p

^instalacji

+ ∆ p

^miernicze

(26)

Regulator różnicy ciśnień

z ograniczeniem przepływu

(27)

Regulator różnicy ciśnień i przepływu

(28)

Regulator różnicy ciśnień i przepływu

(29)

Regulator różnicy ciśnień i przepływu Regulator różnicy ciśnień i przepływu

Regulatory tego typu są wyposażane w dwie membrany.

Za pomocą górnej membrany regulowany jest przepływ, za pomocą dolnej różnica ciśnień.

Pierwszeństwo ma zawsze sygnał

silniejszy.

(30)

Regulator różnicy ciśnień i przepływu Regulator różnicy ciśnień i przepływu --

zastosowanie

(31)

Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania

(reduktory ciśnienia) (reduktory ciśnienia)

Regulator ciśnienia pary [Samson].

Oznaczenia na rysunku:

1 - korpus zaworu, 2 - gniazdo,

3 - grzyb,

4 - trzpień grzyba, 5 - dyfuzor,

6 - nastawnik wartości zadanej,

7 - sprężyna nastawcza, 8 – siłownik,

9 - naczynie kondensacyjne.

(32)

Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania Regulatory ciśnienia pary bezpośredniego działania

(reduktory ciśnienia) (reduktory ciśnienia)

• W wypadku ciśnienia pary w miejscu dokonywania pomiaru umieszcza się naczynie

kondensacyjne - 9. Zapewnia ono gromadzenie się kondensatu i chroni membranowy system pomiarowy przed zbyt wysokimi temperaturami.

• Z powodu wynikającego z redukcji ciśnienia zwiększenia objętości pary, celowe jest zwiększenie średnicy przewodu za zaworem przez zamontowanie dyfuzora - 5.

(33)

REGULATORY DWUSTAWNE

(34)

REGULATORY DWUSTAWNE REGULATORY DWUSTAWNE

• Regulacja dwustawna jest regulacją nieciągłą, w której wielkość sterująca przyjmuje tylko dwie wartości minimalną lub maksymalną, w zależności od tego czy sygnał uchybu jest dodatni czy ujemny.

• Minimalna wartość wielkości sterującej jest zwykle oznaczana jako umowne 0 a maksymalna jako 1.

• Wartość 0 oznacza wyłączenie sygnału wyjściowego z regulatora a wartość 1 pełne włączenie sygnału wyjściowego.

• Przełączenie sygnału sterującego następuje po przejściu sygnału uchybu przez obszar nazywany strefą histerezy.

• Histereza pełni w tym przypadku pozytywną rolę zapobiegania zbyt częstemu działaniu mechanizmu załączającego regulatora (np. styki elektryczne) oraz zmniejsza częstotliwość załączania urządzeń wykonawczych.

(35)

Przykładowy przebieg wartości regulowanej w Przykładowy przebieg wartości regulowanej w

układzie z regulatorem

układzie z regulatorem dwustawnym dwustawnym

Histereza H = 2K

τ 0

y(τ)

14°C 12°C

załącz c.o.

wyłącz c.o.

H = 2K

Te

12°C 14°C

Sygnał wyjściowy układu regulacji oscyluje pomiędzy dwoma granicami strefy histerezy.

Jakość regulacji dwustawnej ocenia się na podstawie amplitudy, częstotliwości oraz wartości średniej oscylacji.

Jak wynika z rys. amplituda drgań wielkości regulowanej może być zmniejszona przez ograniczenie szerokości obszaru histerezy. Spowoduje to jednak zwiększenie częstotliwości przełączeń regulatora oraz liczby zadziałań elementów wykonawczych, co może niekorzystnie wpłynąć na trwałość tych urządzeń.

(36)

Regulatory dwustawne Regulatory dwustawne

• Regulatory dwustawne są proste w budowie i działaniu oraz niedrogie.

• Najczęściej wykonywane są jako regulatory elektryczne sterujące napędami silnikowymi lub elektromagnetycznymi.

• W klimatyzacji i ciepłownictwie znalazły szerokie zastosowanie jako urządzenia zabezpieczające przed niedopuszczalnym spadkiem lub wzrostem temperatury (termostaty) oraz ciśnienia (presostaty).

• Służą także jako regulatory wilgotności (higrostaty)

oraz regulatory poziomu cieczy.

(37)

TERMOSTATY TERMOSTATY

• Termostatem nazywamy urządzenie składające się z czujnika temperatury i regulatora.

• W termostatach najczęściej stosowane są czujniki rozszerzalnościowe:

• bimetalowe,

• prętowe

• lub membranowe.

(38)

TERMOSTATY TERMOSTATY

• Różne termostaty elektryczne: a - bimetalowy,

b - prętowy, c – membranowy.

(39)

TERMOSTATY TERMOSTATY

• Sprężyna bimetalowa to zwinięte razem dwa metalowe paski o różnej rozszerzalności cieplnej.

• Czujnik prętowy stanowią dwa powiązane ze sobą pręty. Jeden z materiału o dużej rozszerzalności cieplnej, drugi wykonany z inwaru, charakteryzujący się znikomą rozszerzalnością cieplną.

• Czujniki membranowe (ew. z kapilarą)

wykorzystują zjawisko rozszerzalności cieczy

(nafta) i gazów (butan, fluorowęglowodór np.freon)

oraz zjawisko adsorbcji.

(40)

Termostaty

Termostaty--przykłady zastosowań w technice przykłady zastosowań w technice grzewczo

grzewczo--wentylacyjnej. wentylacyjnej.

Termostaty pomieszczeniowe służą do sterowania:

• wentylokonwektorami, gdzie mogą załączać nagrzewnice elektryczne, otwierać lub zamykać zawory regulacyjne doprowadzające czynnik grzejny lub chłodniczy, zmieniać obroty silników napędzających wentylatory,

• sterować grzejnikami elektrycznymi,

• sterować pracą gazowych urządzeń grzewczych.

(41)

Termostaty zabezpieczające Termostaty zabezpieczające

Termostaty zabezpieczające stosowane są do:

• zabezpieczania kotłów i wymienników ciepła przed nadmiernym wzrostem temperatury czynnika grzejnego:

• termostaty ze stykiem przełączającym i automatycznym powrotem do zadanego położenia (STW),

• termostaty ze stykiem otwierającym i blokadą (powrót do zadanego położenia po naciśnięciu przycisku wyzwalacza tylko po spadku temperatury poniżej wartości granicznej - reset) - (STB),

• zabezpieczania nagrzewnic elektrycznych przed nadmiernym wzrostem temperatury,

Termostat– ogranicznik temperatury bezpieczeństwa (STB) firmy SAMSON, ze stykiem otwierającym i blokadą

(42)

Termostaty

Termostaty przeciwzamrożeniowe przeciwzamrożeniowe

• (f-my Johnson Controls)

(43)

Termostaty przeciwzamrożeniowe Termostaty przeciwzamrożeniowe

• Stosowane są do zabezpieczania przed zamrożeniem nagrzewnic wodnych central wentylacyjnych oraz przewodów wypełnionych zamarzającą cieczą.

• Elementem pomiarowym jest kapilara o długości 2 do 6 m, która rozpinana jest na powierzchni zabezpieczanej nagrzewnicy.

• Przełączenie zestyku termostatu następuje, gdy temperatura dowolnego odcinka o długości 30 cm lub dłuższej elementu pomiarowego spadnie poniżej wartości zadanej.

• Termostaty posiadają nastawialny zakres oraz stałą strefę histerezy.

• Termostat w zależności od wykonania, po ponownym

wzroście temperatury może sam wrócić do stanu

normalnego (STW) lub przywrócenie tego stanu musi być

poprzedzone ręcznym odblokowaniem dźwigni kasującej

(termostat z ręcznym resetem STB).

(44)

Termostaty przeciwzamrożeniowe Termostaty przeciwzamrożeniowe

• Przy montażu termostatu należy zwrócić uwagę na to aby cała powierzchnia nagrzewnicy była pokryta elementem pomiarowym.

• Przy bardzo dużych powierzchniach

nagrzewnic stosuje się dwa lub trzy

termostaty zabezpieczeniowe.

(45)

Warunki techniczne umożliwiające zabezpieczenie Warunki techniczne umożliwiające zabezpieczenie

nagrzewnic wentylacyjnych przed zamrożeniem nagrzewnic wentylacyjnych przed zamrożeniem

1 1

W celu uzyskania prawidłowej i bezpiecznej pracy nagrzewnic wentylacyjnych w zakresie temperatur powietrza zewnętrznego poniżej 0ºC, należy spełnićoprócz konieczności zastosowania termostatu przeciwzamrożeniowego, poniżej wymienione dodatkowe warunki techniczne:

• właściwie wymiarować nagrzewnicę powietrza, gdyż jej

przewymiarowanie znacznie obniża przepływ wody i bardzo

zwiększa gradient temperatury powierzchni nagrzewnicy

(duże schłodzenie czynnika grzejnego),

(46)

2 2

• stosować zawory o charakterystykach stałoprocentowych z prawidłowo dobraną przepustowością,

• unikać pary jako czynnika grzejnego ze względu na duże wychłodzenie kondensatu na odpływie z nagrzewnicy,

• doprowadzać czynnik grzejny od dołu nagrzewnicy, gdzie na ogół przepływa powietrze o najniższej temperaturze,

• unikać uwarstwiania powietrza przez zapewnienie

odpowiedniego wymieszania powietrza świeżego z

powietrzem recyrkulowanym w komorze mieszania,

(47)

3 3

• odsuwać czerpnie powietrza od nagrzewnic, tak aby utrudnić dostęp zimnego powietrza do nagrzewnicy przy zamkniętej przepustnicy i wyłączonym wentylatorze,

• do napędu przepustnic świeżego powietrza stosować siłowniki z funkcją bezpieczeństwa (ze sprężyną powrotną),

• w miarę możliwości nagrzewnice umieszczać w pomieszczeniach ogrzewanych,

• stosować pompy cyrkulacyjne wymuszające stały, duży

przepływ przez nagrzewnice i małe zróżnicowanie

temperatury powierzchni nagrzewnicy,

(48)

4 4

• nagrzewnice dachowych central wentylacyjnych wyposażać w dodatkowe grzałki elektryczne sterowne termostatem, także przewody doprowadzające czynnik grzejny do central dachowych powinny być wyposażone w elektryczne elementy grzejne nie dopuszczające do zamarznięcia wody w przypadku zatrzymania przepływu,

• zapewnić minimalny przepływ czynnika grzejnego przez nagrzewnice umieszczone poza ogrzewanymi pomieszczeniami, przez pozostawienie zaworów w stanie niewielkiego otwarcia (do 10%) lub zastosowanie obejścia zaworów regulacyjnych,

• zastosować w regulatorze funkcję gorącego startu tj.

uruchamiać wentylatory z opóźnieniem w stosunku do

otwierania zaworów regulacyjnych.

(49)

Higrostaty Higrostaty

• Jako elementy wydłużające się stosowane są w higrostatach włosy ludzkie, nici nylonowe, błony zwierzęce, drewno i papier.

• Czujniki cechuje nieliniowość i histereza.

Zasada działania higrostatu włosowego (z ustawianiem wartości zadanej przy użyciu krzywki).

(50)

Presostaty

Presostaty -- presostat różnicy ciśnień presostat różnicy ciśnień

Presostat z wyświetlaczem wartości zadanej

Presostat różnicy ciśnień znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie muszą być sygnalizowane zmiany normalnych różnic ciśnienia (również nadciśnienia i podciśnienia).

Monitorowanie i sterowanie ciśnieniem różnicowym, monitorowanie przepływu, automatyczna kontrola stacji filtrów i awarii wentylatorów.

(51)

Napęd wentylatora ze sprzęgłem paskowym

(52)

Presostat różnicy ciśnień Presostat różnicy ciśnień

Sposób montażu i nastawiania wartości zadanej

(53)

Presostat różnicy ciśnień

Presostat różnicy ciśnień -- konstrukcje konstrukcje

• Osobne konstrukcje dla powietrza i gazów oraz dla cieczy.

Element pomiarowy:

• Mieszki sprężyste lub membrana z gumy lub silikonu (w zależności od parametrów).

• Odkształcenie membrany powoduje styk elektryczny.

• Półprzewodnikowe oporniki na membranie wykrywają mechaniczne odkształcenie i generują wyjściowy sygnał elektryczny.

• Ułożenie kilku oporników na powierzchni membrany kompensuje wpływ temperatury.

• Ciśnienie przełączające nastawne w zadanym zakresie (np.

100...600mbar) poprzez pokrętło regulujące napięcie

sprężyny.

(54)

Zastosowanie presostatów Zastosowanie presostatów

• Zabezpieczenie kotłów

• Zabezpieczenie agregatów chłodniczych

• Zabezpieczenie wymienników płytowych przed oszronieniem

• Kontrola sprężu wentylatorów

• Kontrola stanu filtrów

(55)