Ткаченко О.Є., студент, Гавриленко Б.В., к.т.н., доц.
Донецький національний технічний університет
Ефективність роботи котельної установки з топкою низькотемпературного киплячого шару (НТКШ) залежить від надійності засобів відбору інформації. Для автоматизації котелень даного типу застосовують апаратуру «Контур» з датчиками температури НТКШ, розрідження над топкою, тиску дуттєвого повітря і висоти НТКС [1]. Однак, існуючі засоби вимірювання не задовольняють умовам роботи котельні при взаємопов'язаному управлінні по контурах «Температура», «Витрата твердого палива», «Розрідження», «Швидкість повітря» та ін
В даний час для подачі твердого палива в топковий простір застосовується пластинчастий живильник типу ЗП-400 (ЗП-600) з пневматичним забрасивателем барабанного типу, внаслідок чого паливо в топку закидається нерівномірно і неможливо точно визначити його витрати. Даний живильник має невелику робочу довжину (близько метра) при ширині 400 (600) мм відповідно, а несучим органом є металеві пластини. Поточний витрата палива в топку регулюється оператором вручну за допомогою варіатора швидкості або шляхом підняття (опускання) шибера, розташованого над живильником [2].
Через те, що в цих умовах неможливо точно визначити поточну витрату твердого палива ефективність базової апаратури автоматизації низька, а всі існуючі засоби визначення витрати палива по вазі, в тому числі і тензоелектріческіе перетворювачі, неможливо використовувати. Так із-за малої довжини живильника неможливо вибрати точне місце концентрації питомих навантажень для установки тензометричного перетворювача, а з-за великої маси несучих пластин і співвідношення ваги живильника та палива на ньому потрібна висока чутливість засобів вимірювання витрати палива.
Разом з тим досить точно поточну витрату твердого палива може бути визначений побічно по кутовий швидкості обертання вала живильника ω. При визначенні залежності Q = f (ω), необхідно враховувати що витрата палива також залежить і від його фізико-хімічних і реологічних властивостей - кусковатості d, вмісту вологи W, зольності вугілля A і т.д. Умовно приймаючи параметри твердого палива незмінними при постійному стан регулюючого шибера отримаємо залежність витрати палива від кутовою швидкістю вала живильника:
Q = kω, (1)
де k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від фізико-хімічних і реологічних властивостей транспортується вугілля.
З метою зменшення методичної похибки вимірювання витрати, зумовленої відмінностями в щільності насипання твердого на живильнику палива як вимірюваної величини використовуємо об'ємна витрата Qv. Для переходу до масового витраті з урахуванням конкретної марки палива, застосовуваного в котельні, достатньо врахувати насипну щільність твердого палива:
Qm = Qv · ρ, кг / с
де ρ - насипна щільність твердого палива, кг/м3 [3].
Залежність витрати твердого палива від кутової швидкості валу живильника має вигляд:
, (2)
де V - обсяг твердого палива, м3, що транспортується за час t, с;
L-відстань прохідне пластинами живильника за час t, м;
S-площа поперечного перерізу конуса, утвореного твердим паливом при транспортуванні, м2;
R-радіус заокруглення полотна живильника, м;
ВШ-ширина полотна живильника, м;
Н - відстань від живильника до шибера, м;
β - кут природного укосу твердого палива на живильнику в насипанні при транспортуванні, град.
Для вимірювання швидкості обертання вала живильника в діапазоні 0-0,786 1 / с розроблена конструкція синхронного тахогенераторного перетворювача (СТГП) (див. рис.1) з постійним магнітом [4], [5].
Рисунок 1 - Конструкція синхронного тахогенераторного перетворювача змінного струму: 1 - шкіряна прокладка, 2 - фланець, 3 - штифти, 4 - вал, 5 - ротор, 6, 7 - підшипники, 8, 9 - кришки корпусу, 10 - статор, 11 - гвинти, 12 - обойма, 13 - роз'єм.
Похибка вимірювання даного типу тахогенератора не залежить від коливання частоти і амплітуди напруги живлення, що особливо важливо в умовах шахтної мережі електропостачання, де коливання напруги досягають -5 - +10% і більше.
СТГП встановлюється безпосередньо на валу пластинчастого живильника з допомогою пальчикової муфти (см.ріс.2) [6].
Рисунок 2 - Установка тахогенераторного перетворювача на пластинчастому живильнику
Рівняння перетворення тахогенератора має вигляд:
U = B · l · ω, (3)
де U - напруга на виході тахогенератора, В,
l = const - довжина робочої обмотки якоря, м,
В = const - індукція, створювана постійним магнітом ротора, Тл.
Сигнал напруги на виході перетворювача уніфікований і дорівнює 10 В.
Остаточно, використовуючи (2) та (3) отримуємо вираз, що зв'язує вихідна напруга тахогенераторного перетворювача з об'ємною витратою палива:
(4)
Аналіз виразу (4) показує, що методична похибка вимірювання витрати палива не перевищує 4,5% у діапазоні зміни β = 260 ± 10 при кусковатості до 13 мм, що достатньо для управління процесом горіння палива в НТКШ. На рис.3 представлена розрахункова робоча вихідна характеристика СТГП, отримана з використанням (4).
Малюнок 3 - Робоча характеристика тахогенераторного перетворювача витрати палива
Так як СТГП є безінерційним ланкою з передатною функцією [7]:
W (p) = K,
це робить зручним його застосування в системах автоматичного керування з регулюванням по контуру «витрати твердого палива».
Крім того, розроблений СТГП має високу швидкодію при порозі чутливості рівному 0,00275 1 / с і адитивної похибкою по виходу ± 0,035 В. похибка визначення об'ємної витрати палива не перевищує 60.10-6м3 / с.
Таким чином застосування розробленого способу вимірювання витрати палива значно підвищує якість управління по контуру «Витрата твердого палива», що дозволяє заощадити енергоносій і підвищує ККД котельних установок
Список літератури
Батицький І.А. та ін Автоматизація виробничих процесів і АСУ ТП в гірській промисловості. - М.: Недра, 1991 р.
Ж.В. Віскін та ін Спалювання вугілля у киплячому шарі і утилізація його відходів. - Донецьк: «Новий світ», 1997 р.
Будішевскій В.А. Шахтний транспорт. Навчальний посібник для вузів. Донецьк: «Новий світ», 1997 р.
Баляндрасників В.А., Галтеев Ф.Ф. Електричні генератори з постійними магнітами. - Москва: Вища школа, 1988 р.
Утямишев Р.І. Техніка виміру швидкостей обертання. М.-Л., Госенергоіздат, 1961 р.
Тун А.Я. Тахогенератори для систем управліннями електроприводами, М.-Л. «Енергія», 1966 р.
В.І. Груба, Е.К. Нікулін, А.С. Оголобченко. Технічні засоби автоматизації в гірничій промисловості. - Київ: Ісмоїла, 1998 р.