Разработка устройства измерения расхода твердого топлива в САУ шахтной котельной установкой с НТКС
Разработка устройства
измерения расхода твердого топлива в САУ шахтной котельной установкой с НТКС
Ткаченко А.Е., студент, Гавриленко
Б.В., к.т.н., доц.
Донецкий национальный
технический университет
Эффективность работы котельной установки с топкой
низкотемпературного кипящего слоя (НТКС) зависит от надежности средств отбора
информации. Для автоматизации котельных данного типа применяют аппаратуру
«Контур» с датчиками температуры НТКС, разрежения над топкой, давления
дутьевого воздуха и высоты НТКС [1]. Однако, существующие средства измерения не
удовлетворяют условиям работы котельной при взаимосвязанном управлении по
контурам «Температура», «Расход твердого топлива», «Разрежение», «Скорость
воздуха» и др.
В настоящее время для подачи твердого топлива в
топочное пространство применяется пластинчатый питатель типа ЗП-400 (ЗП-600) с
пневматическим забрасывателем барабанного типа, вследствие чего топливо в топку
забрасывается неравномерно и невозможно точно определить его расход. Данный
питатель имеет небольшую рабочую длину (около метра) при ширине 400 (600) мм
соответственно, а несущим органом являются металлические пластины. Текущий расход
топлива в топку регулируется оператором вручную с помощью вариатора скорости
или путем поднятия (опускания) шибера, расположенного над питателем [2].
Из-за того, что в этих условиях невозможно точно
определить текущий расход твердого топлива эффективность базовой аппаратуры
автоматизации низка, а все существующие средства определения расхода топлива по
весу, в том числе и тензоэлектрические преобразователи, невозможно
использовать. Так из-за малой длины питателя невозможно выбрать точное место
концентрации удельных нагрузок для установки тензометрического преобразователя,
а из-за большой массы несущих пластин и соотношения веса питателя и топлива на
нем требуется высокая чувствительность средств измерения расхода топлива.
Вместе с тем достаточно точно текущий расход твердого
топлива может быть определен косвенно по угловой скорости вращения вала
питателя ω. При определении зависимости Q=f(ω), необходимо учитывать
что расход топлива также зависит и от его физико-химических и реологических свойств
– кусковатости d, содержания влаги W, зольности угля A и т. д. Условно принимая
параметры твердого топлива неизменными при постоянном положении регулирующего
шибера получим зависимость расхода топлива от угловой скоростью вала питателя:
Q = kω, (1)
где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от
физико-химических и реологических свойств транспортируемого угля.
С целью уменьшения методической погрешности измерения
расхода, обусловленной различием в плотности насыпки твердого на питателе
топлива в качестве измеряемой величины используем объемный расход Qv. Для
перехода к массовому расходу с учетом конкретной марки топлива, применяемого в
котельной, достаточно учесть насыпную плотность твердого топлива:
Qm = Qv·ρ, кг/с
где ρ – насыпная плотность твердого топлива,
кг/м3 [3].
Зависимость расхода твердого топлива от угловой
скорости вала питателя имеет вид:
,
(2)
где V - объем твердого топлива, м3, транспортируемого
за время t, с;
L– расстояние проходимое пластинами питателя за время
t, м;
S– площадь поперечного сечения конуса, образуемого
твердым топливом при транспортировании, м2;
R– радиус закругления полотна питателя, м;
Вш– ширина полотна питателя, м;
Н – расстояние от питателя до шибера, м;
Для измерения скорости вращения вала питателя в
диапазоне 0–0,786 1/с разработана конструкция синхронного тахогенераторного
преобразователя (СТГП) (см. рис.1) с постоянным магнитом [4], [5].
Рисунок 1 – Конструкция синхронного тахогенераторного
преобразователя переменного тока: 1 – кожаная прокладка, 2 – фланец, 3 –
штифты, 4 – вал, 5 – ротор, 6, 7 – подшипники, 8, 9 – крышки корпуса, 10 –
статор, 11 – винты, 12 – обойма,13 - разъем.
Погрешность измерения данного типа тахогенератора не
зависит от колебания частоты и амплитуды питающего напряжения, что особенно
важно в условиях шахтной сети электроснабжения, где колебания напряжения
достигают -5 – +10% и более.
СТГП устанавливается непосредственно на валу
пластинчатого питателя с помощью пальчиковой муфты (см.рис.2) [6].
Рисунок 2 – Установка тахогенераторного
преобразователя на пластинчатом питателе
Уравнение преобразования тахогенератора имеет вид:
U = B·l·ω, (3)
где U – напряжение на выходе тахогенератора, В,
l = const – длина рабочей обмотки якоря, м,
В = const – индукция, создаваемая постоянным магнитом
ротора, Тл.
Сигнал напряжения на выходе преобразователя
унифицированный и равен 10 В.
Окончательно, используя (2) и (3) получаем выражение,
связывающее выходное напряжение тахогенераторного преобразователя с объемным
расходом топлива:
(4)
Анализ выражения (4) показывает, что методическая
погрешность измерения расхода топлива не превышает 4,5 % в диапазоне изменения
β = 260±10 при кусковатости до 13 мм, что достаточно для управления
процессом горения топлива в НТКС. На рис.3 представлена расчетная рабочая
выходная характеристика СТГП, полученная с использованием (4).
Рисунок 3 – Рабочая характеристика тахогенераторного
преобразователя расхода топлива
Так как СТГП является безинерционным звеном с
передаточной функцией [7]:
W(p) = K,
Кроме того, разработанный СТГП имеет высокое
быстродействие при пороге чувствительности равном 0,00275 1/с и аддитивной
погрешностью по выходу ± 0,035 В. погрешность определения объемного расхода
топлива не превышает 60·10-6м3/с.
Таким образом применение разработанного способа
измерения расхода топлива значительно повышает качество управления по контуру
«Расход твердого топлива», что позволяет сэкономить энергоноситель и повышает
КПД котельных установок
Список литературы
Батицкий И.А. и др. Автоматизация производственных
процессов и АСУ ТП в горной промышленности. – М.: Недра, 1991 г.
Ж.В. Вискин и др. Сжигание угля в кипящем слое и
утилизация его отходов. – Донецк: «Новый мир», 1997 г.
Будишевский В.А. Шахтный транспорт. Учебное пособие
для вузов. Донецк: «Новый мир», 1997 г.
Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы
с постоянными магнитами. – Москва:Энергоатомиздат, 1988 г.
Утямышев Р.И. Техника измерения скоростей вращения.
М.-Л., Госэнергоиздат, 1961 г.
Тун А.Я. Тахогенераторы для систем управлениями
электроприводами, М.-Л. «Энергия», 1966 г.
В.И. Груба, Э.К. Никулин, А.С. Оголобченко.
Технические средства автоматизации в горной промышленности. – Киев:ИСМО,1998 г.
Для подготовки данной работы были использованы
материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua/