Тема:  Дослідження схем автоматизації теплогенератора

Призначення теплогенератора

Теплогенератори являють собою пристрої для нагрівання повітря продуктами згоряння рідкого палива без посереднього контакту їх з повітрям, що нагрівається. Теплогенератори призначені для опалення і вентиляції тваринницьких та інших виробничих приміщень.

Будова теплогенератора

Теплогенератор складається з корпуса 10, до якого приєднані чи убудовані в нього вентилятор 1 повітря, що підігрівається, вентилятор 2 топкового блока, пальник 5 з диффузорними розпилювачами палива, камера газифікації 7, топкова камера 8, теплообмінник - повітронагрівач 9, димар 11. Паливо подається в топку по паливопроводу 3 і розпорошується повітрям від вентилятора 2. Відкриття і закриття паливопроводу здійснює електромагнітний вентиль УА, запалюють топку за допомогою електроікрових електродів 6, для контролю наявності полум'я призначений фоторезистор 4.

Рисунок 1. Технологічна схема теплогенератора

Принцип дії теплогенератора

Повітря через теплообмінник теплогенератора продувається за допомогою вентилятора з електроприводом. Теплообмінник складається з камери згоряння і радіатора. Продукти згоряння віддають 82—86 % теплоти повітрю, що проходить через теплогенератор, і через димохід видаляються в атмосферу. Для спалювання рідкого палива призначений спеціальний пальник. Розпилена повітряно-паливна суміш запалюється електроіскрою, що виникає на електродах запалювання від підвищувального трансформатора. Електроди закріплені на ізоляторах. Наявність факелу контролюється двома фоторезисторами, які встановлені в блоці, що вбудований в корпус пальника.

Робота принципової електричної схеми теплогенератора

Рисунок 2. Принципова електрична схеми теплогенератора ТГ.

Схема керування теплогенератором передбачає можливість його роботи в трьох режимах: опалення автоматичне, опалення ручне, вентиляція ручна.

Система автоматичного керування теплогенератором складається з напівпровідникового терморегулятора типу ПТР-2, програмного блоку, блоку запалювання, блоку контролю нагрівання і датчика аварійного перегрівання, блоку слідкування за наявністю факелу в камері згоряння, блоку сигналізації.

Принципова електрична схеми зображені на рисунку 7.2. У режимі автоматичного керування перемикачі SA1 і SA2 перебувають в положенні А. Якщо температура в приміщенні внаслідок вентиляції стає нижче заданої, контакти напівпровідникового терморегулятора Р замикаються, отримують живлення реле часу КТ і проміжне реле KV1, яке вимикає магнітний пускач КМ1 електровентилятора M1. Вентиляція приміщення припиняється.

Через 5 с після вмикання реле часу замикається його контакт КТ4 і магнітний пускач КМ2 отримує живлення (по колу контактів КТ3, КТ4, SA2, КТ1 і SK3). Вмикається двигун вентилятора пальника М2 і починається продувка камери згоряння.

Через 20—25 с замикаються контакти КТ2 реле часу і напруга подається на високовольтний трансформатор запалювання TV, вмикається електромагнітний клапан YA, що відкриває доступ палива до камери згоряння. Від іскри трансформатора TV повітряно-паливна суміш запалюється і освітлює камеру згоряння. Під дією світла опір R фотореле BL зменшується, що викликає спрацювання спочатку проміжного реле KV3, а потім і реле KV2, контакти якого KV2.2. і KV2.3 вимикають трансформатор запалювання TV і реле часу КТ.

Коли камера згоряння прогрівається, розмикаються контакти датчиків температури SK1 і SK2, реле KV1 втрачає живлення і своїми розмикаючими контактами КV1.1 вмикає котушку магнітного пускача КМ1, через силові контакти якого отримує живлення електродвигун вентилятора M1. У приміщення починає надходити повітря, нагріте в теплогенераторі. Коли температура теплогенератора перевищить допустиме значення, контакти датчика SK3 розімкнуться і магнітний пускач КМ2 зупинить роботу агрегату.

Якщо пуск теплогенератора триває більше ніж 25 с і стає безуспішним, то розмикаючий контакт КТ1 вимикає електромагнітний клапан YA і подача пального припиняється. Потім замикаючим контактом КТ5 вмикається сигнальна лампа HL4, а розмикаючим контактом КТ3 припиняється живлення котушки магнітного пускача КМ2 і вентилятор М2 топки зупиняється. В разі короткочасного зриву факела при нормальній роботі теплогенератора реле KV3 фотореле своїми контактами KV3 знеструмлює реле KV2 і через розмикаючі контакти KV2.2 подається напруга на трансформатор запалювання TV. Якщо після цього суміш не запалюється, теплогенератор вимикається контактами КТ1 і КТ3. Повторно його вмикають вручну, повертаючи рукоятку SA1 спочатку в положення О, а потім назад — в положення А. При цьому програмний пристрій КТ повертається у початкове положення. Якщо температура повітря в приміщенні стає нижче заданої, теплогенератор автоматично запускається.

Для нормальної зупинки теплогенератора перемикач SA 1 переводять у положення О.

У режимі ручного опалення, до якого звертаються для налагодження, випробування, а також у випадку відмовлень автоматики, перемикачі SA1 ставлять у положення Р, а SA2 ставлять у положення П. Одержує живлення котушка магнітного пускача КМ2, і починається продувка топки. Потім перемикач SA2 переводять у положення Р. Включається електромагнітний клапан YА, і паливо подається в камеру згоряння. Після необхідного прогріву камери згоряння замикається тумблер S, магнітний пускач КМ1 включає електродвигун вентилятора M1.

У режимі ручної вентиляції вентиляторами теплогенератора керують за допомогою тумблера S.

Призначення приладу для контролю полум’я

Прикладом застосування фоторезисторів на виробництві є при­лад контролю полум'я, який використовують для контролю горіння пального в камерах згоряння  стаціонарних і пересувних нагрівальних установок. при зникненні полум'я прилад припиняє подачу палива в камеру згоряння та вмикає сигналізацію

Робота схеми приладу для контролю полум’я

Прилад ПКП-Ф являє собою фотоелектричне реле, яке склада­ється з електромагнітного реле постійного струму КV (Мал. 3), у коло живлення якого ввімкнено фоторезистори R1 і R2. Реле живиться від однонапівперіодного випрямляча на діодах VD1 і VD2 з фільтрами СІ i С2. Вмикання приладу в мережу змінного струму напругою 220 В проводиться апаратами керування нагрівальної установки, на якій змонтовано ПКП-Ф.

При натисканні на кнопку SВ ("Пуск") її кон­тактами шунтуються фоторезистори, фотоголовки та резистори R5 i R6. Це призводить до збільшення струму через котушку реле до рівня, необхідного для спрацювання реле. Своїми контактами реле вмикає пристрій подачі палива.

Рисунок 3. Принципова схема приладу для контролю полум’я

При нормальному полум'ї (освітленість фоторезисторів стано­вить 5-50 Лк) опір фоторезисторів такий, при якому величина струму в колі живлення реле достатня для його утримання при відпущеній кнопці "Пуск".

Коли полум'я гасне, освітленість фоторезисторів зменшується, їх опір збільшується, а струм в обмотці реле знижується. Реле спрацьовує і припиняє подачу палива в камеру згоряння теплогенератора та вмикає сигналізацію.

Резистор R6 використовується для регулювання порогу спрацювання приладу.

Принцип дії фоторезистора

Фоторезистори являють собою світлочутливий матеріал, нанесе­ний на ізоляційну підкладку і покритий тонкою прозорою лаковою плівкою.

Принцип дії фоторезистора полягає в тому, що під дією світла в шарі світлочутливого матеріалу відбувається перерозподіл електронів по енергетичних рівнях, що призводить до зміни опору світлочутливо­го матеріалу. Найбільш поширені сірчано-кадмієві (ФС-К), сірчано-вісмутові (ФС-В) та сірчано-свинцеві (ФС-С) фоторезистори.

Будова фоторезистора

Рисунок 4.  Схема фоторезистора:

1 — основа; 2 — світлочутливий матеріал; 3 — електрод; 4 — отвір для пропускання світла.

Фоторезистори — напівпровідникові прилади, в яких електричний опір змінюється залежно від інтенсивності й спектрального складу падаючого випромінювання. Основою фоторезистора (рис. 1.104) є напівпровідникова пластина або плівка, електричний опір якої під дією освітлення змінюється. На основуу 1 наноситься світлочутливий матеріал 2, до якого ввімкнені електроди 3. Чутливий елемент розміщують у корпусі, який має отвір 4 для пропускання світла. Основа виконується з непровідного матеріалу: скла, кераміки, кварцу. Як світлочутливий матеріал використовують напівпровідникові з'єднання: сульфід або телурид кадмію, сірчистий свинець, антимонід індію.

Принцип дії напівпровідникового     терморегулятора ПТР-2

Напівпровідниковий     терморегулятор ПТР-2 двохпозиційної дії. Чуттєвий елемент приладу включається в плече вимірювального моста перемінного струму. При рівності температур регульованого об'єкта міст буде збалансований і сигнал на виході моста дорівнює нулю. При відхиленні температури регульованого об'єкта від заданого значення міст розбалансується і на виході його з'явиться сигнал, величина якого пропорційна величині відхилення температури, а полярність буде залежати від знака зазначеної зміни.

Різниця між температурою замикання і температурою розмикання контактів реле (диференціал приладу) регулюється в межах від мінімального значення до 5°С.

Погрішність шкали диференціала дорівнює ±25% від установленого значення. Мінімальний диференціал дорівнює 0,5±0,3°С для модифікацій ПТР-2-02... ПТР-2-05 і 1±0,5 °С для модифікації ПТР-2-06.

Максимальна відстань від приладу до термочутливого елемента допускається до 300 м.

Кожній модифікації і комплекту приладу відповідає тільки одна термосистема.

Таблиця 1

Технічна характеристика терморегуляторів ПТР-2

Загальна характеристика та принцип роботи термометрів опору

 Принцип роботи термометрів опору заснований на використанні залежності електричного опору електропровідного матеріалу термометра від його температури. Цю залежність характеризує температурний коефіцієнт опору (ТКС). Вітчизняна промисловість випускає стандартні термометри опору з міді і платини (ТКС міді 43% на 100°С и платини — 39% на 100°С). Платинові термометри опору застосовують для виміру температури від —260 до 1300°С, мідні — від —50 до -180 °С.

Стандартні термометри опору мають різні конструкції. По величині опору при 0 °С термометри підрозділяють на п'ять градировок.

Платинові термометри з номінальним опором 10, 46 і 100 Ом мають відповідно 20, 21 і 22 градировки; мідні з опором 53 і 100 Ом мають 23 і 24 градировки.

Будова платинового перетворювача

Вимірювальний перетворювач (чуттєвий елемент) платинового термометра (мал. 6) являє собою платинову спіраль 4, поміщену в капілярних керамічних трубках 2, заповнених керамічним порошком 3, що служить ізолятором і володіє інгибиторними (сповільнюючи хімічні реакції) властивостями.

Рисунок 5. Чуттєвий елемент платинового перетворювача:

1 — виводи; 2 — керамічна трубка; 3 — керамічний порошок; 4 — спіраль.

Будова мідного вимірювального перетворювача

У мідних термометрах вимірювальний перетворювач являє собою бескаркасну безіндукційну (біфілярне намотування) обмотку з мідного дроту, покриту фторопластовою плівкою. До обмоток припаюють виводи з дроту більшого перетину. Перетворювачі поміщають у тонкостінну металеву гільзу.

Рисунок 6. Конструкція термометра опору:

1 — штуцер під кабель; 2 — прокладка; 3 — корпус голівки; 4 — кришка; 5 — контактна клема; б — герметик; 7 — кожух; 8 — окис алюмінію; 9 — чуттєвий елемент; 10 — ізолятори; И — штуцер для кріплення.

Пристрій термометра опору показано на малюнку 6. Термометр має чуттєвий елемент 9, поміщений у кожух 7. Чуттєвий елемент за допомогою вивідних провідників, що проходять через порцелянові ізолятори (бусинки) 10, з'єднаний із затисками контактної клеми 5, Вільний простір трубки заповнений порошком окису алюмінію 8, що поліпшує теплообмін між чуттєвим елементом і стінками трубки, закритої герметиком 6. Контактні клеми 5 закріплені в корпусі голівки термометра, що містить штуцер для кабелю зовнішніх з'єднань 7 з ущільнювальною втулкою і затискною гайкою. Корпус голівки закритий кришкою 4, ущільненою прокладкою 3. На об'єкті термометр монтують за допомогою штуцера з гайкою 11.

Принцип дії реле часу ВС-10-62

У реле серії ВС-10 приводним механізмом служать синхронні мікродвигуни. За допомогою редуктора обертання передається кулачкового механізму, який управляє контактами. Реле має електромагніт, який керується зчіплюючим механізмом. Після спрацьовування контактів з найбільшою витримкою часу спеціальний контакт відключає електродвигун від пускової схеми, а після зникнення сигналу знеструмлюється електромагніт зчеплення і пружина повертає реле в початкове положення.

На рис. 7 показана кінематична схема реле часу з мікродвигуном реле серії ВС-10. Зміну початкового положення дисків зі шкалою часу і упорами, здійснюється за допомогою кулачків, якими можна задати потрібний час спрацьовування реле. Межі регулювання уставок визначаються передавальним числом редуктора.

Рисунок 7. Кінематична схема реле ВС-10-62:

1 - синхронний двигун; 2 редуктор; 3, 13 - диски зчеплення; 4 --електромагніт; 5 поворотна пружина; 6-відцентровий гальмо; 7, 12 - трибки; 8- шкала; 9 - втулка; 10 - затискна гайка; 11 - шестерня; 14 - пружина; 15 - вісь зчеплення; 16 - палець; 17, 20 – важіль, 18 - кінцевий вимикач;19 – упори.

Електричні схеми реле часу наведені на рис. 8. Пуск реле може здійснюватися як роздільними командами для електродвигуна і електромагніту зчеплення, так і від загального кола. У першому випадку забезпечується більша точність спрацьовування в часі, що може мати значення для малих часів, а також більш швидке повернення реле.

Рисунок 8. Схеми електричних виводів та мікроелектродвигуна реле часу ВС-10-62

Для дослідження режимів роботи теплогенератора потрібно скласти схему, яка показана на рисунку 9.

Рисунок 9. Схема для виконання лабораторної роботи.