Разработка автоматизированной системы управления для учебного лабораторного стенда
Автор: Осинцев Константин Владимирович, Кускарбекова Сулпан Ириковна
Рубрика: Автоматизированные системы управления технологическими процессами
Статья в выпуске: 3 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
Учебный лабораторный стенд создан для имитации работы прямоточного котла с целью изучения гидравлических и теплофизических процессов, происходящих в таких устройствах. Изучив гидродинамику теплоносителя в цилиндрическом сложнонавитом змеевике, можно повлиять на паропроизводительность котла, улучшить его энергоэффективность. В учебных целях обучающийся может изучить режимы течения жидкости и воздуха, научиться управлять электрооборудованием, освоить работу запорно-регулирующий арматуры и проборов для измерения расхода, температуры и давления. Цель работы заключается в проектировании, создании и запуске учебного лабораторного стенда, который позволяет воспроизвести гидравлический и аэродинамический режимы работы прямоточного парового котла змеевикового типа без нагрева теплоносителя. Материалы и методы. Для проектирования была принята за основу модель реального парового котла змеевикового типа и адаптирована под условия эксплуатации для проведения лабораторных работ. Результаты. В качестве результата представлены тепломеханические схемы гидравлической и аэродинамической систем, алгоритм работы гидравлической системы, схема автоматизации, а также перечень подобранного оборудования и фото собранного лабораторного стенда. Заключение. Современные приборы автоматизации могут позволить снять показания теплоносителя и воздуха с высокой точностью, а также передать экспериментальные значения на персональный компьютер для сохранения и последующего анализа данных. Учебный лабораторный стенд позволит провести углубленное изучение гидравлических и аэродинамических процессов в прямоточном паровом котле змеевикового типа, процессы изменения и возникновения ламинарного и турбулентного режимов, а также их влияние на повышение энергоэффективности рассматриваемых котлов, а в перспективе и на отдельное теплообменное оборудование.
Прямоточный котел, лабораторный стенд, программируемый логический контроллер, автоматизация
Короткий адрес: https://sciup.org/147238570
IDR: 147238570 | УДК: 681.5.011 | DOI: 10.14529/ctcr220313
Development of an automated control system for an educational laboratory stand
The training laboratory stand was created to simulate the operation of a direct-flow boiler, in order to study the hydraulic and thermophysical processes occurring in such devices. Having studied the hydrodynamics of the coolant in a cylindrical composite coil, it is possible to influence the steam capacity of the boiler, improve its energy efficiency. For educational purposes, the student can study the flow modes of liquid and air, learn how to control electrical equipment, master the operation of shut-off valves and parting devices for measuring flow, temperature and pressure. The purpose of the work is to design, create and launch an educational laboratory stand that allows you to reproduce the hydraulic and aerodynamic modes of operation of a direct-flow steam boiler of a coil type without heating the coolant. Methods. For the design, a model of a real coil-type steam boiler was taken as a basis and adapted to the operating conditions for laboratory work. Results. As a result, thermal mechanical schemes of hydraulic and aerodynamic systems, the algorithm of the hydraulic system, the automation scheme, as well as a list of selected equipment and photos of the assembled laboratory stand are presented. Conclusion. Modern automation devices can make it possible to take readings of the coolant and air with high accuracy, as well as transfer experimental values to a personal computer for data storage and subsequent analysis. The educational laboratory stand will allow for an in-depth study of hydraulic and aerodynamic processes in a direct-flow steam boiler of the coil type, the processes of change and occurrence of laminar and turbulent modes, as well as their impact on improving the energy efficiency of the boilers in question, and in the future on separate heat exchange equipment.
Список литературы Разработка автоматизированной системы управления для учебного лабораторного стенда
- Дудкин М.М., Осинцев К.В., Кускарбекова С.И. Опытное исследование работы парового котла змеевикового типа при эксплуатации на северном нефтяном месторождении // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2019. Т. 19, № 4. С. 14-25. DOI: 10.14529/power190402
- Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: справ. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: НПО ОБТ, 1995. 119 с.
- Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия, 1967. 409 с.
- Germano M. The Dean equations extended to a helical pipe flow // Journal of Fluid Mechanics. June 1989. Vol. 203. P. 289-305. DOI: 10.1017/S0022112089001473
- Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам: Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы / под общ. ред. П.Л. Кириллова. М.: Энер-гоатомиздат, 1984. 296 с.
- Свободно программируемые устройства в автоматизированных системах управления: учеб. пособие / И.Г. Минаев, В.В. Самойленко, Д.Г. Ушкур, И. В. Федоренко. Ставрополь: СтГАУ, 2016. 168 с.
- Mori Y, Nakayama W. Study on Forced Convective Heat Transfer in Curved Pipes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1965. Vol. 8. P. 67-82. DOI: 10.1016/0017-9310(65)90098-0
- Багоутдинова А.Г., Золотоносов Я.Д. Змеевиковые теплообменники и их математическое описание // Известия вузов. Строительство. 2015. № 7. С. 44-52.
- Сопряженная задача теплообмена при течении жидкостей в змеевиках с изменяющимся радиусом изгиба винтовой спирали / Е.К. Вачагина, А.Г. Багоутдинова, Я.Д. Золотоносов, И.А. Князева // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18, № 16. С. 234-238.
- Назмеев Ю.Г. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков реологически сложных сред. М.: Энергоиздат., 1966. 368 с.
- Аронов И.З. О гидравлическом подобии при движении жидкости в изогнутых трубах-змеевиках // Известия вузов. Энергетика. 1962. № 4. С. 52-59.
- Дудкин М.М., Осинцев К.В., Кускарбекова С.И. Разработка методологических основ исследования процессов парообразования при движении многокомпонентной жидкости в прямоточных котлах змеевикового типа методами математического моделирования // Промышленная энергетика. 2020. № 11. С. 16-24. DOI: 10.34831/EP.2020.16.79.003
- Булкин А.Е. Автоматическое регулирование энергоустановок: учеб. пособие. М.: МЭИ, 2016. 508 с.
- Федотов А.В., Хомченко В.Г. Компьютерное управление в производственных системах: учеб. пособие для вузов. 2-е изд., стер. СПб.: Лань, 2021. 620 с.
- Пат. 2694890. Российская Федерация. Электронагреватель жидкости / К.В. Осинцев, В.В. Осинцев, В.И. Богаткин, Е.В. Торопов, С.И. Кускарбекова; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ). № 2018143417; заявл. 06.12.2018; опубл. 18.07.2019. 8 с.
- Немченко В.И., Епифанова Г.Н. Проектирование функциональных и принципиальных электрических схем автоматизированных систем управления: учеб. пособие. 2-е изд. Самара: АСИ СамГТУ, 2017. 60 с.
