Синтез системы управления процессом воздухообмена и теплообмена на станции Речной вокзал Новосибирского (стр. 3 из 15)
Выбранный участок вентиляционной сети включает в себя платформу станции с примыкающим тоннелем, в котором установлены управляемые шиберы, а также воздушно-тепловая завеса.
Требования к вентиляционной сети станции «Речной вокзал» :
1. Требования, предъявляемые к качеству переходных процессов в системе управления шиберами (САУ УШ): tп
70 с, s 0%, D 0%;2. Требования, предъявляемые к качеству переходных процессов в системе управления производительностью вентилятора воздушно-тепловой завесы (САУ ВТЗ): tп
10 с, s 30%, D 5% .Управляющими воздействиями на систему являются сигналы задания требуемых параметров работы вентилятора воздушно-тепловой завесы и управляемых шиберов.
Для обеспечения комфортных условий для пассажиров и работников метрополитена, а также нормальных условий эксплуатации (сохранение отделочных материалов, исключение возможного замораживания систем водоотлива, водопровода и канализации) температура воздуха на станции в зимний период года должна быть не менее + 10±2ºС. При этом температура наружного воздуха лежит в диапазоне от -40ºС до +10ºС по данным СНиП 2.01.01-82 (стр.16). Разрабатываемая система автоматического регулирования предусматривает наличие системы сбора информации о состоянии атмосферы метрополитена с последующей ее обработкой и выработки задающим устройством сигналов регулирования.
1.5 Постановка задачи дипломного проектирования
Цель дипломного проекта – синтез алгоритмов управления температурным режимом на платформе станции «Речной вокзал» Новосибирского метрополитена.
Основными задачами являются:
1) изучение участка вентиляционной сети метрополитена как объекта управления;
2) исследование математической модели тепловых процессов и процессов воздухообмена в тоннеле метрополитена;
3) разработка алгоритмов управления массовым расходом воздуха, поступающим в тоннель из воздушно-тепловой завесы;
4) разработка алгоритмов управления шиберным устройством для регулирования расхода воздуха, поступающего в тоннель с метромоста;
5) численное моделирование переходных процессов в системе управления.
1.6 Выводы
В данной главе были рассмотрены особенности системы вентиляции Новосибирского метрополитена, в частности, на станции «Речной вокзал»; определены требования к микроклимату и воздухообмену в тоннеле.
Для исследований была выбрана станция «Речной Вокзал». Обозначена цель регулирования и определены требования к системе управления тепловым режимом на платформе станции «Речной вокзал» Новосибирского метрополитена.
Также в этой главе были поставлены основные задачи дипломного проекта.
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВЕНТИЛЯЦИИ В ТОННЕЛЕ МЕТРОПОЛИТЕНА
2.1 Функциональная схема системы вентиляции на станции
Процесс воздухообмена в тоннеле метрополитена (рис.1.1) описывается уравнением теплового баланса [7]:
(1.1)где tсм- температура смешанного воздуха, tТН – температура теплоносителя (вода), tНВ – температура наружного воздуха, GВТЗ – массовый расход воздуха ВТЗ, GНВ – массовый расход наружного воздуха.
На основании уравнения теплового баланса определяется требуемая температура воздуха на платформе станции
(1.2)Температура теплоносителя tтн и температура наружного воздуха tнв полагаются постоянными величинами и температура воздуха на платформе станции зависит от массовых расходов воздуха из ВТЗ и управляемых шиберов. Массовый расход наружного воздуха определяется по формуле [7]:
(1.3)где QНВ – расход наружного воздуха, ρНВ – плотность наружного воздуха. Величина ρНВ вычисляется по формуле, полученной в результате эмпирических исследований [14]:
(1.4)Массовый расход воздуха определяется по следующей формуле [7]:
(1.5)где QВТЗ – расход воздуха воздушно - тепловой завесы, ρТН – плотность теплоносителя (воды), калориферной установки. Плотность теплоносителя ρТН = 1000
.Плотность воздуха величина постоянная и температура на платформе станции в результате зависит от расхода наружного воздуха, поступающего в тоннель через управляемые шиберы и от расхода воздуха воздушно-тепловой завесы.
Исходя из рис. 1.1 математическая модель системы разделяется на две подсистемы: система управления расходом воздуха ВТЗ и система управления расходом воздуха управляемых шиберов. Температура на выходе системы снимается датчиком температуры. Подсистемы связывает логическое устройство управления, предназначенное для формирования и выдачи управляющих воздействий UзQ и Uзα на подсистемы автоматического управления ВТЗ и управляемых шиберов с учетом сигнала обратной связи с датчика температуры. Разработка логического устройства управления выходит за рамки данного дипломного проекта, поэтому не рассматривается. Возмущающим воздействием для данной системы является tтн и tнв . Температура наружного воздуха имеет следующий диапазон изменения: -40°С +10°С (согласно СНиП 2.01.01-82, стр.16), это медленно меняющаяся величина. Температура теплоносителя (воды) лежит в диапазоне +70°+95°С и связана с изменением теплового режима котельной.
На рис.2.1 представлена функциональная схема системы вентиляции:
Рис. 2.1 Функциональная схема системы вентиляции.
2.2 Описание элементов САУ ВТЗ, взаимодействие элементов в системе
На рис. 1.1 представлена общая схема участка вентиляционной сети станции «Речной вокзал», в частности расположение и состав воздушно-тепловой завесы.
Система автоматического управления воздушно-тепловой завесой включает в себя следующие элементы: регулятор (Р1), преобразователь частоты (ПЧ), короткозамкнутый асинхронный двигатель, центробежный вентилятор, воздушно-тепловая завеса, калориферная установка, датчик расхода воздуха.
Регулятор расхода воздуха по сигналу задания требуемого расхода воздуха U3Q и сигналу обратной связи с датчика расхода воздуха UQ1 подает команду на преобразователь частоты. Преобразователь частоты изменяет частоту вращения вала вентилятора, тем самым регулирует расход воздуха Q(t), подаваемого в ВТЗ. В калориферной установке воздух нагревается до температуры 50°С и поступает в воздушно-тепловую завесу. На рис.2.2 представлена функциональная схема САУ ВТЗ.
Рис. 2.2 Функциональная схема САУ ВТЗ.
2.2.1 Воздушно-тепловая завеса
Воздушные завесы известны в литературе как технологическая конструкция или ограничивающая, или полностью ликвидирующая перетекание воздуха из одного пространства в другое через открытый проем, который технологически не может быть закрыт.
В частности, в зимнее время воздушными завесами можно значительно уменьшить и даже ликвидировать проникновение холодного наружного воздуха через открытый проем в помещение.
По схеме действия воздушная завеса является как бы воздушным шибером, заслоняющим плоской струей открытый проем и тем самым полностью или частично ограждающим пересечение его внешними потоками воздуха.
В отдельных случаях при очень близком расположении (70 м) станции или служебных помещений тупиков от портала для завесы используется наружный воздух, который дополнительно подогревается. Источниками такого подогрева, в зависимости от условий, могут быть городские и районные тепловые сети, местные котельные и электроэнергия.
Конструкция воздушной завесы представляет собой коробы или каналы с узкой воздуховыпускной щелью, размещаемой сбоку тоннеля (рис. 2.3).
Рис. 2.3 Схема расположения воздухоподающих коробов и щелей воздушных завес у порталов.
Воздуховыпускная щель представляет собой узкий насадок, направленный навстречу потоку наружного воздуха под углом 45—30° к плоскости сечения тоннеля, с внутренними перегородками на расстоянии между собой, равном ширине щели.
Для воздушных завес обычно применяются центробежные вентиляторы.
Воздушно-тепловые завесы на станции «Речной вокзал» устроены у порталов (рис.1.1). В результате близкого расположения станции (70 м) от портала для завесы используется наружный воздух, который подогревается калориферной установкой. На основании [14] передаточную функцию воздушно-тепловой завесы в первом приближении можно представить в виде апериодического звена.