VIII Основные подходы к проектированию сложных технических систем.

8.1 Структурные схемы сложных технических систем.

Характерной особенностью большинства городов нашей области является развитая централизация систем тепло -, водо -, газоснабжения и водоотведения. Централизация перечисленных систем обусловлена историческим ходом развития (например, систем водоснабжения и водоотведения) и экономическими соображениями (теплофикация, газификация). Например, централизация теплоснабжения позволяет уменьшить численность обслуживающего персонала и повысить производительность труда на выработку, транспорт, и распределение тепловой энергии почти в 20 раз по сравнению с установками децентрализованного теплоснабжения. Главное, что при этом существенно снижается загрязнение атмосферы вредными дымовыми выбросами, уменьшается тепловое загрязнение окружающей среды, улучшаются условия проживания в городах. Вместе с тем, централизация вносит и ряд трудностей, связанных с обеспечением бесперебойного снабжения потребителей водой (теплом), газом, с организацией гидравлических режимов и с управлением функционирования ТСКХ в целом. Для большинства крупных зарубежных городов (Токио, Мехико, Париж, Чикаго и др.) характерна значительная децентрализация ТСКХ и применение различных (не традиционных) способов получения тепла, очистки воды, использования системы оборотного водоснабжения и др. Сейчас и в нашей стране взят курс на децентрализацию ТСКХ, их глубокую автоматизацию и диспетчеризацию. Состояние ТСКХ в нашей стране можно оценить на примере г. Иркутска.

Рис. 2.2.1. Схема системы водоснабжения г. Иркутска

Система водоснабжения. На рис. 2.2.1. показана принципиальная схема системы водоснабжения г. Иркутска, которая представляет собой сложный водопроводный комплекс сооружений производительностью в 380 тыс. м³ / сут, включающий 21 регулирующий резервуар, 14 насосных станций для подъема и перекачки воды по трубопроводам с суммарной протяженностью свыше 500 км. Вода, которая поступает в водопровод из Иркутского водохранилища, удовлетворяет требованиям к ее качеству как питьевой, поэтому очистные сооружения отсутствуют (за исключением хлораторной станции). Протяженность города вдоль р. Ангары и значительный перепад высотных отметок (до 125м) обусловили создание зонной системы водоснабжения. Количество зон определяется микрорайонной застройкой и составляет 8 по левобережной и 7 по правобережной части города. Магистральные сети имеют разветвленную структуру из трубопроводов в 2 – 3 нитки диаметром 600 – 1200 мм каждая. Микрорайонные сети кольцевые и соединяются с магистральными непосредственно или через насосные станции и регулирующие резервуары. Основной водозабор расположен на левом берегу Иркутского водохранилища (Ершовский водозабор). Насосная станция 1 – го подъема обеспечивает подачу воды в города Шелехов и Иркутск в количествах, соответственно 7 тыс. м³ / ч и 16 тыс. м³ / ч.

От насосной станции 1 – го подъема вода по двум водоводам (диаметром 1000 м³ каждый) подается в иркутские резервуары чистой воды (2 х10000 м³). Из этих резервуаров вода забирается насосной станцией 2 – го подъема и по трем водоводам (2х1200 мм и 1 по 1000 мм) подается в сеть города. Второй водозабор является береговым и расположен в теле плотины Иркутской ГЭС. Основное его назначение – подача воды на Ново – Иркутскую ТЭЦ. Однако в дневные часы один или два насосных агрегата работают на город.

Системы водоотведения города разделены на две независимые подсистемы: правобережная и левобережная (рис. 2.2.2). Общая протяженность уличных сетей водоотведения составляет около 450 км, из них почти 15% составляют напорные коллекторы Д – 400 – Д – 1000 мм. Безнапорные коллекторы имеют диаметры от Д – 200 – Д – 1600 мм и заглубляются некоторые из них на глубину до 12 м. В сети имеется 22 насосные перекачивающие станции. Все стоки в количестве 420000 м³ / сут. собираются на право- и левобережные очистные сооружения (по производительности примерно одинаковые). Очистные сооружения оборудованы горизонтальными отстойниками, аэротенками, метантенками, иловыми площадками и полями фильтрации.

Система теплоснабжения города. Источниками теплоснабжения города являются три ТЭЦ (Ново - Иркутская, ТЭЦ – 2 Кировская, ТЭЦ завода тяжелого машиностроения) и шесть котельных (районная котельная «Свердловская»; три котельных авиационного завода, одна – масложиркомбината, котельная северного промузла) и пять электробойлерных («Байкальская», «Релейная», «Лисиха», «Ново – Ленинская», «Бытовая»). Наиболее крупным источником является Ново – Иркутская ТЭЦ (1244 Гкал / ч). В пиковом режиме с ней работает районная котельная Кировская (ТЭЦ – 2). Котельная «Свердловская» работает изолированно и связана с Ново – Иркутской ТЭЦ только по подпиточной воде. Она обслуживает пос. Энергетиков, микрорайоны Приморский и Юбилейный.

На сегодняшний день в системе теплоснабжения города лишь два крупных источника связаны между собой, другие либо работают самостоятельно, либо обслуживают отдельные районы и микрорайоны.

На рис. 2.2.3 показаны места расположения источников тепла и зоны их действия. Таких зон, или самостоятельных подсистем теплоснабжения, насчитывается девять.

Первая из них имеет источник Ново – Иркутскую ТЭЦ и является наиболее крупной подсистемой. Эта подсистема имеет сложные протяженные тепловые сети с радиусом теплоснабжения до 20 км и диаметром головных участков двух магистралей, идущих от ТЭЦ, в 1000 мм. По одной тепломагистрали тепловая энергия подается в сторону Студгородка и Глазково, а также до котельной «Свердловская», обеспечивая при этом теплом микрорайоны Синюшина Гора, Маршала Конева, Студгородок, Академгородок, Университетский. По второй тепломагистрали через котельную «Кировская» теплом снабжаются районы Кировский,

 

Рис. 2.2.2. Схема системы водоотведения г. Иркутска

 

 

 

 

Рис. 2.2.3. Система теплоснабжения г. Иркутска

 

Куйбышевский, включая микрорайон Топкинский и Октябрьский – до аэропорта. Только в магистральных тепловых сетях этой системы работает 12 насосных станций. Эта система связана с электробойлерными «Лисиха» (100 Гкал / ч), «Релейная» (50 Гкал / ч), «Байкальская» (50Гкал / ч), которые обслуживают соответствующие микрорайоны города.

Следующей подсистемой является система теплоснабжения Ново – Ленино. Наиболее крупным источником здесь является котельная Северного промузла (225 Гкал / ч), которая тепловыми сетями связана с электробойлерными «Ново – Ленино» (100 Гкал / ч) и «Бытовая» (43 Гкал / ч).

Во втором Иркутске система теплоснабжения принадлежит Авиационному заводу и включает три котельных, суммарной мощностью 247 Гкал / ч, объединенных между собой тепловыми сетями. Следующей подсистемой являются сети теплоснабжения и котельная Масложиркомбината (рис. 2.2.3). В Куйбышевском районе действуют системы теплоснабжения от ТЭЦ (112 Гкал / ч) завода им. Куйбышева и коммунальной котельной 126 – го квартала (30 Гкал /ч).

Городская застройка осуществляется по микрорайонной схеме. В частности, бурное строительство ведется в микрорайонах Первомайский, Университетский, Топкинский, Радужный и других. В этих микрорайонах ведется в основном крупнопанельное блочное строительство жилых домов 135-й серии. Сооружение внутренних санитарно - технических систем осуществляет трест Востоксибсантехмонтаж. Не6которые инженерные решения и размещение санитарно – технических приборов, стояков систем водоснабжения, отопления и водоотведения представлены для одной блок – секции на рис. 2.2.4

 

Рис. 2.2.4. Санитарно-техническое устройство в блок-секции 135-й серии жилого дома

а) план типового этажа; б) план подвала; г) разрез

Рис. 2.2.5. Многоуровневая система подачи и распределения воды, тепла и газа

1 – заглушить; 2 – стояк холодной воды Æ 25; 3 – полотенцесушитель Æ 25; 4 – к канализационной гребенке; 5 – стояк гор. водопровода Æ 25; 6 – к водопроводным гребенкам Æ 15.

 

8.2 Типовые законы регулирования.

В системах автоматического регулирования поддержание заданного значения регулируемого параметра или изменение его по определенному закону обеспечивается аппаратурными средствами, имеющие общее название – автоматические регуляторы.

По виду регулируемого параметра автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы температуры, давления, влажности, разряжения, расхода, состава и т. п.

По характеру изменения регулирующего воздействия автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы с линейными и нелинейными законами регулирования.

Примером регуляторов с нелинейным законом регулирования могут служить двухпозиционные регуляторы температуры в холодильных машинах. В трехпозиционных дискретных системах выходной сигнал может принимать три значения: –1, 0, +1, т.е. “меньше”, “норма”, больше”. Качество работы таких САР выше, хотя их надежность ниже.

Регуляторы с линейным законом регулирования по математической зависимости между входными и выходными сигналами подразделяются на следующие основные виды:

§ пропорциональные (П-регуляторы);

§ пропорционально-интегральные (ПИ-регуляторы);

§ пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД-регуляторы).

В зависимости от вида используемой энергии регуляторы подразделяются на электрические (электромеханические, электронные), пневматические, гидравлические и комбинированные.

В СКВ в основном применяются электрические регуляторы. Пневматические и гидравлические регуляторы, как правило, применяются во взрыво- и пожароопасных зонах.

В зависимости от задающего воздействия и параметров объекта регулирования подбирают регулятор с определенной характеристикой W_р [1]. Изменение W_р адекватно ведет к изменению коэффициентов дифференциального уравнения общего передаточного звена (регулятор-объект) и тем самым достигается необходимое качество регулирования. В промышленных регуляторах эти величины называются параметрами настройки. Параметрами настройки являются: коэффициент усиления, зона нечувствительности, постоянная времени интегрирования, постоянная времени дифференцирования и т. д. Для изменения параметров настройки в регуляторах имеются органы настройки (управления).

Кроме органов настройки основных параметров, регуляторы имеют также органы настройки, косвенно влияющие на эти коэффициенты или режимы его работы, например, органы настройки, изменяющие чувствительность регулятора, демпфирование входного сигнала и др.