REGULATORY

REGULATORY

BEZPO

ŚREDNIEGO DZIAŁANIA

BEZPO

ŚREDNIEGO DZIAŁANIA

Wyk

ład 9.4

Wyk

ład 9.4

REGULATORY BEZPO

ŚREDNIEGO DZIAŁANIA

REGULATORY BEZPO

ŚREDNIEGO DZIAŁANIA

- Regulatory bezpo

średniego działania charakteryzują się tym,

że energię niezbędną do działania pobierają za pomocą
czujnika z obiektu regulacji.

- Z tego powodu nazywane s

ą również regulatorami bez

energii pomocniczej.

- W

regulatorze

bezpo

średniego

dzia

łania

element

pomiarowy,

regulator,

nap

ęd i element wykonawczy

najcz

ęściej stanowią jedną całość.

- Zalet

ą tych urządzeń jest prosta budowa i niski koszt.

- Wad

ą ich jest mała dokładność regulacji spowodowana

odchy

łką statyczną i histerezą oraz możliwość realizacji

wy

łącznie regulacji stałowartościowej.

REGULATORY BEZPO

ŚREDNIEGO DZIAŁANIA

REGULATORY BEZPO

ŚREDNIEGO DZIAŁANIA

-

Zazwyczaj regulatory te wykonywane s

ą jako

proporcjonalne

P

bez

mo

żliwości

zmiany

wspó

łczynnika

wzmocnienia

oraz

realizacji

regulacji programowej.

- Warto

ść współczynnika wzmocnienia wynika z

konstrukcji regulatora oraz w

łaściwości obiektu

regulacji.

- Warto

ść

zadana

w

regulatorach

tego

typu

nastawiana jest mechanicznie.

Zastosowanie regulatorów bezpo

średniego

Zastosowanie regulatorów bezpo

średniego

dzia

łania

dzia

łania

Regulatory

bezpo

średniego

dzia

łania

w

systemach

ogrzewania i klimatyzacji stosowane s

ą do regulacji:

– temperatury (termostaty przygrzejnikowe, ograniczniki

temperatury powrotu, regulatory temperatury ciep

łej

wody),

– ci

śnienia (regulatory i reduktory ciśnienia),

– ró

żnicy ciśnień ( regulatory różnicy ciśnień),

– przep

ływu (regulatory i ograniczniki przepływu),

– poziomu (regulatory poziomu wody).
Wykonywane s

ą również jako wielofunkcyjne regulatory

bezpo

średniego działania, na przykład w ciepłownictwie

do jednoczesnej regulacji ró

żnicy ciśnień i przepływu

wody sieciowej w w

ęźle.

REGULATORY TEMPERATURY

REGULATORY TEMPERATURY

• Termostat

grzejnikowy

wraz

z

zaworem

grzejnikowym

tworzy

pracuj

ący

bez

energii

pomocniczej regulator temperatury o bezpo

średnim

dzia

łaniu ciągłym typu P.

• Urz

ądzenie sterujące (termostat) składa się z:

• - czujnika temperatury,

• - popychacza

• - oraz zadajnika.

• Zawór grzejnikowy zawieraj

ący element nastawczy

(grzybek) stanowi zespó

ł wykonawczy.

Termostat grzejnikowy

Termostat grzejnikowy

Termostat grzejnikowy

Termostat grzejnikowy

Termostat grzejnikowy

Termostat grzejnikowy

•

1 - nastawnik temperatury,

•

2 - cieczowy czujnik temperatury,

•

3 – zabezpieczenie przeci

ążeniowe,

4 – skala nastawianych temperatur,
5 – d

ławnica,

•

6 – tuleja,

•

7 – po

łączenie gwintowe.

Termostat grzejnikowy

Termostat grzejnikowy

• W

czujnikach

termostatów

grzejnikowych

wykorzystywane s

ą następujące zjawiska fizyczne

zachodz

ące pod wpływem temperatury:

- rozszerzalno

ść cieplna cieczy,

- rozszerzalno

ść cieplna ciał stałych,

- zmiana pr

ężności pary nad powierzchnią cieczy,

- zmiana obj

ętości substancji w czasie krzepnięcia i

topnienia.

Ograniczniki temperatury wody w

Ograniczniki temperatury wody w

instalacjach

instalacjach

Na podobnej zasadzie dzia

łają ograniczniki

temperatury wody w instalacjach centralnego
ogrzewania

i

cyrkulacji

ciep

łej

wody

u

żytkowej.

Wielko

ścią regulowaną w tym przypadku nie

jest

jednak

temperatura

powietrza

w

ogrzewanym

pomieszczeniu

lecz

temperatura

wody

powrotnej

w

miejscu

zamontowania ogranicznika.

Regulator temperatury c.w.u.

Regulator temperatury c.w.u.

bezpo

średniego działania

bezpo

średniego działania

•

Termostat z nastawnikiem warto

ści zadanej, kapilarą oraz czujnikiem

temperatury pracuj

ącym na zasadzie adsorbcji

.

Regulatory bezpo

średniego działania

Regulatory bezpo

średniego działania

ró

żnicy ciśnień i przepływu

ró

żnicy ciśnień i przepływu

• Urz

ądzenie

regulacyjne

sk

łada

si

ę

z

regulatora, zaworu regulacyjnego i si

łownika.

• Sterowanie zaworem regulacyjnym odbywa

si

ę

przez

wykorzystanie

energii

przep

ływającego medium bez konieczności

doprowadzania energii zewn

ętrznej.

• Wzrost ró

żnicy ciśnień zamyka lub otwiera

zawór.

Regulatory bezpo

średniego działania

Regulatory bezpo

średniego działania

ró

żnicy ciśnień

ró

żnicy ciśnień

»

»
»

»
»
»

Regulator ró

żnicy ciśnień upustowy

Regulatory bezpo

średniego działania

Regulatory bezpo

średniego działania

ró

żnicy ciśnień

ró

żnicy ciśnień

Regulatory bezpo

średniego działania

Regulatory bezpo

średniego działania

ró

żnicy ciśnień

ró

żnicy ciśnień

Regulatory bezpo

średniego działania

Regulatory bezpo

średniego działania

ró

żnicy ciśnień

ró

żnicy ciśnień

• Regulowana ró

żnica ciśnień

∆p wytwarza na

powierzchni membrany si

łownika siłę

Fm =

∆p × A

• Si

ła ta porównywana jest na trzpieniu grzyba z siłą

napi

ęcia sprężyny Fs odpowiadającą wartości

zadanej.

• Si

ła napięcia sprężyny może być regulowana na

nastawniku warto

ści zadanej lub zadana na stałe.

• Je

żeli zmienia się wartość różnicy ciśnień

∆

p, a

wraz

z

ni

ą również siła Fm, grzyb zaworu

przesuwany jest do momentu, gdy Fm=Fs.

Regulatory bezpo

średniego działania

Regulatory bezpo

średniego działania

ró

żnicy ciśnień

ró

żnicy ciśnień

• Dla

zadanej

powierzchni

membrany

A

sta

ła

spr

ężyny

nastawczej

okre

śla

wielko

ść

wspó

łczynnika

wzmocnienia

Kp

oraz

zakres

proporcjonalno

ści Xp.

• Urz

ądzenia

s

ą

regulatorami

proporcjonalnymi

sterowanymi za pomoc

ą medium.

• Si

ły działające na grzyb pochodzące od ciśnienia

przed zaworem lub od ró

żnicy ciśnień zostają

wyeliminowane dzi

ęki odciążeniu ciśnieniowemu.

Regulatory bezpo

średniego działania różnicy

Regulatory bezpo

średniego działania różnicy

ci

śnień z odciążeniem ciśnieniowym

ci

śnień z odciążeniem ciśnieniowym

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu -- zastosowanie

zastosowanie

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

• Regulator wyposa

żony jest w dławik, za pomocą

którego mo

żna dokonać nastawy wartości zadanej.

• Urz

ądzenie przeznaczone jest szczególnie do

stosowania w instalacjach ciep

łowniczych.

• Ci

śnienie

regulowanego

medium

mo

że

by

ć

przenoszone

do

si

łowników

przy

pomocy

przewodów

impulsowych

lub

przez

kana

ł

nawiercony w trzpieniu grzyba.

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

Regulator przep

ływu

Regulator ró

żnicy ciśnień z ograniczeniem

Regulator ró

żnicy ciśnień z ograniczeniem

przep

ływu

przep

ływu

Regulator ró

żnicy ciśnień z ograniczeniem

Regulator ró

żnicy ciśnień z ograniczeniem

przep

ływu

przep

ływu

Regulator ró

żnicy ciśnień z

Regulator ró

żnicy ciśnień z

ograniczeniem przep

ływu

ograniczeniem przep

ływu

• Podczas projektowania nale

ży pamiętać o

tym,

że różnica ciśnień w instalacji obliczana

jest ze spadku ci

śnienia na dławiku i spadku

ci

śnienia przy obliczeniowym przepływie

regulowanego medium w instalacji:

∆

p =

∆

p

instalacji

+

∆

p

miernicze

Regulator ró

żnicy ciśnień z

Regulator ró

żnicy ciśnień z

ograniczeniem przep

ływu

ograniczeniem przep

ływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

• Regulatory tego typu s

ą wyposażane w dwie

membrany.

• Za pomoc

ą górnej membrany regulowany

jest przep

ływ, za pomocą dolnej różnica

ci

śnień.

• Pierwsze

ństwo ma zawsze sygnał silniejszy.

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu

Regulator ró

żnicy ciśnień i przepływu --

zastosowanie

zastosowanie

Regulatory ci

śnienia pary bezpośredniego

Regulatory ci

śnienia pary bezpośredniego

dzia

łania (reduktory ciśnienia)

dzia

łania (reduktory ciśnienia)

Regulator ci

śnienia pary

[Samson].

Oznaczenia na rysunku:

1 - korpus zaworu,

2 - gniazdo,

3 - grzyb,

4 - trzpie

ń grzyba,

5 - dyfuzor,

6 - nastawnik warto

ści

zadanej,

7 - spr

ężyna nastawcza,

8 – si

łownik,

9 - naczynie kondensacyjne.

Regulatory ci

śnienia pary bezpośredniego

Regulatory ci

śnienia pary bezpośredniego

dzia

łania (reduktory ciśnienia)

dzia

łania (reduktory ciśnienia)

• W wypadku ci

śnienia pary w miejscu dokonywania

pomiaru umieszcza si

ę naczynie kondensacyjne.

Zapewnia ono gromadzenie si

ę kondensatu i chroni

membranowy system pomiarowy przed zbyt
wysokimi temperaturami.

• Z powodu wynikaj

ącego z redukcji ciśnienia

zwi

ększenia objętości pary, celowe jest

zwi

ększenie średnicy przewodu za zaworem przez

zamontowanie dyfuzora.

REGULATORY DWUSTAWNE

REGULATORY DWUSTAWNE

• Regulacja dwustawna jest regulacj

ą nieciągłą, w

której wielko

ść sterująca przyjmuje tylko dwie

warto

ści minimalną lub maksymalną, w zależności

od tego czy sygna

ł uchybu jest dodatni czy ujemny.

• Minimalna warto

ść wielkości sterującej jest zwykle

oznaczana jako umowne 0 a maksymalna jako 1.

• Warto

ść

0

oznacza

wy

łączenie

sygna

łu

wyj

ściowego z regulatora a wartość 1 pełne

w

łączenie sygnału wyjściowego.

REGULATORY DWUSTAWNE

REGULATORY DWUSTAWNE-- HISTEREZA

HISTEREZA

• Prze

łączenie sygnału sterującego następuje

po przej

ściu sygnału uchybu przez obszar

nazywany stref

ą histerezy.

• Histereza pe

łni w tym przypadku pozytywną

rol

ę zapobiegania zbyt częstemu działaniu

mechanizmu za

łączającego regulatora (np.

styki

elektryczne)

oraz

zmniejsza

cz

ęstotliwość

za

łączania

urz

ądzeń

wykonawczych.

Przebieg warto

ści regulowanej w

Przebieg warto

ści regulowanej w

uk

ładzie z regulatorem dwustawnym

uk

ładzie z regulatorem dwustawnym

histereza

τ

0

y(τ)

Przebieg warto

ści regulowanej w

Przebieg warto

ści regulowanej w

uk

ładzie z regulatorem dwustawnym

uk

ładzie z regulatorem dwustawnym

• Sygna

ł

wyj

ściowy

uk

ładu

regulacji

oscyluje

pomi

ędzy dwoma granicami strefy histerezy.

• Jako

ść regulacji dwustawnej ocenia się na

podstawie amplitudy, cz

ęstotliwości oraz wartości

średniej oscylacji.

• Jak wynika z rys. amplituda drga

ń wielkości

regulowanej

mo

że

by

ć

zmniejszona

przez

ograniczenie

szeroko

ści

obszaru

histerezy.

Spowoduje to jednak zwi

ększenie częstotliwości

prze

łączeń

regulatora

oraz

liczby

zadzia

łań

elementów wykonawczych, co mo

że niekorzystnie

wp

łynąć na trwałość tych urządzeń.

Regulatory dwustawne

Regulatory dwustawne

• Regulatory dwustawne s

ą proste w budowie i

dzia

łaniu oraz niedrogie.

• Najcz

ęściej

wykonywane

s

ą

jako

regulatory

elektryczne steruj

ące napędami silnikowymi lub

elektromagnetycznymi.

• W klimatyzacji i ciep

łownictwie znalazły szerokie

zastosowanie jako urz

ądzenia zabezpieczające

przed niedopuszczalnym spadkiem lub wzrostem
temperatury

(termostaty)

oraz

ci

śnienia

(presostaty).

• S

łużą także jako regulatory wilgotności (higrostaty)

oraz regulatory poziomu cieczy.

TERMOSTATY

TERMOSTATY

• Termostatem nazywamy urz

ądzenie składające się

z czujnika temperatury i regulatora.

• W termostatach najcz

ęściej stosowane są czujniki

rozszerzalno

ściowe:

• bimetalowe,

• pr

ętowe

• lub membranowe.

TERMOSTATY

TERMOSTATY

• Ró

żne termostaty elektryczne: a - bimetalowy,

b - pr

ętowy, c – membranowy.

TERMOSTATY

TERMOSTATY

• Spr

ężyna bimetalowa to zwinięte razem dwa

metalowe paski o ró

żnej rozszerzalności cieplnej.

• Czujnik pr

ętowy stanowią dwa powiązane ze sobą

pr

ęty. Jeden z materiału o dużej rozszerzalności

cieplnej,

drugi

wykonany

z

inwaru,

charakteryzuj

ący się znikomą rozszerzalnością

ciepln

ą.

• Czujniki

membranowe

(ew.

z

kapilar

ą)

wykorzystuj

ą

zjawisko

rozszerzalno

ści

cieczy

(nafta) i gazów (butan, fluorow

ęglowodór np.freon)

oraz zjawisko adsorbcji.

Termostaty

Termostaty--przyk

łady zastosowań w

przyk

łady zastosowań w

technice grzewczo

technice grzewczo--wentylacyjnej.

wentylacyjnej.

Termostaty pomieszczeniowe s

łużą do sterowania:

• wentylokonwektorami,

gdzie

mog

ą

za

łączać

nagrzewnice elektryczne, otwiera

ć lub zamykać

zawory

regulacyjne

doprowadzaj

ące

czynnik

grzejny lub ch

łodniczy, zmieniać obroty silników

nap

ędzających wentylatory,

• sterowa

ć grzejnikami elektrycznymi,

• sterowa

ć pracą gazowych urządzeń grzewczych.

Termostat pomieszczeniowy

Termostat pomieszczeniowy

wentylokonwektora firmy Johnson Controls

wentylokonwektora firmy Johnson Controls

Termostaty zabezpieczaj

ące

Termostaty zabezpieczaj

ące

Termostaty zabezpieczaj

ące stosowane są do:

• zabezpieczania

kot

łów

i

wymienników

ciep

ła

przed

nadmiernym wzrostem temperatury czynnika grzejnego:

• termostaty ze stykiem prze

łączającym i automatycznym

powrotem do zadanego po

łożenia (STW),

• termostaty ze stykiem otwieraj

ącym i blokadą (powrót do

zadanego po

łożenia po naciśnięciu przycisku wyzwalacza

tylko po spadku temperatury poni

żej wartości granicznej -

reset) - (STB),

• zabezpieczania

nagrzewnic

elektrycznych

przed

nadmiernym wzrostem temperatury,

Termostaty zabezpieczaj

ące

Termostaty zabezpieczaj

ące

• Termostat– ogranicznik temperatury bezpiecze

ństwa (STB)

firmy SAMSON, ze stykiem otwieraj

ącym i blokadą

Termostaty przeciwzamro

żeniowe

Termostaty przeciwzamro

żeniowe

• Stosowane s

ą do zabezpieczania przed zamrożeniem

nagrzewnic

wodnych

central

wentylacyjnych

oraz

przewodów wype

łnionych zamarzającą cieczą.

• Elementem pomiarowym jest kapilara o d

ługości 2 do 6 m,

która

rozpinana

jest

na

powierzchni

zabezpieczanej

nagrzewnicy.

• Prze

łączenie

zestyku

termostatu

nast

ępuje,

gdy

temperatura dowolnego odcinka o d

ługości 30 cm lub

d

łuższej elementu pomiarowego spadnie poniżej wartości

zadanej.

• Termostaty posiadaj

ą nastawialny zakres oraz stałą strefę

histerezy.

• Termostat w zale

żności od wykonania, po ponownym

wzro

ście

temperatury

mo

że

sam

wróci

ć

do

stanu

normalnego

lub

przywrócenie

tego

stanu

musi

by

ć

poprzedzone r

ęcznym odblokowaniem dźwigni kasującej

(termostat z r

ęcznym resetem).

Termostat przeciwzamro

żeniowy f

Termostat przeciwzamro

żeniowy f--my

my

Johnson Controls

Johnson Controls

Termostaty przeciwzamro

żeniowe

Termostaty przeciwzamro

żeniowe

• Przy monta

żu termostatu należy zwrócić

uwag

ę

na

to

aby

ca

ła

powierzchnia

nagrzewnicy

by

ła

pokryta

elementem

pomiarowym.

• Przy

bardzo

du

żych

powierzchniach

nagrzewnic

stosuje

si

ę

dwa

lub

trzy

termostaty zabezpieczeniowe.

Zabezpieczenie nagrzewnic

Zabezpieczenie nagrzewnic

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

W celu uzyskania prawid

łowej i bezpiecznej pracy

nagrzewnic wentylacyjnych w zakresie temperatur
powietrza

zewn

ętrznego poniżej 0ºC, oprócz

konieczno

ści

zastosowania

termostatu

przeciwzamro

żeniowego, należy spełnić poniżej

wymienione dodatkowe warunki techniczne:

• w

łaściwie wymiarować nagrzewnicę powietrza,

gdy

ż

jej

przewymiarowanie

znacznie

obni

ża

przep

ływ

wody

i

bardzo

zwi

ększa

gradient

temperatury

powierzchni

nagrzewnicy

(du

że

sch

łodzenie czynnika grzejnego),

Zabezpieczenie nagrzewnic

Zabezpieczenie nagrzewnic

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

• stosowa

ć

zawory

o

charakterystykach

sta

łoprocentowych

z

prawid

łowo

dobran

ą

przepustowo

ścią,

• unika

ć pary jako czynnika grzejnego ze względu na

du

że wychłodzenie kondensatu na odpływie z

nagrzewnicy,

• doprowadza

ć czynnik grzejny od dołu nagrzewnicy,

gdzie na ogó

ł przepływa powietrze o najniższej

temperaturze,

• unika

ć uwarstwiania powietrza przez zapewnienie

odpowiedniego wymieszania powietrza

świeżego z

powietrzem recyrkulowanym w komorze mieszania,

Zabezpieczenie nagrzewnic

Zabezpieczenie nagrzewnic

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

• odsuwa

ć czerpnie powietrza od nagrzewnic, tak aby

utrudni

ć dostęp zimnego powietrza do nagrzewnicy przy

zamkni

ętej przepustnicy i wyłączonym wentylatorze,

• do nap

ędu przepustnic świeżego powietrza stosować

si

łowniki z funkcją bezpieczeństwa (ze sprężyną powrotną),

• w

miar

ę

mo

żliwości

nagrzewnice

umieszcza

ć

w

pomieszczeniach ogrzewanych,

• stosowa

ć pompy cyrkulacyjne wymuszające stały, duży

przep

ływ

przez

nagrzewnice

i

ma

łe

zró

żnicowanie

temperatury powierzchni nagrzewnicy,

Zabezpieczenie nagrzewnic

Zabezpieczenie nagrzewnic

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

wentylacyjnych przed zamro

żeniem

• nagrzewnice dachowych central wentylacyjnych wyposa

żać

w dodatkowe grza

łki elektryczne sterowne termostatem,

tak

że przewody doprowadzające czynnik grzejny do central

dachowych

powinny

by

ć wyposażone w elektryczne

elementy grzejne nie dopuszczaj

ące do zamarznięcia wody

w przypadku zatrzymania przep

ływu,

• zapewni

ć minimalny przepływ czynnika grzejnego przez

nagrzewnice

umieszczone

poza

ogrzewanymi

pomieszczeniami, przez pozostawienie zaworów w stanie
niewielkiego otwarcia (do 10%) lub zastosowanie obej

ścia

zaworów regulacyjnych,

• zastosowa

ć w regulatorze funkcję gorącego startu tj.

uruchamia

ć wentylatory z opóźnieniem w stosunku do

otwierania zaworów regulacyjnych.

Higrostaty

Higrostaty

•

Jako

elementy

wyd

łużające

si

ę

stosowane s

ą w higrostatach włosy

ludzkie, nici nylonowe, b

łony zwierzęce,

drewno i papier.

•

Czujniki

cechuje

nieliniowo

ść

i

histereza.

Zasada dzia

łania higrostatu włosowego

(z ustawianiem warto

ści zadanej przy

u

życiu krzywki).

Presostaty

Presostaty -- presostat ró

żnicy ciśnień

presostat ró

żnicy ciśnień

Presostat z wy

świetlaczem wartości zadanej

Presostat ró

żnicy ciśnień znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie

musz

ą być sygnalizowane zmiany normalnych różnic ciśnienia (również

nadci

śnienia i podciśnienia).

Monitorowanie

i sterowanie ci

śnieniem różnicowym, monitorowanie

przep

ływu, automatyczna kontrola stacji filtrów i awarii wentylatorów.

Presostat ró

żnicy ciśnień

Presostat ró

żnicy ciśnień

Sposób monta

żu i nastawiania wartości zadanej

Presostat ró

żnicy ciśnień

Presostat ró

żnicy ciśnień -- konstrukcje

konstrukcje

• Osobne konstrukcje dla powietrza i gazów oraz dla cieczy.
Element pomiarowy:
• Mieszki spr

ężyste lub membrana z gumy lub silikonu (w

zale

żności od parametrów).

• Odkszta

łcenie membrany powoduje styk elektryczny.

• Pó

łprzewodnikowe oporniki na membranie wykrywają

mechaniczne odkszta

łcenie i generują wyjściowy sygnał

elektryczny.

• U

łożenie kilku oporników na powierzchni membrany

kompensuje wp

ływ temperatury.

• Ci

śnienie przełączające nastawne w zadanym zakresie (np.

100...600mbar)

poprzez

pokr

ętło

reguluj

ące

napi

ęcie

spr

ężyny.

Zastosowanie presostatów

Zastosowanie presostatów

• Zabezpieczenie kot

łów

• Zabezpieczenie agregatów ch

łodniczych

• Zabezpieczenie wymienników p

łytowych

przed oszronieniem

• Kontrola spr

ężu wentylatorów

• Kontrola stanu filtrów

Dzi

ękuję za uwagę !

Dzi

ękuję za uwagę !