Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Теоретичні відомості до лабораторної роботи № 4

Дослідження внутрішньої витратної характеристики регулюючого органа

Теоретичні відомості до лабораторної роботи № 4

Виконавчі механізми (ВМ) і регулюючі органи (РО) є невід’ємною частиною автоматичних систем регулювання і відносяться до технічних засобів дії на процес. Як приклад розглянемо систему автоматичного регулювання (САР) тиску газу на вході в котел (рис. 1.1).

1 – РО; 2 – пружина; 3 – мембрана.

Структурна схема цієї системи має вигляд (рис. 1.2):

Рис. 1.1.

ВМ (рис. 1.3) – технічний засіб автоматизації (пристрій), що сприймає команду або вихідний сигнал регулятора і формує регулюючу дію на РО.

РО (рис. 1.4) – це пристрій, який сприймає регулюючу дію від ВМ і змінює кількість енергії або речовини на вході об’єкта регулювання. Зміна енергії на виході РО здійснюється за рахунок зміни внутрішніх властивостей РО.

Відрізняють статичні і динамічні характеристики. За типом характеристики поділяють (рис. 1.5): 1 – лінійна; 2 – нелінійна; 3 – релейна.

1. Типи РО.

Заслінка (рис. 1.6). Для зручності побудови витратних характеристик використовують поняття відносного відкриття РО.

Відносна пропускна здатність:

Заслінки як РО використовують для газоподібних речовин. Вони не забезпечують нульових значень вихідної величини.

Засувка або клінкер (рис. 1.7). Використовують як для газів так і для рідин.

Клапан односідловий (рис. 1.8). Клапани можуть забезпечувати як лінійні так і нелінійні витратні характеристики шляхом профілювання клапана. Особливість їх полягає в тому, що на них діють незрівноважені гідравлічні зусилля, що не дозволяє використовувати їх для великих тисків.

Клапан двохсідловий (рис 1.9). На відміну від односідлових, двохсідлові клапани використовуються для необмежених діапазонів тиску.

Двохсідловий трьохходовий клапан (рис 1.10).

Основними характеристиками РО є:

1) конструктивна характеристика, яка визначає залежність між відносним відкриттям клапана і вхідною величиною;

2) витратна характеристика; розрізняють внутрішню і робочу;

Внутрішня – це функціональна залежність між відносною витратою і відносним відкриттям.

Робоча - це функціональна залежність відносною витратою і відносним відкриттям з врахуванням умов робочого середовища.

2. Характеристики дросельних регулюючих органів.

Регулюючі органи (РО) зміна витрати в яких здійснюється за рахунок зміни опору рухові речовини, називаються дросельнимибо має місце явище дроселювання. Зміна опору в дросельних РО здійснюється шляхом зміни перерізу прохідного отвору. Дросельні РО використовуються для регулювання газів та рідких речовин з невисокою густиною. Для сипучих і в’язких речовин використовуються живильники (шнекові, стрічкові, тарілчасті, вібраційні та інші).

Параметрами дросельних РО є абсолютна витрата Q, м³/год або G, т/год; лінійне відкриття РО h, мм або кутове j, град. Для побудови характеристик використовують відносні одиниці:

Види характеристик дросельних РО:

1. Відносне відкриття (m) і переміщення (n) РО (рис. 2.1).

2. Витратні характеристики (внутрішні і робочі) вказують функціональну залежність між відносною витратою і відносним переміщенням РО. Як відомо, витрата визначається за формулою:

де a - коефіцієнт витрати; F – площа перерізу прохідного отвору; e - коефіцієнт розширення речовини; ; r - густина.

Отже, витрата – це функція водночас від площі перерізу отвору і від перепаду тисків.

Однією з важливих характеристик РО є коефіцієнт опору:

Коефіцієнт опору визначає втрати енергії на РО. Як приклад розглянемо як змінюється коефіцієнт опору при зміні відносного переміщення (рис. 2.2).

Коефіцієнт опору для різних РО визначається експериментальним шляхом. І саме він визначає витратну характеристику.

Так як РО встановлюється безпосередньо на вході (на виході) об’єкта регулювання (ОР), то їх слід розглядати як ланку з послідовним з’єднанням елементів (). Характеристика РО не повинна спотворювати характеристику ОР, а інколи може виправляти характеристику ОР.

Як приклад розглянемо витратну характеристику засувки (рис 2.3).

Витратна характеристика залежить від опору лінії на якій встановлено РО. Існують правила узгодження характеристик РО і ОР.

1. Якщо характеристика об’єкта є лінійною, то і характеристика РО теж має бути лінійною.

2. Якщо характеристика об’єкта не лінійна, то характеристика РО повинна бути її дзеркальним відображенням.

3. Якщо об’єкт працює при різних навантаженнях, де має місце перехід з однієї характеристики на іншу, розрахунок характеристики РО виконують на основі графічного інтегрування характеристики об’єкта.

Для вибору регулюючих органів вводять поняття умовна пропускна здатність (УПЗ) (коефіцієнт пропускної здатності), за якою здійснюють вибір РО. УПЗ (познач. С) – це витрата в м^3/год для речовин з густиною r=1г/см³ і перепаду тисків DР=0.1МПа (для рідин); С^/ - це витрата в м³/год для речовин з густиною r=1кг/м³ і перепаду тисків DР=10Па (для газів). УПЗ відображається в паспорті РО.

По типу витратних характеристик розрізняють: РО з лінійними характеристиками (регулюючі клапани); РО з квадратичними характеристиками (засувки, заслінки); РО з логарифмічними характеристиками (більшість РО).

При переміщенні речовин в ході різних технологічних процесів розрізняють:

- об’ємну витрату G (для нестискаємих речовин - рідин) і G ў (для стискаємих речовин - газів), [ м ³¤ год ];

- масову витрату Q, [ кг ¤ год ].

Об’ємна витрата розраховується за формулою:

, [ м ³¤ год ], де

aF – ефективний прохідний отвір регулюючого органу (РО),

F – площа прохідного отвору,

e – поправка на стискання,

Dp – перепад тисків до і після РО,

r – густина робочого середовища.

Масова витрата розраховується за формулою:

, [ кг ¤ год ].

3. Характеристики регулюючих органів:

1. aF – ефективний прохідний отвір.

2. або – відносне відкриття РО.

3. – коефіцієнт опору, який залежить від перепаду тиску і швидкості.

Для регулюючих органів рознізняють внутрішню витратну характеристику і робочу витратну характеристику. Внутрішня витратна характеристика q  f (n), це функціональна залежність відносної витрати від відносного переміщення при r  1. Вона не враховує зміни параметрів робочого середовища при протіканні через РО.

При виборі РО також використовують поняття умовної пропускної здатності C, [ м ³¤ год ], [ кг ¤ год ].

Умовна пропускна здатність С для нестискаємих речовин – це витрата при густині r  1 і перепаді тиску .

Умовна пропускна здатність C ў для стискаємих речовин – це витрата при густині r  1 кг ¤ м ³ і перепаді тиску .