 |
Обзор исполнительных устройств, применяемых в сахарной промышленности
|
|
|
|
Устройства использования командной информации (исполнительные устройства ИУ) предназначены для воздействия на процесс в соответствии с командной информацией от управляющего устройства. Выходным воздействием ИУ является влияние на поток вещества или энергии, поступающий в объект регулирования, входным - сигнал, поступающий от устройства выработки команд.
ИУ в полном объеме состоит из блока усиления или позиционера, исполнительного механизма (ИМ), регулирующего органа (РО), дублирующего блока ручного управления, датчика положения, блока обратной связи, блока сигнализации конечных положений выходного звена.
Основными параметрами исполнительных устройств являются следующие:
Вид вспомогательной энергии для функционирования исполнительного
механизма (сжатый воздух, электрическая энергия);
условное и рабочее давление;
величина давления определяется материалом регулирующего органа и температурой рабочей среды. Условиям сахарного производства удовлетворяют промышленные устройства, рассчитанные на давление <1,6 МПа, в большинстве своем из серого или ковкого чугуна, выдерживающего температуру среды 300-400 градусов;
перепад давления на регулирующем органе, равный разности давлений до и после него, определяет тип исполнительного механизма и зависит от размеров регулирующего органа и конструкции затвора. Для газов этот перепад выше, чем для жидкостей;
условный проход - номинальный размер диаметра прохода регулирующего органа в присоединительных патрубках, который на сахарных заводах находится в пределах 20-600 мм.
Исполнительные механизмы
Исполнительный механизм служит приводной частью ИУ, преобразующий сигнал устройства выработки команд в перестановочное усилие для управления регулирующим органом.
|
|
|
Исполнительные механизмы, по виду движения выходного элемента, делятся на прямоходовые, однооборотные (с углом поворота меньше 360 градусов) и многооборотные; по виду используемой энергии - на пневматические, электрические и гидравлические (последние в сахарной промышленности не используются); по наличию возвратной пружины - на без пружинные и пружинные.
Пневматические исполнительные механизмы (ПИМ)по типу силового элемента подразделяются на мембранные (МИМ) и поршневые.
Мембранные исполнительныемеханизмы в зависимости от направления движения выходного звена при повышении давления в рабочей полости бывают прямого действия (П), в которых присоединительный элемент выходного звена отдаляется от плоскости заделки мембраны, и обратного действия (О), в которых присоединительный элемент выходного звена приближается к плоскости заделки мембраны. Кроме того, существуют еще МИМ с колебательным (К) перемещением выходного звена.
Мембранно-пружинные ИМимеют такую конструкцию, что перестановочное усилие в одном направлении создается за счет давления воздуха в рабочей полости, а в противоположном - за счет упругости сжатой пружины.
Поршневые исполнительные механизмыхарактеризуются повышенным перестановочным усилием и меньшими габаритными размерами по сравнению с мембранными благодаря использованию сжатого воздуха с давлением 1-1,5 МПа, а также значительному ходу штока.
Электрические исполнительные механизмы(ЭИМ) по характеру перемещения выходного звена, выпускаются однооборотными (угол поворота меньше 360 градусов), многооборотными и прямоходовыми.
Промышленные ЭИМ с постоянной скоростью перемещения выходного вала состоят из реверсивного электрического двигателя, редуктора, выходного элемента и дополнительных устройств, обеспечивающих останов механизма в крайних положениях, самоторможение при отключении электродвигателя, обратной связи по положению регулирующего органа, дистанционное указание и сигнализацию его положения, а также ручное управление механизмом при необходимости.
|
|
|
Механизм электрический однооборотный предназначен для автоматического и дистанционного управления регулирующими органами и состоит из электродвигателя 1 (рис. 3.7) и редуктора 3, выходной элемент 4 которого совершает вращательное движение. Механизм оснащен ручным приводом 5 и блоком преобразователей 2[4].
Основными характеристиками механизма являются номинальный вращающий момент на выходном валу (6-10000 Н*м); время одного оборота выходного вала (10-400 с); инерционность, которая должна быть незначительной, чтобы обеспечить отработку импульсов длительностью 0,2-0,3 с. В сахарной промышленности применяются механизмы типов МЭО, МЭОК, МЭОБ, ДР и ПР.
Рис. 3.7. Электрический однооборотный исполнительный механизм
Механизм электрический многооборотный используется для привода регулирующего органа в системах дистанционного и автоматического управления. Механизмы оснащены муфтой предельного момента, концевыми выключателями, преобразователями положения и обратной связи. В качестве электродвигателя используются трехфазные асинхронные электродвигатели напряжением 220/380 В.
Широкое распространение (особенно в последнее время) получили электрические исполнительные механизмы типа МЭОК. Они комплектуются трехфазным асинхронным электродвигателем, двухступенчатым червячным редуктором, маховиком ручного управления и выходным рычагом. Их сервоприводы РМ, РБМ и РБ имеют правосторонний выход вала, а РБЛ - левосторонний. Номинальная мощность электродвигателя 0,27 кВт (у механизмов с крутящим моментом 250 Н*м) и 0,4 кВт (у механизмов с крутящим моментом 630 Н*м). В блоке управления сервоприводом имеется реостатный датчик указания положения выходного механизма и дифференциально - трансформаторный датчик обратной связи. Блоки управления МЭОК-21 вместо реостатных и дифференциально-трансформаторных датчиков оснащены датчиком положения с выходом 0-5 мА.
Исполнительный механизм выбирают в зависимости от требуемого усилия и применяемой системы управления: пневматической или электрической.
|
|
|
Регулирующие органы
Регулирующий орган РО представляет собой переменное гидравлическое сопротивление, воздействующее на расход среды путем изменения своего проходного сечения под действием энергии исполнительного механизма. Регулирующие органы по функциональному назначению делятся на запорные и запорно-регулирующие; по виду действия - на нормально открытые (Н.О.) и нормально закрытые (Н.З.); по конструкции дросселирующего органа (затвора) - на двухседельные, односедельные, заслоночные, шиберные и др.; по воздействию среды на затвор - на разгруженные (двухседельные) и неразгруженные (односедельные, заслоночные, диафрагмовые).
Основными параметрами регулирующих органов наряду с отнесенными выше к параметрам исполнительных устройств (условное давление, условный проход, перепад давления) являются следующие:
величина максимальной условной пропускной способности (МУПП) - расход жидкости плотностью 1000 кг/м3 при полном открытии РО и перепаде давления на нем 0,1 МПа. Числовые значения МУПП образуют стандартные ряды 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 для двухседельных и заслоночных, 1,25; 2,0; 3,2; 5,0; 8,0 -для односедельных и диафрагмовых регулирующих органов;
условная величина хода затвора;
пропускная характеристика - устанавливает зависимость пропускной способности от перемещения затвора (линейная или равнопроцентная). При линейной характеристике приращение пропускной способности пропорционально перемещению затвора, при равнопроцентной (показательной) характеристике приращение пропускной способности по ходу затвора пропорционально текущему значению пропускной способности;
расходная характеристика - выражает зависимость относительного расхода среды через регулирующий орган от степени его открытия;
силовая характеристика - определяет зависимость изменения необходимого перестановочного усилия от перемещения затвора;
диапазон регулирования, или диапазон сохранения пропускной характеристики;
|
|
|
не герметичность затвора - определяется пропуском среды через затворное соединение при полностью закрытом проходе за счет усилия исполнительного механизма.
Двухседельный РО (рис. 3.8) состоит из корпуса 1 с двумя седлами 5 и затвора 4 с двумя дросселирующими и запирающими поверхностями, который перемещается во втулках направляющих дисков 2 и 6. Соединение затвора 4 с исполнительным механизмом осуществляется с помощью штока 3.
Рис. 3.8. Двух седельный регулирующий орган
В сахарной промышленности наиболее распространен пробковый затвор, дросселирующая поверхность которого представляет собой параболоид, а запирающая выполнена в виде конических кромок.
Двухседельный затвор является почти разгруженным от действия силы, создаваемым статическим давлением среды, и перестановочное усилие должно превышать сумму сил неуравновешенного статического давления, давления среды на шток и трение штока о сальниковую набивку. Кроме того, при расчете делается запас на силы динамического воздействия потока, трения во втулках дисков и массы затвора. Большое применение в сахарной промышленности находят регулирующие двухседельные клапаны 25ч30нж (н.о.) и 25ч32нж (н.з.). Регулирующие двухседельные клапаны имеют ряд недостатков (нерегулируемая протечка жидкости в затворе клапана, равная 0,05% максимального коэффициента его пропускной способности, большие местные потери давления на регулирующем органе, значительная масса), затрудняющих их применение. В сахарной промышленности клапаны 25ч30нж и 25ч32нж устанавливают на соковых и водяных коммуникациях после насосов и других источников напора, величина которого не менее 2,5м.
Заслоночный регулирующий орган (рис. 3.9) состоит из седла 1 и затвора-диска 2, прост по конструкции, имеет малые габаритные размеры и массу, а пропускная способность его примерно на 50% больше, чем у двухседельного, хотя не герметичность выше. Такой РО обеспечивает 100%-ную пропускную способность, при повороте затвора на угол 60 градусов. Заслоночный РО является неразгруженным, поэтому допустимый перепад давления определяется мощностью исполнительного механизма и прочностью конструкции.
Момент, создаваемый неуравновешенностью нагрузки на затвор, стремится повернуть его так, чтобы закрыть проход и определяется по формуле (в Н*м):
МЗ=а·pD3, (3.1)
где а - коэффициент, принимаемый в зависимости от угла поворота затвора;
р - перепад давления на затворе, Па;
D - диаметр затвора-диска.
Рис. 3.9. Заслоночный регулирующий орган
С учетом трения в опорах затвора исполнительный механизм выбирается с двукратным запасом мощности, причем следует обеспечить работу РО при углах до 65-70 градусов.
|
|
|
Широкое распространение поворотных регулирующих заслонок в сахарной промышленности объясняется их преимуществами по сравнению с другими типами регулирующих органов. Несложность конструкции заслоночного органа и его изготовления, небольшие габаритные размеры и масса выгодно отличают его от регулирующих органов других типов. При одинаковых размерах условного прохода заслоночные регулирующие органы обладают большей пропускной способностью и работают при меньшем перепаде давления, чем двухседельные клапаны. Заслонки ПРЗ изготавливают в расчете на условное давление 0,25 МПа, максимальную температуру среды до 300 градусов, диаметром до 150 мм и поставляют без исполнительных механизмов. Возможный угол поворота регулирующего органа во всех типоразмерах заслонок составляет 90 градусов, а наибольший момент, необходимый для его поворота при нормально затянутом сальнике, составляет 10 Н*м.
При автоматизации свеклосахарного производства регулирующие заслонки ПРЗ устанавливаются на соковых, водяных, паровых, воздушных и газовых коммуникациях, где давление не превышает 0,25 МПа и допустима не герметичность перекрытия потока. Широко используются для комплектации автоматизированных систем пневматические заслоночные устройства ПЗУ-1[4].
Запорно-регулирующие заслоночные РО обеспечивают герметичность перекрытия прохода с помощью эластичного уплотнения на затворе, уплотнительного кольца в корпусе седла, эластичной рубашки на корпусе седла или пружинящего исполнения металлических конструкций седла либо затвора.
Диафрагмовые РО (рис. 3.10) имеют диафрагму (затвор) 2 из упругого материала, которая перемещается своей центральной частью с помощью полусферы 4 и перекрывает проход, опускаясь на поперечную перегородку - седло 5 корпуса 1. Передача усилия от исполнительного механизма осуществляется через шток 3. Одновременно диафрагма служит разделительной мембраной между рабочей средой и подвижными металлическими деталями органа. Такая конструкция позволяет управлять потоками агрессивных рабочих сред при нанесении на внутреннюю поверхность корпуса кислотостойких покрытий и применение кислотостойкого упругого материала для диафрагмы (фторопласт, кислотостойкая резина).
Рис. 3.10. Диафрагмовый регулирующий орган
Пропускная способность РО изменяется примерно линейно только при величине хода в пределах первых 25%, поэтому ход затвора в диафрагмовых органах не превышает 25% величины условного диаметра. Регулирующий орган является неразгруженным от усилия статического давления, а поэтому ряд диаметров выпускаемых диафрагмовых органов ограничен и определяется давлением рабочей среды. Применение регулирующих диафрагмовых клапанов 25ч35эмЗ (н.о.) и 25ч36эмЗ (н.з.) диаметром 15-100 мм, объясняется тем, что они являются запорными органами и полностью перекрывают поток. В зависимости от материала диафрагмы и покрытия внутренней поверхности клапана (эмаль, фторопласт, резина) их выпускают в расчете на давление 0,3-0,5 МПа и температуру рабочей среды 90-120 градусов. Указанные клапаны могут быть использованы на выпарной установке для подачи аммиачной воды в сборник, на фильтрах для регулирования поступления сока, на периодически действующих вакуум - аппаратах для регулирования подкачки сиропа.
Исполнительные устройства с электрическим приводом включают клапан регулирующий с электрическим исполнительным механизмом 25ч931нж для управления потоком пара и воды в системах отопления, и шибер пульсирующий типа РШ.
Исполнительные устройства с электромагнитным приводом бывают следующего типа:
Сальниковые вентили СВВ (15кч892) с электромагнитом и защелкой для работы в системах дистанционного электрического управления на магистралях воды, пара и не агрессивных газов с температурой до 150 градусов. Вентили открываются и закрываются с помощью электромагнитного привода ЭВ-3, состоящего из тягового электромагнита и электромагнита-защелки. Вентили оснащены ручным дублером;
исполнительные устройства других типов.
Выбор исполнительного устройства регулирующего органа осуществляют по влиянию положения его на технологический процесс при аварийном выходе из строя системы управления.
|
|
|
