1Методичка по РО(Для диплома). Методические указания по курсовому проектированию по мдк 01. 01 Технология формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Министерство образования, науки и молодежной политики Нижегородской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «СМТ» ИЗУЧЕНИЕ И РАСЧЁТ РЕГУЛИРУЮЩИХ ОРГАНОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ Методические указания по курсовому проектированию по МДК 01.01 «Технология формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем» Специальность: 15.02.07 «Автоматизация технологических процессов и производств» (по отраслям) Нижний Новгород 2019 Методические указания разработаны на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям) базовой подготовки, утвержденного приказом Министерства образования и науки от 18.04.2014 N 349. Организация-разработчик: Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «СМТ» Разработчик: Борисова Н.Ф., преподаватель колледжа. Методические указания содержат рекомендации по выполнению расчёта регулирующих органов «Расчёт и выбор регулирующего органа исполнительных устройств» Рассматриваются вопросы, связанные с конструкцией и принципом действия регулирующих органов. Программа рассмотрена и утверждена на заседании методической комиссии профессий и специальностей машиностроительного профиля Протокол № _____ от «__» _____________20 г. Председатель методической комиссии /Подшивалова О.А. Изучение и расчёт регулирующих органов исполнительных устройств 1. Цель и содержание работы. 1.1. Цель работы: Изучить принцип действия и конструкцию регулирующих органов исполнительных устройств, порядок их расчёта и выбора. 1.2.Содержание работы: По заданным исходным данным необходимо рассчитать и выбрать регулирующий орган исполнительного устройства системы управления. 2. Теоретические сведения: К основным блокам ИУ относятся исполнительный механизм (ИМ) и регулирующий орган (РО), которые конструктивно могут быть объединены в едином изделии или собираются из индивидуально выпускаемых блоков. В некоторых случаях ИУ может состоять из одного блока, выполняющего функции исполнительного механизма. Под исполнительным механизмомв общем случае подразумевают блок ИУ (рис. 1), преобразующий приходящий управляющий сигнал регулирующего устройства в сигнал, который через соответствующую связь осуществляет воздействие на регулирующий орган или непосредственно на объект регулирования. Регулирующим органомназывают блок ИУ, с помощью которого производится регулирующее воздействие на объект регулирования. Выходной сигнал исполнительного механизма является входным сигналом для регулирующего органа.  Вторым основным блоком исполнительного устройства является регулирующий орган (РО). Регулирующий орган предназначен для изменения расхода среды, энергии или каких-либо других параметров, обеспечивающих заданный режим работы объекта. Различные РО по виду воздействия на объект подразделяются на два основных типа: дросселирующие и дозирующие. Ниже приводится классификация регулирующих органов.  Дросселирующие регулирующие органы изменяют гидравлическое сопротивление в системе, воздействующее на расход вещества путем изменения своего проходного сечения. К ним относятся регулирующие клапаны, заслонки и шиберы. В дозирующих регулирующих органах осуществляется заданное дозирование поступающего вещества или энергии или изменение расхода вещества путем изменения производительности агрегатов. В настоящее время широкое распространение в АСУ ТП получили дросселирующее РО, хотя применение дозирующих РО экономически более оправдано. Наибольшее применение в качестве регулирующих органов получили клапаны, представляющие собой регулируемые сопротивления.  Рис.2 Принципиальные схемы клапанов: а – нормально открытого; б – нормально закрытого Принципиальная схема простейшего клапана приведена на рис. 2а. Корпус 1 разделен перегородкой на две части. Поток протекающего вещества проходит через седло 2; вперегородке над седлом расположен затвор 3, прикрепленный к штоку 4, выведенному из корпуса клапана через сальниковое уплотнение. Клапан может быть нормально (рис. 2, а) открытым и нормально закрытым (рис. 2б). Проходное сечение клапана зависит от расстояния между седлом 2 и затвором 3. Для регулирования больших расходов применяют двухседельные клапаны, основное преимущество которых в том, что затвор клапана разгружен. В двухседельном клапане сила, развиваемая исполнительным механизмом, затрачивается только на перемещение регулирующего органа, независимо от давления и скорости протекания регулируемой среды. Однако они менее герметичны, чем односёдельные. Односедельныс клапаны требуют более мощный исполнительный механизм - так как на шток воздействует сила давления среды. По условному давлению выпускаемые одно- и двухседельные клапаны подразделяются на три модификации: для низких давлении (до 1,6 МПа), средних (от 2,5 до 16 МПа) и высоких (от 20 до 150 МПа). Регулирующие трехходовые клапаны предназначены для автоматического регулирования и поддержания в установленных пределах заданного параметра среды в отводящем патрубке, что достигается смещением сред, поступающих к клапану по подводящим патрубкам.  Диафрагмовые регулирующие клапаны применяют для изменения потока агрессивных жидкостей (рис.3). Между корпусами исполнительного механизма и регулирующего органа 1 исполнительного механизма укреплен плунжер грибовидной формы. При перемещении штока 1 вниз плунжер 2 прогибает мембрану 3, уменьшая проходное сечение клапана. Внутренняя поверхность 4 корпуса клапана футерована кислотостойкой эмалью или другими материалами. Клапаны шланговые регулирующие тира КРШ являются исполнительными устройствами средних расходов. Они предназначены для автоматического регулирования жидких сред, содержащих твердые частицы во взвешенном состоянии, и кислот, в которых стойки резиновые патрубки. Шланговый регулирующий орган (рис.4 представляет собой резиновый корпус — патрубок 1, пережимаемый двумя валиками-траверсами. Патрубок помещен в герметичный кожух. Последний образован чугунным корпусом 2 и крышкой 3, соединение между которыми уплотнено прокладкой. На случай разрыва патрубка в крышке 3 предусмотрено сальниковое уплотнение штока. Сам патрубок 1 в корпусе 2 кожуха зажимается уплотнительными конусами-фланцами 5. Верхняя траверса 6 жестко соединена со штоком 4. Нижняя траверса 7 прикреплена к верхней при помощи ролико-втулочной цепи. При перемещении штока 4 с прикрепленной к нему траверсой 6 вниз нижняя траверса 7 поднимается, и таким образом осуществляется пережим патрубка.  Рис.4. Шланговый регулирующий орган Расход среды через шланговый клапан изменяется в основном только в первой половине подъема штока, зависимость между увеличением расхода и подъемом штока примерно линейная. Коэффициент гидравлического сопротивления двухседельного регулирующего клапана с условным проходом 100 мм примерно 4—6, для шлангового патрубка с таким же условным проходом он равен 0,3—0,4. Так как в шланговых регулирующих клапанах среда не контактирует с подвижными частями, чугунным корпусом и крышкой, клапаны можно применять для агрессивных продуктов, в которых стойки патрубки из резины соответствующих марок. Для изменения потоков газа и пара в трубопроводах большого диаметра в качестве регулирующих органов применяют заслонки. Регулирующие заслонки типа ТА предназначены для сред с температурой до 200°С, типа ТБ — для сред с температурой 200 — 400 СС. Принцип действия регулирующих заслонок основан на изменении их пропускной способности при повороте диска (затвора), происходящем в соответствии с сигналом, поступающим от регулятора или устройства дистанционного управления. Регулирующий орган в заслонках (рис. 5) ТА и ТБ представляет собой кольцевой корпус 2, внутри которого вращается диск 1, зафиксированный на полуосях 3 и 4. Полуось 4 выведена из корпуса 2 наружу через сальниковое уплотнение. На наружном конце этой полуоси укреплены стрелка для контроля положения диска и кривошип 5, предназначенный для соединения диска с исполнительным механизмом.  Рис. 5. Заслонка Положение диска относительно, плоскости, перпендикулярной потоку, определяет величину проходного сечения. Нет и принять за нуль положение диска, перпендикулярное к оси трубопровода, то при угле поворота φ = 90°C заслонка полностью открыта. При φ = 0 проходное сечение минимально, но не равно нулю, гак как затвор не обеспечивает полного закрытия поперечного сечения трубопровода; всегда остается небольшой кольцевой зазор. Регулирующие органы должны применяться строго по назначению в соответствии с их рабочими параметрами. Монтаж регулирующего органа следует производить на прямом участке трубопровода. Длина прямого участка трубопровода до и после РО должна быть не менее шести его условных проходов. Регулирующие органы должны устанавливаться в местах, допустимых для обслуживания, осмотра, настройки и разборки. Например, нормальное установочное положение клапана на горизонтальном трубопроводе — вертикальное с мембранной головкой вверх. Регулирующий орган следует располагать на трубопроводе так, чтобы направление потоков среды соответствовало указанию стрелки на его корпусе. Для устранения неисправностей в работе регулирующего органа следует предусмотреть обводную линию с запорными задвижками (рис. 5).  Рис.5. Схема размещения регулирующего органа на трубопроводе: 1 – рабочий регулирующий орган; 2, 2' – запорные задвижки; 3 – вентиль. Рассмотрим основные параметры, характеризующие регулирующие органы в зависимости от вида регулируемой среды и условий их эксплуатации: диаметр условного прохода, условный ход , пропускную способность, вид пропускной характеристики, рабочее давление и диапазон перепада давления на клапане или заслонке. Диаметр условного прохода регулирующего органа Dy— номинальный диаметр входного патрубка регулирующего органа (мм,см); Условный хо д Sy— номинальное значение полного хода затвора регулирующего органа (мм, см); Степень открытия k— отношение текущего значения хода затвора S к условному ходу затвора Sy : k = S/ Sy Пропускная способность Кv— это расход жидкости плотностью 1000 кг/м3, проходящей через регулирующий орган при перепаде давления на нем 0,1 МПа, (м3/ч); Условная пропускная способность Kvy— расход жидкости в кубических метрах в час при максимальном (условном) ходе. Пропускная характеристика — зависимость пропускной способности регулирующего органа от перемещения затвора (плунжера) l при постоянном перепаде давлений Kv = f(l) называется пропускной характеристикой. В процессе работы перепад давлений на клапане меняется, при этом регулирующие органы характеризуются расходной характеристикой:  где Q1— расход среды в рабочем положении регулирующего органа, м3/ч; Qмакс—расход среды при полностью открытом регулирующем органе, м3/ч; l — перемещение затвора, мм. Наиболее распространенными являются линейная и равнопроцентная расходные характеристики. Линейной называется пропускная характеристика (рис 6 характеристика 1), при которой приращение пропускной способности пропорционально перемещению затвора, а равнопроцентной (рис 6 характеристика 2)— та, при которой приращение пропускной способности по ходу пропорционально текущему значению пропускной способности. Одоседельные, двухседельные и трехходовые клапаны обычно имеют линейную или рашюпроцентную пропускную характеристику. В других регулирующих органах она подчиняется более сложным закономерностям. Рабочее давление Pp — допустимое давление при заданной рабочей температуре. Перепад давления Δp на регулирующем органе — на регулировочном органе определяет усилия, на которые рассчитаны все подвижные детали исполнительного устройства, а также износ дроссельных поверхностей.  Рис. 6. Пропускные характеристики регулирующих органов 3. Выбор регулирующего органа: Выбирать регулирующий орган необходимо в соответствии с характером его действия и особенностями технологического процесса, для регулирования которого он предназначается. При прекращении подачи воздуха к приводу регулирующего клапана последний под действием пружины должен перевести затвор в положение, исключающее возможность создания в объекте регулирования аварийного или нежелательного состояния. Например, для регулирования давления пара, поступающего на какую-то технологическую установку, следует устанавливать клапан прямого действия (воздух закрыть ВЗ). При выходе из строя регулятора или в случае аварийного прекращения подачи воздуха такой клапан полностью откроется и перебоя в подаче пара не будет. Если же установить клапан обратного действия, то в указанных случаях клапан полностью закроется и прекратит подачу пара. Что может привести к серьёзной аварии. На линии топлива, подаваемого к печам, при регулировании температуры необходимо устанавливать клапаны обратного действия (воздух открыть ВО), которые в случае отсутствия воздуха перекроют трубопровод и прекратят подачу топлива. |