Расчет ИУ. Расчёт исполнительного устройства

• Название: Расчёт исполнительного устройства
• Дата: 18.06.2022
• Размер: 159.32 Kb.
• Имя файла: Расчет ИУ.docx
• Тип: Документы; #601035

Расчёт исполнительного устройства

В системах автоматизации технологических процессов в большинстве случаев используются серийно изготовляемые исполнительные устройства. Выбор конкретного исполнительного устройства производится по каталогам и другим материалом в процессе выполнения расчёта, выявляющего пригодность выбранного исполнительного устройства в заданных условиях эксплуатации. При этом должны учитываться свойства и параметры рабочей среды, протекающие через регулирующий орган, а также другие условия и требования, обусловленные спецификой технологического процесса и конкретного объекта управления.

В основу современной методики выбора исполнительного устройства положен метод проб и ошибок, предполагающий расчет основных параметров исполнительного устройства и выбор конкретного изделия.

В упрощённом варианте эта методика включает в себя четыре относительных самостоятельных этапа:

1) выбор конструктивного типа

2) выбор условной пропускной способности

3) выбор типоразмера

4) выбор пропускной характеристики.

Выбор конструктивного типа

Конструктивный тип исполнительного устройства выбирается на основании информации, содержащейся в каталогах или других справочных материалах с учётом свойств и параметров технологического объекта управления. Во многих случаях конструктивным типом исполнительного устройства просто задаются.

В данной работе также просто зададимся типом исполнительного устройства - двухседельное проходное (Кс=0,5).

Расчёт пропускной способности

Пропускная способность Кv - это основной гидравлический параметр, по которому производится аттестация исполнительного устройства. Условная пропускная способность - входит в паспортные данные наряду с условным проходом и условным давлением исполнительного устройства. Здесь и в дальнейшем ограничимся расчётом и выбором исполнительного устройства для случая жидкой рабочей среды.

Исходными данными для расчёта пропускной способности являются следующие:

Рнп=0.483кГс/см2; Р1=8.1кГс/см2; Р2=7.2кГс/см2; Qмах=350м3/час; Qмin=58м3/час; u=0.02см2/с; ;

Вид и последовательность расчетных соотношений для определения пропускной способности зависят от наличия кавитации рабочей среды в регулирующем органе. Поэтому перед расчетом пропускной способности вычисляют перепад давления, соответствующий началу кавитации:



, следовательно кавитация отсутствует.

Определяем предварительное значение максимальной пропускной способности:





Вычисляем индекс вязкости:



Z>10000, следовательно жидкость невязкая.

При эксплуатации реальных исполнительных устройств необходимо, чтобы максимальная пропускная способность обеспечивалась исполнительным устройством при 80% хода. Для этого вводится коэффициент запаса , равный:

1.25 - для линейной расходной характеристики;

И рассчитывается предварительное значение условной пропускной способности, как


Условная пропускная способность выбирается из параметрического ряда, характерного для заданного конструктивного типа исполнительного устройства, как ближайшее большее значение к расчетному.

Выбор типоразмера исполнительного устройства

Диаметр условного прохода Dy выбирается минимальным из возможных для выбранного значения Kuy. При выборе Dy должны выполняться ограничения:



Dт - диаметр трубопровода, на котором установлено исполнительное устройство.

Для выбранного Dy = 200 мм производится проверка скорости потока в регулирующем органе:



Так как неравенство выполняется для выбранного значения Kuy, то условная пропускная способность и типоразмер исполнительного устройства выбраны, верно.

Выбор пропускной характеристики

Выбор пропускной характеристики - окончательный этап статического расчёта исполнительного устройства, выявляющий все неточности и противоречия предварительного выбора. Исходными данными для выбора пропускной характеристики служат:

- конструктивный тип исполнительного устройства;

- вид требуемой расходной характеристики;

- минимальная, максимальная и условная пропускные способности выбранного исполнительного устройства;

- давления на концах расчётного участка трубопровода;

- давления на входе и выходе исполнительного устройства;

- диаметры условного прохода исполнительного устройства и трубопровода, на котором оно установлено;

- допустимые отклонения коэффициента передачи исполнительного устройства от расчётного значения.

Методика выбора пропускной характеристики зависит от наличия кавитации в регулирующем органе, а также от вязкости рабочей среды.

В нашем случае рабочая среда - невязкая жидкость, кавитация в регулирующем органе отсутствует.

Используя результаты расчётов пропускной способности Ки К, определяем максимальную и минимальную относительную пропускную способность:



Полученные значения подставляем в уравнения пропускных характеристик (линейной) и вычисляем максимальный и минимальный относительный ход:



Для найденных значений проверяем выполнение ограничений, накладываемых на величину и диапазон хода:



Проверим выполнение ограничений, и для равнопроцентной характеристики



Ограничения выполняются для обеих характеристик, дальнейшие действия будем, проводит для линейной пропускной характеристики.

Определим гидравлический модуль системы:



Где Kut - пропускная способность трубопровода



Максимальные и минимальные расходы



Коэффициент передачи характерного параметра

Максимальное и минимальное значение характерного параметра вычисляем

Определяем верхнее и нижнее относительные отклонения характерного параметра от расчетного значения и сравним с допустимым значением (0.3).

         

Верхнее и нижнее относительные отклонения характерного параметра от расчетного значения не превышают допустимого отклонения, следовательно, линейная пропускная характеристика выбрана правильно.

Найдем отклонения для равнопроцентной пропускной характеристики и сравним с допустимым отклонением.

Максимальное и минимальное значение характерного параметра вычисляем

Пример расчета исполнительного устройства

Конец формы

Выбрать исполнительное устройство, установленное на линии подачи воды в охлаждающую рубашку смесительной емкости.

Исходные данные:

Регулируемая среда Вода Температура на входе в ИУ Т = 5    Давление в начале системы Рк = 3,5    Давление в конце системы Рн = 5    Максимальный расход Qмах = 25    Диаметр трубопровода Dт = 50    Шероховатость трубопровода   = 0,6    Плотность воды   = 0,988

1) Выбираем расходную характеристику. Наиболее вероятное возмущение в системе – изменение давления перед ИУ. Возмущение входит в ИУ, минуя подвижную систему: при изменении давления расход изменится, а положение затвора останется прежним. В этом случае наиболее благоприятна равнопроцентная расходная характеристика.

Предварительно выбираем двухседельный регулирующий клапан. Выбор двухседельных ИУ объясняется универсальностью конструкции, позволяющей применять их в большом диапазоне давлений, температур, перепадов давлений, физических свойств среды.

2) Коэффициент динамической вязкости воды при Т=   : 

3) Линейная скорость в трубопроводе при максимальном расходе:



4) Значение числа Рейнольдса:

 - турбулентный режим

5) Относительная шероховатость трубопровода:



6) Коэффициент гидравлического трения:

 [2]

7) Определение коэффициентов гидравлического сопротивления до и после регулирующего клапана:



где   - поправочный коэффициент на сварные швы;

 ;   ;   - коэффициенты гидравлического сопротивления до ИУ (см. Прложение 2);

 ;   - коэффициенты гидравлического сопротивления после ИУ.





8) Давление жидкости с учетом пьезометрического напора

 

 

9) Давление на входе и выходе из ИУ:

 

 

где 

10) Определение перепада давления на регулирующем клапане:

 

11) Определение кавитационного перепада давления:

 

где   - коэффициент начала кавитации (см. Приложение 3);

   - давление насыщенных паров воды при Т = 5   .

т.к.   , значит, кавитации не предвидится

12) Предварительное значение максимальной пропускной способности:

 

13) Индекс вязкости воды при Т = 5   :



где   - коэффициент кинематической вязкости воды.

т.к. Z >   , то   

14)Значение условной пропускной способности:

 

Ближайшее большее значение условной пропускной способности, выбранное из параметрического ряда   =40   . Минимальный диаметр условного прохода для найденного значения   мм ( 12,5<40<50 – подходит).

15) Определение пропускной характеристики:

 выбираем линейную пропускную характеристику

где     .